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电磁感应线圈炮原理与技术

《电磁感应线圈炮原理与技术》是2015年12月兵器工业出版社出版的图书,作者是向红军。

电磁感应线圈炮原理与技术基本信息

电磁感应线圈炮原理与技术图书目录

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 电磁炮分类及原理

1.2.1 电磁轨道炮

1.2.2 电磁重接炮

1.2.3 电磁线圈炮

1.3 电磁炮的发展简史

1.4 电磁感应线圈炮技术研究现状

1.4.1 电枢受力与加速特性

1.4.2 多级触发控制技术

1.4.3 驱动线圈设计

1.4.4 感应线圈炮参数分析

1.5 电磁感应线圈炮发展趋势

1.5.1 电磁迫击炮

1.5.2 电磁弹射飞机

1.5.3 导弹电磁弹射

1.5.4 引信动态模拟试验

1.5.5 火炮电磁增程

第2章 电磁感应线圈炮基本原理与静态特性

2.1 电磁感应线圈炮基本原理

2.2 单级感应线圈炮工作原理及模型

2.2.1 等效电流环模型

2.2.2 电流丝模型

2.3 多级感应线圈炮工作原理及模型

2.4 感应线圈炮充放电回路基本特性

2.4.1 充电回路基本特性

2.4.2 放电回路基本特性

2.5 含续流支路的感应线圈炮

第3章 计算及分析方法

3.1 数值计算方法

3.1.1 电阻计算方法

3.1.2 自感计算方法

3.1.3 互感计算方法

3.2 有限元分析方法

3.2.1 有限元方法基本原理

3.2.2 Ansoft软件使用简介

3.2.3 Ansoff软件分析示例

第4章 感应线圈炮磁场特性

4.1 感应线圈炮的控制方程

4.2 感应线圈炮磁场及涡流场特性分析

4.2.1 电枢和驱动线圈同轴时的有限元分析

4.2.2 电枢和驱动线圈非同轴时的有限元分析

第5章 感应线圈炮加速特性

5.1 电枢感应电流特性

5.1.1 感生电流变化特性分析

5.1.2 动生电流变化特性分析

5.1.3 合成电流变化特性分析

5.2 电枢受力与反向点变化特性

第6章 触发策略与实现方法

6.1 触发策略及触发位置确定方法

6.1.1 考虑电枢速度的触发策略

6.1.2 最佳触发位置计算方法

6.2 不同触发位置加速效果

6.3 触发策略实现方法

6.3.1 触发位置与电枢速度的数值关系

6.3.2 触发策略实现中的软硬件关键技术

第7章 发射效率分析

7.1 理想发射效率与实际发射效率

7.2 影响发射效率的参数

第8章 参数动态特性

8.1 驱动线圈长厚比

8.2 驱动线圈匝数

8.3 电容量

8.4 电容电压

8.5 级间距离

8.5.1 耦合作用形式

8.5.2 耦合因素分析

8.5.3 耦合效应仿真分析

第9章 电磁感应线圈炮优化设计

9.1 优化设计方法

9.1.1 设计原则

9.1.2 设计步骤

9.2 82mm线圈炮设计实例

9.2.1 参数灵敏度分析

9.2.2 参数优化

9.2.3 工程约束处理

第10章 测控与诊断技术

10.1 测控系统

10.1.1 现场总线控制系统

10.1.2 虚拟仪器技术

10.2 参数测试方法

10.2.1 脉冲电流的测量

10.2.2 充电电压测量

10.2.3 电枢加速度测量

10.2.4 驱动线圈应变测量原理

第11章 展望

11.1 电磁感应线圈炮的技术瓶颈

11.1.1 储能密度及规模

11.1.2 触发开关的适时响应

11.1.3 驱动线圈的强度

11.1.4 高过载和强磁场环境的适应性问题

11.2 电磁感应线圈炮相关技术研究

11.2.1 高温超导技术

11.2.2 电磁兼容技术

11.2.3 强磁体技术

11.3 我国电磁感应线圈炮研究设想

11.3.1 近期目标和长远规划协调发展

11.3.2 集中优势力量加快科研攻关

11.3.3 基础研究和试验验证并行不悖

参考文献2100433B

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电磁感应线圈炮原理与技术造价信息

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感应线圈

  • 型号:0.5Ф;规格:0.5Ф
