2.1照明控制原理
一个照明系统至少都包括两大部分：一是电光源(包括灯具等)部分，其作用是把电能转换成光能，以满足各种特定的目的和需要，本书第1章主要介绍这个部分内容；二是照明供电系统，其作用是把电能(如电压、电流、功率的数值)准确、安全地传送到每一个电光源，使之能正常工作。供电系统通常包括传输电能的导线、电缆以及起控制、保护作用的控制电器等。掌握供电系统的结构、特性和设计方法，是掌握整个照明系统设计必不可少的知识。
有关导线、电缆的选择和敷设以及整个供电系统的设计等内容请参考建筑供配电教材及专业书籍。
照明控制亦即对照明灯和照明灯回路的控制，通过对照明回路在不同时间、不同亮度的控制不仅实现了照明灯的自动控制，美化了建筑内外空间的光环境，节省了能源消耗，还延长了灯的使用寿命。无论从实用意义上还是从经济意义上，照明控制增添了照明的活力，促进了照明技术和艺术的发展。按照明控制的内涵，其控制可以分成两个方面：一是对照明灯的控制；二是对照明系统的综合性控制。照明控制系统以实现节能效果显着为主要目的，有效控制可以延长光源寿命，改善工作环境，提高照明质量，实现多种照明效果。
2.1.1照明控制设备
为了对电气照明系统的正常运行进行控制和保护，必需配置各种控制元件和保护元件，如刀开关、接触器、热继电器、低压断路器和熔断器等，这类元件常统称为“控制电器冶或简称为“电器冶。依其功能不同，可分为开关(控制)电器和保护电器两类。开关电器的作用主要是控制照明系统的工作与否，即电路的“通冶和“断冶。保护电器的作用有两个：一是当系统发生故障(例如短路)时，能够自动、迅速和有选择地将故障部分从供电问路中断开，以保证其他非故障部分恢复正常运行，并使故障部分免于继续遭受破坏；二是当系统发生异常工作状态(如过电流、过电压或电压降低、频率降低等)时，能发出信号以便及时调整或处理，以防止异常状态不断扩大而引起故障。
照明系统常用的开关电器有刀开关、接触器和低压断路器，其中低压断路器还兼有保护电器的功能；保护电器则有熔断器和热继电器等。下面介绍照明系统中常用的开关电器和保护电器的结构、技术特性和选择方法。
1)照明配电箱
照明开关过去多年使用的有木掣板明装开关或拉线开关，由于其不美观和不够安全，现已被淘汰。在客房、走廊、办公室等地方，普遍使用了暗式开关和暗插座；而在餐厅、大堂、歌舞厅等装有大量电灯而且又需要集中控制开关的地方，则适宜装照明配电箱。照明配电箱是用钢板做外壳，做成悬挂式或嵌入墙式，里面根据需要可组装若干个小型低压断路器(也称为自动空气开关)。有些型号断路器还增加了漏电开关和信号灯等。新型的照明配电箱由于具有组装灵活、互换性强、结构紧凑、美观安全等待点，已广泛用于照明分开关、小容量动力配电及照明总开关控制等场合。
2)照明开关和电源插座
现代照明控制电器种类很多，需按照不同的控制容量和使用场合正确选用。对于宾馆、酒店、剧场和歌舞厅等较大容量的照明系统，往往用一个开关控制多支其至十多支灯具，此时就必须选用断路器作为控制电器。低压断路器的优点是外形美观，额定电流较大且保护性能好，比较安全可靠。而对于小容量的照明系统，如机关、学校、工厂、住宅以及宾馆的客房、办公室等，通常是一个开关只控制一两支几十瓦或一两百瓦的灯具，只要控制的电流在4A以下，通常就不必采用空气开关，而是采用小容量的专用照明开关。早期的照明开关为：拉线开关或搬把开关(又称为乒乓开关、跷板开关或平开关)，另外还有为台灯和风扇等电器设置电源插座。
这类照明开关和电源插座多数都采用木挚板的明装方式，既不美观，也不够安全，现已为各种暗装的跷板式开关(亦称为暗装面板开关)和暗装式面板插座所取代。暗装面板开关和插座的尺寸有国家标准，即面板的高度一律为86mm，称为86系列。
3)控制电器的选择
(1)当电源进线为动力与照明负荷共用时，则照明电源应接在动力用电总开关之前，照明馈电线路应设置带有保护装置的总开关。为了节约用电，配电设备应尽量采取分散控制，照明配电箱和开关装置要靠近负荷中心。
