(2009 november)
Komolyabb, nagy teljesítményű vetítő nehezen elképzelhető xenonlámpa nélkül, a hagyományos filmvetítőkben máig ezt a fényforrást alkalmazzák. A digitális mozivetítőkben is xenonlámpát találunk. Multimédiás projektorokban ritkán fordulnak elő, jelentőségük mégsem elhanyagolható, hiszen ezeket a vetítőket látjuk (üzemelni) minden nagyszabású eseményen. Nagy teljesítményű, 20 000 lm feletti gépek kizárólagos fényforrása.
Alkalmazásukat az egyébként sok tekintetben előnyösebb UHP izzók felépítésből adódó alapvető gyengesége indokolja, nevezetesen, hogy nem lehet bármekkora teljesítményű izzót gyártani, a kvarcüveg egyszerűen nem viseli el ekkora méretben (mármint a xenonizzónak megfelelő méretben) az UHP izzóban szükséges töltőnyomást. A nagy készülékek gyártói visszatértek a „jó öreg” xenonlámpához. Így alacsonyabb hatásfokkal ugyan, de magasabb fényteljesítményhez jutottak, ráadásul a mai vízhűtéses izzók a gyártók legvadabb igényeit is magasan teljesítik. A xenonizzók élettartama sajnos 1000 óra alatti, fényerejük az első 2-300 üzemóra után már jelentősen esik.
Eredetük, felépítésük
Három alaptípusukból a vetítéstechnika a rövid ívű típust használja. A hosszúívű lámpák főleg UV fényforrásként használatosak, harmadik alaptípusuk pedig a villanócső.
A xenonizzó a legrégebben használt izzótípus a vetítéstechnikában. Az Osram jegyzi a szabadalmat 1951-es dátummal. Eredetileg a szén, illetve grafit ívlámpák kiváltása volt a cél az akkori kor filmvetítőiben.
Felépítésüket tekintve alapjában véve szinte azonosak az már megismert (bár később kifejlesztett) UHP izzókkal, vagyis az elektródák wolframból, az izzókamra kvarcüvegből készül. A fő eltérés a gáztöltet, amely „meglepetésre” ugye xenon, valamint a gáznyomás, ami a hagyományosnak tekinthető alaptípusokban relatíve (persze csak az UHP-hez képest) alacsony, maximum 25 bar körüli – hidegen.
Meg kell még említeni, hogy a töltetet tekintve két típus a legelterjedtebb: a tisztán xenon, illetve a xenon-higany töltésű izzó. Utóbbira az autóiparban használt fényszóróizzó a legjellemzőbb példa.
A xenonizzók teljesítménye 125 W-tól kb. 15 kW-ig tart jelenleg, bár mire ezt leírom, a felső határ még tolódhat. Speciális igényekre gyártanak magas nyomású, akár 300 baros izzókat is kisebb méretekben.
A wolframelektródák itt is ponthegesztett molibdén szalagokkal kapcsolódnak a kvarcüveg házon kívülre. Használatos még az invar ötvözet is az olcsóbb izzókban.
Jelenleg az IMAX vetítők terjedése ösztönzi a gyártókat és fejlesztőket a nagyobb teljesítmények felé, ezekben 12 kW körüli vízhűtéses izzókat találunk.
A tisztán xenon töltetű izzókban (pl. IMAX vagy projektorizzók) a plazma a katód felületéhez közel a legfényesebb, innen távolodva exponenciálisan csökken a fényintenzitás.
A becsapódó elektronok az anód felületén adják le energiájukat, így az anód mérete mindig jóval nagyobb, és emiatt a 2 kW feletti izzóknál az anód belseje víz-, illetve folyadékhűtésű.
A fényforrás jellege pontszerű, ami kiválóan alkalmassá teszi parabolikus vagy elliptikus reflektorokba történő beépítésre.
Lámpa elliptikus tükörrel (DLP)
Lámpa parabolikus tükörrel (LCD)
A xenon-higany izzóban a plazma fényes felhőt alkot mindkét elektródánál, emiatt az elektródák közel egyforma méretűek. Megfelelően megválasztott ívhossz mellett a plazma az elektródák között egybefüggő, tehát valójában vonalszerű fényforrásról beszélhetünk. A higany mennyiségét növelve a spektrum az UV felé tolódik. Így egyszerűen beállítható a kívánt színhőmérséklet, pl. az autóizzóknál. Kis mennyiségben nátrium és szkandium is található ezekben az izzókban, tehát az autóizzók a hiedelmekkel (és nevükkel) ellentétben fémhalogének. A xenon töltőgáz csak a fényerő gyors elérése miatt szükséges.