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感应线圈

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蹲侧感应

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感应线圈

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电磁感应线圈炮原理与技术内容简介

《电磁感应线圈炮原理与技术》共分11章。第1章主要介绍了电磁感应线圈炮的研究背景、发展历史、特点分类、技术现状及其发展趋势;第2章主要介绍了单级感应线圈炮、多级感应线圈炮、含续流支路感应线圈炮的工作原理和静态特性;第3章主要介绍了感应线圈炮的分析方法,包括基本参数的求解方法和有限元软件使用方法;第4章主要介绍了感应线圈炮的磁场、涡流场和电磁力基本特性;第5章主要介绍了不同电枢速度下,电枢感应电流和电磁力的变化特性以及电枢的加速特性;第6章主要介绍了感应线圈炮的触发策略和具体的实现方法;第7章主要介绍了感应线圈炮的发射效率分析和影响发射效率的因素;第8章主要介绍了不同电枢初速下感应线圈炮主要参数的动态特性;第9章主要介绍了基于正交试验法的感应线圈炮参数灵敏度分析及优化设计方法;第10章主要介绍了感应线圈炮的测控原理和基本参数测试方法;第11章为展望。

《电磁感应线圈炮原理与技术》可供从事电磁发射技术研究的科研工作者阅读,并对高等院校、科研院所的博士生、硕士生与本科生也有一定的参考价值。

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电磁感应线圈炮原理与技术常见问题

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电磁感应线圈炮原理与技术文献

耦合运动多级感应线圈炮三维机电耦合模型 耦合运动多级感应线圈炮三维机电耦合模型

耦合运动多级感应线圈炮三维机电耦合模型

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页数: 未知

对于多级同步感应线圈炮来说,比较成熟的模型是基于电流丝方法建立起来的机电模型,它的优点是计算速度快,缺点是无法考虑线圈炮的外围结构和材料特性对其产生的影响.论文推导给出了总体采用矢量磁位A、电路中的驱动线圈中电流I作为求解对象的场路耦合瞬态电磁场模型,利用节点力法计算电枢所受的电磁力,根据电枢运动学模型,进一步推导出耦合运动的多级感应线圈炮的机电模型,并进行有限元离散求解.应用上述模型对5级感应线圈炮进行分析,计算结果与实验结果相吻合,验证了该模型的正确性.

基于meat-grinder脉冲电源的感应线圈炮发射性能仿真分析 基于meat-grinder脉冲电源的感应线圈炮发射性能仿真分析

基于meat-grinder脉冲电源的感应线圈炮发射性能仿真分析

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大小:498KB

页数: 未知

为了减小脉冲电源的体积,探索电感储能脉冲电源用于感应线圈炮的可行性,在线圈炮系统中引入了电容转换的meat-grinder脉冲电源电路。首先对该脉冲电源驱动感应线圈炮负载的工作原理进行了分析。然后基于Maxwell 2D仿真环境,建立了单级感应线圈炮的2维有限元模型,瞬态仿真确定了触发放电位置,并分析了驱动线圈电感和电容器电容值对发射性能的影响。仿真结果表明:电容转换的meat-grinder电路用于驱动感应线圈炮是可行的;触发放电位置、驱动线圈的电感和电容器的电容值对发射性能都存在影响;选择合理的参数可以提高发射效率。在系统设计时,驱动线圈电感和电容器电容值的选取需要从降低断路开关电压,保持较高发射效率,以及降低电容器容量要求等方面综合考虑。

线圈炮原理及分类

线圈炮种类繁多,名称混乱,因而应对线圈炮进行科学分类,以利于研究和发展线圈炮。从驱动线圈和弹丸线圈间的电关联分类,线圈炮可分为两大类:一是两线圈间的电关联分类,线圈炮可分为两大类:一是两线圈间有直接电联系的线圈炮。例如,电刷换向型线圈炮;二是两线圈无直接电联系的线圈炮。例如,感应型和无刷换向型线圈炮。从基本工作原理看,所有线圈炮都按直线电动机原理工作。依据直线电动机的原理和电物理特性,可把线圈炮分为5类:

(1)两线圈均为直流,类似导轨炮,此为直流直线电动机型,我们定名为螺旋线圈炮;

(2)弹丸线圈携带直流,驱动线圈使用交变电流,此为同步电动机型,我们称其为直流电枢分立驱动的线圈炮;

(3)驱动线圈用脉冲电流分立激励,弹丸线圈电流是由此感生的,此为准直线感应电动机型,我们定名为同步感应线圈炮;

(4)驱动线圈使用多相交流产生磁行波,借其滑差速度在弹丸线圈内感生电流,此为直线感应电动机型,通常称为异步感应线圈炮;

(5)磁行波"拉"着磁化弹丸前进,此为另一种直线同步电动机型,定名为磁化弹丸行波炮。

电刷换向的螺旋线圈炮

螺旋线圈炮的特点有二,一是驱动线圈由长螺线管构成;二是两种线圈的电流基本是单相直流。

电刷换向的螺旋线圈炮也叫螺旋导轨炮,这是因为它用两条馈电导轨供电,通过馈电电刷和换向电刷使两种线圈携带相同值的电流。导轨除馈电外,尚有导向电枢(弹丸线圈)的作用。实质上它是由导轨炮拓扑而成的线圈炮,即把导轨和电枢拓扑地绕制成驱动螺线管线圈和弹丸线圈。又因为使用直流,所以电刷 换向螺旋导轨炮工作也是基于直流直线电动机原理,是一种直流型线圈炮。依据此原理可做成各种各样的电刷换向螺旋线圈炮。图3-8(a)是其中常用的一种,另一种常用的如图3-10(a)所示。

在图3-10(a),有三个馈电电刷和三个换向电刷,它们把螺线管驱动线圈分成前后两个激励区,弹丸螺线管线圈的电流方向与前激励区的电流方向相同以产生拉力,与后激励区的相反以产生推力。实 际上,这是一个并联的电刷换向电路,馈电导轨由电源供电,弹丸线圈和前激励区串联作为负载获得同样电流,而后激励区是另一个负载。弹丸线圈中心与前后激励区中心的距离各约为一个电感长度(lm),以便获得最大互感梯度。

无刷螺旋线圈炮

电刷换向的缺点在于滑动接触和摩擦,这就导致弹丸速度不能有更大的提高,一般认为在3km/s以下。为了克服电刷换向的缺点,出现了无刷的螺旋线圈炮。

无刷螺旋线圈炮的主要特点在于:两种线圈之间不用电刷换向,无滑动接触,仅存在磁耦合;使用开关换向同步地控制速度;驱动线圈和弹丸线圈各有自己的电流源,两种线圈的电流值各不相同,一般弹丸线圈电流比驱动线圈电流小。

1.消磁波线圈炮

消磁波线圈炮是一种压缩磁场前沿的线圈炮。在消磁波线圈炮中,用于发射弹丸的能量石以磁能方式在发射前储存在螺线管形的驱动线圈内,驱动线圈便是储能电感器。弹丸线圈通过导向和馈电的导轨由另一直流电源供电(或直接由超导体携带永久电流)。当弹丸线圈进入到螺线管炮尾时,从驱动线圈后沿开始使用换向开关,视弹丸线圈位置同步地快速向前,以消去驱动线圈的电流。由于弹丸线圈电流与剩余的驱动线圈电流同向,弹丸线圈被吸引着快速向前运动,如图3-16(a)所示。被消去线圈电流的磁能,一部分转移到前面已激励的 螺线管驱动线圈中去,另一部分转变成用来加速弹丸的动能,还有一部分已其它形式损失掉。

驱动线圈充电时,开关S1闭合,炮工作时,驱动线圈的线匝短路和断开顺序表示在图3-16(b),驱动线圈和开关的电流表示在图3-16(c)上。当弹丸线圈进入驱动线圈后朝前运动时,用开关使弹丸线圈前面的第二个驱动线圈短路,同时闭合第二个开关S2,由于携带电流的弹丸线圈运动,将在短路的驱动线圈匝内产生一感应电压,使短路匝的电流减少,同时开关电流将增加到驱动线圈的满载电流值。当短路匝的电流变为0时,就断开与这些匝串联的那个早先已闭合的开关(S1)。然后随弹丸线圈前进,再闭合S2,再断开S2,开始下一个循环,这样周而复始的进行下去,弹丸线圈随着螺线管驱动线圈后沿各匝磁场的顺序消失而前进。