(2)在民用建筑中的照明配电线路一般采用暗装跷板式开关，插座宜采用暗装式为好。
开关和插座的额定电流值应大于所连接的实际容量，插座一般均多采用带接地插孔的“三眼冶插座。
(3)为了防止配电用的导线和电缆因过热而产生故障，应在电流超过允许载流量时切除故障线路。因此，所有照明配电线路都应装设短路保护装置。对于住宅、重要的公共建筑物和仓库、其他有爆炸和火灾危险的建筑物内的照明配电线路，除短路保护外，还应有过负荷保护装置。现在照明线路普遍采用低压断路器，断路器既有短路保护，又有过负荷保护。断路器内带有防止过载的保护装置，动作迅速可靠，可以减少各种危险。
(4)对于操作频繁的电路及设备，宜用接触器作为开关电器，在接触器之前加一个刀开关作为隔离开关，再配以熔断器和热继电器作为保护。在要求更高的场合，则常采用低压断路器作为短路保护和欠压保护，热继电器作为过载保护，而接触器作为开关电器。
(5)在照明电路中，一般开关、接触器、插座等的额定电流，通常按线路的工作电流的1.0~1.3倍左右选用，而热继电器的额定电流则应接线路工作电流的1.0~1.1倍选用。
2.1.2开关控制
照明控制的主要方式有：
(1)跷板开关(低压断路器)控制
室内照明灯具一般用跷板开关设置于门口。大面积房间内灯具较多时，采用双联、三联、四联开关或多个开关。若灯具多，功率大，也可采用低压断路器来控制。
对于楼道和楼梯照明，多采用双控方式(有的长楼道采用三地控制)。在楼道和楼梯入口安装双控跷板开关，其特点是在任意入口处都可以开/关照明装置。当K1开关扳到1位、K2开关扳到3位时，电路接通，电灯亮；此时，再扳动任意一个开关，都将断开电路，电灯熄灭。
(2)延时开关和声光控开关控制
它采用二线制接线方法，可以直接取代普通照明开关，而不必更改室内原有布线。
当人手触摸电极片M时，人体感应的杂波信号经R1加到反相器玉的输入端，使反相器玉翻转输出变为“0冶，电容C1就通过VD1充电(上正下负)，反相器域输出高电平“1冶，并通过R4向C3充电。这样会使后级的VT1等晶闸管开关电路的导通时间略微滞后一些，否则VT1的导通会因直流电压的下降使C1充电不足，影响延迟时间。经R4、C3短暂延迟，反相器郁输出高电平“1冶，经R6触发VT1导通，双向晶闸管VTH也随之导通，电灯E点发光。
人手离开电极片M后，反相器玉跳变为高电平“1冶，VD1截止，电容C1通过电阻R3放电。
放电结束时，反相器域输出低电平“0冶，电路回复到原来状态，晶闸管VT1、VTH均关断，电灯E熄灭。LED可用于夜间发光指示开关位置，以方便使用。
电路的延迟时间主要由R3、C1的放电时间常数决定，图示数据约1min左右。本电路的另一特点是，由小型单向晶闸管VT1来驱动中功率双向晶闸管VTH，因而电路的负载功率较大，可以驱动500W及500W以下的用电负载。4个反相器玉~郁可用一块6反相器CD4069数字集成电路，该集成块中另2个不用的反相器应将其输入端作接地处理，不得悬空，否则易引起干扰，破坏电路正常工作。
220V交流电压经整流后经220kΩ电阻降压，电容滤波，5V稳压管稳压给集成电路IC4069提供工作电压。在白天，光敏二极管2CU受光照呈低阻。引脚13为低电平，不受白天楼梯内声音的控制，引脚8也为低电平，可控硅没有触发电压，灯泡不亮。晚上，光敏二极管2CU无光照呈高阻状态，引脚13仍为低电平，但只要楼梯走道内有脚步声、说话声或其他声响，压电陶瓷片HTD拾取的微弱声音经引脚1、2向反相器作线性放大，其引脚4输出反相的矩形波由电容耦合至引脚13，致使引脚10输出高电平，经二极管1N4148给1μF电容器充电，引脚6为0，引脚8为1，可控硅有触发电压导通，灯泡点亮。IC4069靠100μF电容器上的电荷维持供电，声音消失后，引脚10恢复为0，1N4148反偏，1μF电容器通过22MΩ电阻放电，约15s后引脚5为0，引脚8为0，可控硅无导通电压而截止关断，照明灯自动熄灭。
(3)红外移动探测开关控制