Az izzók gyújtása
Az UHP lámpákhoz képest kissé eltérő a gyújtás módja is. Bár itt is triggerhuzallal gerjesztenek külső elektromos teret a belső gáztöltet ionizálásához, a nagy méretek és az egyre növekedő használatos gáznyomások lehetetlenné teszik a gyújtófeszültség kivitelezhető mértékű emelését. A probléma úgy kerülhető meg, hogy a mai nagy teljesítményű izzók elektródáin izotópfoltokat hoznak létre, jellemzően tórium felgőzölésével.
A tóriumból távozó alfa részek ütköznek a wolfram atomokkal, spontán emissziót hoznak létre az elektródák felületén, így könnyebben hozható létre szikrakisülés az elektródák között, ami begyújtja a kisfeszültségű ívet.
Stabil ív fenntartása
A villódzásmentes ív fenntartása relatíve egyszerű, tekintve, hogy egyenáramú izzókról beszélünk. A telített ív már nem tud „helyezkedni” az elektródák felületén.
Technikai akadályt az elektródák melegedése okoz, ami a pozitív elektróda méretének növelésével, illetve belső hűtésével megoldható.
Nagyobb gond az izzók negatív termikus karakterisztikája, valamint az alacsony ívfeszültség miatti nagy íváram sem hasznos olyan helyen, ahol a hűtés eleve komoly feladatot jelent.
Megjegyzendő még, hogy a töltőgáz tulajdonságai miatt minden xenonizzó nagyon magas, kb. 10% körüli infravörös (8-900 nm körüli tüske a spektrumképben) összetevőt is sugároz, amelynek a disszipációja nem elhanyagolható körülmény.
Xenonizzó spektrumképe: az infravörös tartományban nagy intenzitással sugároz.
A látható tartományban viszont csaknem egyenletes az energiaeloszlás,
ami a xenonizzó nagy előnye
Ballaszt elektronika
A követelmények tehát sokrétűek, a nem kellemes termikus és elektromos tulajdonságok miatt. A nagy teljesítményű izzók kis ívfeszültsége miatt az alkalmazott félvezetők az előállítható legnagyobb áramterhelhetőségű FET-ek, pontosabban ezek garmadája szolgál ki egy izzót kapcsolóüzemű tápegységként, 2-300 kHz frekvencián, nagyméretű ferrit torroidokat használva. Drágítja a dolgot a DC üzem is, a nagyáramú Schottky-dióda sem filléres tétel.
Már a ballaszt maga is komoly hűtést igényel.
Az elektronikával szembeni követelmény még a hőmegfutás elleni védelmen kívül a „plazmaoszcilláció” csillapítása is (Langumir-effektus). Ez a plazmába visszaverődő elektronok által keltett állóhullám, hullámhossza az ívhossz és a hőmérséklet függvénye.
Az alkalmazott gyújtófeszültség 20 - 50 kV közötti, ezt szuperponálják az ívfeszültségre, illetve ahol technikai lehetőség van rá, külön szigetelt szálon vezetik az izzóhoz.
Tipikus ballaszt konstrukció kis és közepes
teljesítményű izzókhoz, szuperponált gyújtással
A példa kedvéért megadjuk egy 15 kW-os, vízhűtéses USHIO izzó főbb adatait. Más gyártókhoz képest az izzóik magasabb feszültségen égethetőek, így az íváram 400 A-es, már-már barátságosnak tekinthető szintű.
Típus: UXW-15KD
Ívfeszültség: 37,5 V
Íváram: 400 A
Mesterséges léghűtés sebessége: 5-10 m/s
Az anódhűtés hőmérséklete a bemeneten: max. 35 C°
Átlagos élettartam: 1000 óra
Az ekkora teljesítményű izzók csak különleges elővigyázatosság mellett,
megfelelő védőruházatban cserélhetők, Szállításuk robbanásbiztos
polikarbonát eszközben történik
Nem tanácsos tehát a linken látható módon kezelni őket, tisztelni kell a fizikát…
https://www.youtube.com/watch?v=SVpD8SWzKFM
Kertész Attila