2.外电压换向的线圈炮

和其它无刷换向的螺旋线圈炮一样,外电压换向的线圈炮允许独立地调节加速磁场和弹丸线圈电流。它虽然具有线圈电流小的优点,但却增加了复杂性。

虽然这种线圈炮结构大体上和以电刷换向的线圈炮类似,也是长螺线管驱动线圈,但有一定的差别。主要差别在于无电刷和使用外电压换向,亦即使炮管驱动线圈有限激励区的前沿匝电流上升和后沿匝电流下降。但此结果是由外电压产生的,并非由运动感应换向引起。这样,就对弹丸线圈电流无阀值要求,电流可以小一些,而驱动线圈的磁场强度可以更高。

外电压换向线圈炮的结构与图3-8(a)所示的类似,虽无电刷,但有两个弹丸线圈。炮管线圈的局部激励借助于两个外电源(图3-17)。开始激励区(线圈1~6)各线圈内均为满载电流,如图3-17(a)所示。其余线圈的电流均为0.随着炮管线圈电流激励区和弹丸线圈移动一个线圈间距,线圈7的电流由0上升至I(满载),而激励区后沿的线圈1内的电流由原来的满载值降至0.也就是说,把一高电压加到激励区前沿,使其电流从0上升至I;把一低电压加到激励区后沿,使其电流回降至原零值。之所以出现这种现象,是因为在炮管线圈上交错地外加两个电压源,炮管线圈电压由这两个电压源提供,它们工作在不同的电压水平,把激励区后面的磁能转移到前面去,不通过电源就能进行能量传输,其中一个是低压电源GL,随激励区后沿磁场的衰减,它从线圈1吸收功率;另一个是高压电源GH,随着激励区前沿磁场的上升,它向线圈7提供功率。但是,激励区后沿的大量磁能量是与后面的线圈2和3相关的,这些能量可直接转移到线圈5和6,因此在线圈2和3上的电压升超过线圈5和6的电压降,这样致使能量向前转移。

弹丸线圈加速会死,GL电源以相反极性的电压工作,并成为一个能源。从线圈1返回的能量减少了对GL的输出要求,但不需要GL接收能量。结果,在发射期间由两电源提供的能量恰好等于弹丸动能和炮管线圈的欧姆损失之和。

直流电枢分立驱动的线圈炮

直流电枢分立驱动的线圈炮也是无刷换向的线圈炮。它的显著特点是:弹丸线圈电流为直流;驱动线圈沿炮管分立或分段,激励电流为脉冲的;多半用开关换向。这种线圈炮最早是由美国普林斯顿的麻省理工学院提出的,当初从用途角度称它为"质量驱动器(mass driver)";我们以其原理和特点,称它为直流电枢分立驱动的线圈炮。图3-19是这种炮的一种典型结构图(剖面图)。

弹丸线圈可以是一个或多个,也可各个分立,每个可用多匝导体(如铝)制成。通过其上的馈电电刷与四条导向馈电导轨滑动接触而从直流电源获得直流。若用超导体时,用导向板代替导轨,起磁悬浮和导向作用。

根据对弹丸的速度要求,沿炮管分立若干驱动线圈,它们由一个或多个电源馈电,通常用电容器组作为电源。当弹丸线圈到达某驱动线圈附近时,该处传感器发出信号,触发相应电源的开关,对该驱动线圈放电激励。这种炮是用开关换向的。这些驱动线圈可以交错地单相、双相或多相地排列和激励。顺序、同步地快速触发开关放电而形成一个前进的"磁行波",像同步直线电动机那样带着弹丸线圈前进。一般,越接近炮口驱动线圈的匝数越少,这是因为越接近炮口弹丸速度越高,要求激励脉冲电流应有更短的上升前沿,因此只有少匝数构成的低电感才能做到。若使用超导体做驱动线圈,将会提高效率、减小炮体积和简化电源。