对于住宅、公寓楼梯照明开关，采用红外移动探测加光控电路较为理想。它包括红外发射电路、红外接收电路、单稳态定时电路、继电控制电路和交流降压整流电路等。当有人走近该电路时，由于人体对红外光的反射，控制电路启动，照明灯点亮，为行人照明，30s后灯自熄。
调节RP1，使多谐振荡器振荡在38kHz。
振荡脉冲从IC1-1的引脚3输出，可直接驱动红外发光二极管VD1，发出载频为38kHz的红外光脉冲信号，射向厅堂或楼道道口处的空间。
VD2为红外光敏二极管，与IC2组成红外光接收、放大电路。IC2采用专用红外接收放大集成电路，内含前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分器以及比较整形电路等。当有人走进厅堂或走过楼道时，人体将VD1发出的红外光脉冲信号反射至光电二极管VD2，VD2将该红外光脉冲信号转换成相应的电信号，并加至IC2的信号输入端引脚1。经IC2内部放大、带通滤波和信号处理后，当带通滤波器的中心频率(取决于R*4的阻值)f0与输入的信号的频率(38kHz)一致时，则其引脚7转呈低电平。
IC1-2与R9、C9、R10和光敏电阻器RL组成一个光控式单稳态触发电路。所谓光控是指IC1-2的复位端MR(引脚10)的外加电压低于0.4V时，不论其R端(引脚12)、軈S端(引脚8)为何种电平，IC1-2均处于复位状态，即引脚9恒呈低电平(“0冶)。白天，光敏电阻器RL的亮阻RL臆2kΩ，它与R10的分压电压仅为0.3V左右，使单稳态电路呈复位状态。黄昏后，RL的暗阻RD逸100kΩ使IC1-2的引脚10电压达3.2V(>0.4V)以上，IC1-2处于待触发状态。
一旦IC1-2的引脚8被低电平触发，IC1-2便翻转置位，其引脚9呈高电平(约8.6V)，使继电器通电、吸合，其触点K1-1，接通，照明灯EL通电点亮，为行人照明。
单稳态电路维持高电平的时间即暂稳时间取决于充电电路R9、C9的充电时间常数，其值为td=1.1R9C9。参数的暂稳时间为30s。30s后，行人已走远，照明灯EL自熄。
该控制电路的供电电压(VDD=9V)由交流降压整流电路整流出+13V电压，再由稳压二极管VDW稳压出+9V电压提供。
2.1.3调光控制
1)调光控制的发展
一旦人类学会了在黑暗中使用光，就需要对光进行控制。照明系统的亮度控制称为调光。照明控制对照明灯进行的“开冶和“关冶控制，实际上是调光控制中的两个极端，从这个意义上讲，“开关冶控制也可属于调光控制范围。光源的发展促进了照明技术的应用，现代家居生活水平的提高与潜在的市场需求，更使得照明技术日新月异。下面是几个促进照明调光技术发展的重要因素：
(1)提供合适的工作照明亮度，改善照明环境，提高工作效率。
(2)适应不同场景的气氛照明需求，灵活改变光线亮暗与色彩，烘托活动主题。
(3)满足心理审美需求，比如，建筑物、广场等的景观照明，动态显示，灵活多变，加强静态物体的艺术性。
(4)节约能源。合理调光使照明效率提升，减少能源消耗；延长光源的寿命，减少维修费用。调光还可实现复杂光线的照明需求，减少灯具的更换次数，最大限度地利用光源，避免使用复杂昂贵的灯具，节省成本。
20世纪60年代到70年代之间，功率型电子器件迅速发展，晶闸管和三端双向可控硅问世，大大促进了小型、廉价、高效的灯光调光器的发展与应用，而且，电子器件的应用使得远程控制更加简单可靠。随着科学技术的发展和各种新型光源、灯具的不断涌现，以及电气电子技术和计算机技术的蓬勃发展，照明灯调光控制技术越来越智能化。照明灯调光技术已逐渐被人们青睐，它的应用范围越来越广泛，已从传统应用于剧场舞台，扩展到酒店、写字楼、体育场馆、展览厅等各类建筑领域，目前也已开始进入家庭。照明灯调光是将装饰在建筑空间不同层次的照明灯进行亮度调节，从而产生出美化室内光感的空间环境，创造出满足视觉和心理审美要求的环境气氛。
调光设备的发展主要经历电阻调光、自耦变压器调光、磁饱和放大器调光和晶闸管(可控硅)调光四个阶段，前两者为正弦波调光，后两者为非正弦波调光。
