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          照明知識

          (1)道路照明燈具功率因數解析


          功率因數定義:

          我們知道所有發電機都是旋轉機械,產生的電壓就是正弦波,這就是我們所謂的交流電。交流電有一個好處就是通過電磁感應可以用變壓器來改變其電壓,而且可以升高到幾十萬伏進行遠距離傳輸以減小傳輸中的損耗,到目的地以后再降下來變成我們常用的市電。我們現在的市電就是220V,50Hz的交流電。而在電工學里交流電是可以用矢量來表示的。矢量可以表示電壓也可以表示電流。對于純電阻的負載,電壓和電流是同相的,而對于純電容負載或純電感負載,電流和電壓就不同相,而是有一個90度的相角,或者稱為相位差。在純電感負載時,其上的電壓是領先電流90度,而純電容負載時,其上的電壓落后于電流90度。

          如果我們用波形表示時,通常把電壓表現為余弦波,如果電流落后于電壓,就是電感性負載,領先于電壓就是電容性負載。


          因為實際上純電感和純電容都不存在的,實際的負載只能稱為電感性負載或者是電容性負載。這時候其交流電壓和交流電流之間就有一個夾角φ,對于電感性負載我們把這個夾角稱為φL,而對于電容性負載的夾角就稱為φC。

          功率等于電壓和電流的乘積,但是只有在純阻負載的時候(電壓和電流同相)是這樣,而在電感性或電容性負載的時候就要把電流的矢量投影到電壓矢量(水平軸)上去,也就是要乘以cosφL或者cosφC。我們通常就把這個cosφL或者cosφC稱為功率因數。


          但是由于這個夾角可以是正的,也可以是負的,所以功率因數也是可能為正數(感性負載)也可能為負數(容性負載)。但是當我們用矢量來代表電壓和電流時,前提是它們的頻率必須是完全相同的。而且是在一個線性系統里。

          在線性系統里我們也會把功率因數用有功功率和視在功率之比來表示。所謂有功功率就是和電流同相的那部分電壓和電流的有效值的乘積。而視在功率就是不考慮其間的相位差而將電壓和電流的有效值直接相乘所得到的“功率”。而這二者之比顯然就是前面所說的相角的余弦cosφ。


          各種燈具的功率因數:

          白熾燈因為是一個純電阻(感性負載),它的功率因數等于1,目前傳統道路照明光源(高壓鈉、金鹵燈、飛利浦COSMO等)功率因數都能達到0.9以上,采用電子鎮流器功率因數能提高到0.95以上。使電網諧波降低,減少電網危害、讓電能利用率更高


          LED燈具的功率因數:

          因為LED是一個半導體二極管,它需要直流供電,如果用市電供電的話,就一定會有一個整流器,通常是二極管整流橋。為了得到盡可能平滑的直流避免出現紋波閃爍,通常都需要加上一個大電解電容。而后面的LED可以近似為一個電阻.

          整流后的電壓電流波形都不是正弦波,而且雖然整流前的電壓波形是正弦波,但是其電流波形也不是正弦波。所以整個系統是一個非線性系統。而本來功率因數是針對線性系統定義的,而且要求輸入輸出電壓電流都是同頻率的正弦形,否則的話無法采用Cosφ。但是在非正弦系統中,因為電壓電流波形都不是正弦波,是沒有什么相位角可以說的。所以非線性系統中的功率因數必須重新定義。


          如前所述功率因數的另一個定義是有功功率和視在功率之比。有功功率是指實際輸出的功率,而視在功率是指輸入電壓有效值和輸入電流有效值的乘積。這個在正弦波系統里是完全可以和Cosφ等效的,所以是沒有問題的。但是在非線性系統里,什么是有功功率什么是視在功率就很值得探討的了。






          (2)中間視覺


          光的接收器-眼睛 光線經過晶狀體聚焦到視網膜上.

          視網膜的兩種細胞 Ⅰ桿狀細胞-光度敏感器  Ⅱ錐狀細胞-色度敏感器


          正常視覺條件下(有效亮度>3.5 cd/m2 ):

          桿狀細胞產生對物體的感知

          錐狀細胞區別顏色

          >>明視覺


          過渡狀態下有部分錐狀和桿狀細胞工作:

          藍綠光較紅光更為明亮

          >>中間視覺


          低亮度條件下(亮度<0.035 cd/m2 ) :

          錐狀細胞不發生作用,不能分辨顏色

          桿狀細胞起作用,使物體有一定的能見度

          >>暗視覺

          (以上為2005-3-9/10中間視覺與道路照明國際研討會在復旦大學召開,推介中間視覺的研究成果)


          明視覺狀態下,人眼對波長為555nm的黃綠光最敏感

          暗視覺環境下,人眼對波長為507nm的藍綠光最敏感

          道路照明屬于中間視覺,兩種視覺細胞同時工作,對波長為507~555nm范圍的綠光最敏感,具體峰值波長取決于亮度值

          如果照明光源光譜與敏感波長一致,則視覺效率最高。所以,在道路照明亮度環境下,希望照明光源的光譜在480~580nm之間要豐富。




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