单级脉冲感应线圈炮

弹丸线圈电流为感生(非外电源直接馈给的线圈炮,统称为感应线圈炮。感应线圈炮是线圈炮中最为重要的一种,因为它相对简单有效,所以它是最有前途和最有潜力的线圈炮。历史上曾称其为"感应加速器"、"感应质量驱动器",甚至称其为"无源同轴加速器"。实际上,感应线圈炮只有两大类:分立驱动线圈的同步脉冲感应线圈炮和连续驱动线圈的异步感应线圈炮。前者又有单级和多级之分。同步脉冲感应线圈炮的弹丸线圈电流是由单相的驱动线圈同步脉冲放电感生的,多级工作时类似直线感应电动机。异步感应线圈炮的驱动线圈是连续的绕组,多相激励,弹丸线圈借助滑差速度感生电流,即以纯粹的直线感应电动机原理工作。

1.同步感应线圈炮

上世纪60年代中期,由于磁通压缩、反作用发动机和金属成形等相继得到应用,使单级感应线圈炮得以问世和发展。单级感应线圈炮结构极为简单,一般由储能电源(如电容器组)、开关、驱动线 圈和弹丸线圈(或被驱动环)组成,如图3-24(a)所示。通常驱动线圈和弹丸线圈是同轴和等直径的,这是为了保证磁耦合最紧密。当脉冲电流加到驱动线圈时,弹丸线圈交链磁通感应出一方向相反的环形电流,此环形电流与两线圈间的磁场相互作用产生安培力,此力驱动弹丸线圈朝前运动。由于在弹丸线圈内感应的电流与驱动电流反向,所以在脉冲感应线圈炮中只存在推斥方式的驱动力。

多级脉冲感应线圈炮是由多个单级线圈串列而成。每当弹丸线圈到达驱动线圈的适当位置是,使该驱动线圈放电,其磁场在弹丸线圈内变化,以感生电流。驱动线圈是分立的,一般每个驱动线圈各有自己的独立电源,并由开关同步转换。弹丸线圈可以是多匝闭合线圈,也可以是金属套筒(即单匝弹丸线圈)。由于利用同步放电和弹丸线圈内磁通变化感应加速,故称之为同步感应线圈炮。

2.异步感应线圈炮

异步感应线圈炮的驱动线圈串联或并联成多相绕组的连续绕圈形式,由多相(常为三相)电源激励,产生一个像异步(或感应)电动机旋转磁场那样的直线行波磁场,行波速度较弹丸线圈速度快,借助其滑差速度引起相对运动,在弹丸线圈内感生电流,行波磁场"拉"着弹丸线圈前进。由于弹丸线圈加速 需要的速度越来越高,因此应当把整个驱动线圈分成若干段。为了获得从一段到另一段相速增加的行波,或者增加激励电源的频率,或者增大驱动线圈的极距(半波长)。由于弹丸长度相对短,所以过大地增加极距是不实际的,因此沿炮管长度增加谐振频率较为合适。可以每段使用一固定频率,仅逐段增频便可。由此可见,异步感应线圈炮各段的激励频率是不同的,故可使用不同频率的发电机或不同谐振频率的电容器电路做异步感应线圈炮的电源。

图3-31表示异步感应线圈炮的原理。以一定的相位差对驱动线圈多相绕组交流激励,会像异步感应电动机那样在线圈附近产生一径向磁场,此磁场沿炮管近似正弦分布。由于激励电流随时间变化,该磁场沿炮管以波(相)速度vw前进。

磁化弹丸行波炮

用一磁行波场梯度加速已磁化的弹丸,其加速性状取决于弹丸的磁化方向,并以此决定弹丸是"骑"在磁行波波峰的前面还是后面(图3-46)

抗磁性材料(铜、铋、金、锌、铅、硫等)的弹丸,其相对磁导率μ<1.在外磁场B0作用下产生的附加磁感应强度B`的方向与B0相反,磁化强度M0的方向也与B0的相反,所以弹丸被行波磁场的峰值推开一定距离;而顺磁质材料(锰、铬、铂等)弹丸,其相对磁导率μ>1,B`方向与B0的相同,M0也与B0方向相同,所以弹丸被行波磁场的最大值牵拉着走。

磁阻线圈炮

磁阻线圈炮是利用线圈的铁磁磁路的磁阻变化吸引铁芯运动来加速铁芯弹丸的。它与普通线圈炮的不同之处在于:一是弹丸为一整块铁磁材料,被加速的不是弹丸线圈或管状弹丸;二是在炮系统中引入铁磁材料,虽然这对炮的性能有某些影响,但效率比空心线圈炮高;三是由于铁磁材料在磁路中出现,将给分析到来非线性问题,因而在确定加速力和绕组电感时,应当使用计算机有限元编码。

磁阻线圈炮由一系列螺线管驱动线圈和铁磁材料的磁轭铁芯组成,如图3-49所示 (图中仅画出对称的一半)。所谓磁阻,是指阻止线圈周围磁路建立磁通的阻力。显然,在线圈腔管内放置铁磁材料能减少磁阻。当铁芯运动时,环绕线圈的磁路的磁阻将发生变化,于是就对铁芯弹丸产生了作用力。铁磁材料的铁芯比被它取代的空气有更大的磁导率(μp>>1)。当铁芯行进到线圈中心时,磁通较容易形成和通过,这是因为磁路的空气隙变小,磁路的磁阻也小,此时对铁芯的作用力亦最小。当铁芯从线圈中心移开时,原来拉铁芯向前的磁力现在变为拉铁芯向后,因此,当铁芯到达线圈中心后必须立即采取某些措施以使它不被拉回。应特别注意,铁芯弹丸仅受拉力,而不受推力作用,它不具备某些线圈炮在适当选择两种线圈电流方向时可对弹丸可拉、可推的优点。

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电磁感应加热技术节电原理原理分析

电磁感应加热电路基本节电原理图示意图

如图1所示

电磁管道加热方框图

如图2所示

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电磁感应灯基本原理

电磁感应灯没有电极,依靠电磁感应和气体放电的基本原理而发光。没有灯丝和电极使灯泡的寿命长达 100,000 小时,是白炽灯的 100 倍,高压气体放电灯的 5 ~15 倍,紧凑荧光灯的 5 倍~10 倍。

基于上述原理,气体通过磁场放电而产生了可见光。即由电子镇流器产生的频率为230KHz,金属线圈磁环组成的电磁变压器在玻璃管(含有特殊工作气体)周围创造了磁场。

由线圈引起的放电路径形成一个闭路,从而引起自由电子的加速度。这些自由电子和汞原子相碰撞而激发了电子.因为激活的电子从高能态退到低能态,他们放射出紫外线,当通过玻璃管表面的三基色荧光粉时,产生的紫外线转化成可见光。

电磁感应灯是照明行业中电光源技术的新发明,电磁感应灯的优点是显而易见的,与传统的光源相比,电磁感应灯具有十万小时的高使用寿命,同时免维护费用。高质量的光源,显色性指数高于80,宽色温从2700K到6500K。高显色性使物体的本身的颜色即明亮又逼真,80lm/W的高光效(150plm/W瞳孔流明数)使照明更节能。电磁感应灯还具有更可靠的瞬间启动性能,同时低热量输出,具有更可靠的抵抗电压剧烈波动的能力,在标称工作电压数值的正负20V范围内,镇流器可以正常工作,光通量输出功率消耗和照明效果受波动电压的影响损失只有2%左右(包括色温、显色性等技术指标)。

同时,电磁感应灯的暖白光比黄色的钠灯更合适应用于道路照明.因为暖白光接近于阳光的表现效果,所以能给路人以温暖的心里感受,同时有着更好的可视性,人们易于在暖白光下辨别道路和周边环境颜色的特点,保证道路行驶的安全性和舒适性。

与黄光相比,暖白光的核心优势还在于它的照明效率更高,耗电量更少。同样的路灯,要比黄光至少少用10% 的电能,减少40%的二氧化碳排放量。所以,它也符合环保照明和绿色照明的要求,在能源危机和温室效应日趋严重的现在,有着推广普及的巨大潜力。暖白光这一先进的理念已经在美国、英国、比利时、挪威等国得到了广泛应用。

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