Sistema de suministro de energía de gran potencia para las instalaciones de fuente de luz sincrotrón

Sistema de suministro de energía de gran potencia para las instalaciones de fuente de luz sincrotrón

Fig.1 La estructura de anillo del sincrotrón

Artículo realizado por Mean Well

Traducción: Departamento de Marketing de Electrónica OLFER

Estudio de Caso

Desde Electrónica OLFER presentamos un caso de éxito de nuestro proveedor MEAN WELL. En 2020, la solución de energía del sistema de MW consiguió un contrato para el Sincrotrón de fuente de fotones de Taiwán (TPS), como sistema de suministro de energía de CC para el sistema amplificador de RF dentro del Sincrotrón. Este sistema de energía proporciona una gran potencia de energía para que los electrones se aceleren casi hasta la velocidad de la luz. La Figura 1 muestra una estructura de anillo común de un acelerador sincrónico (de electrones). El interior es un anillo de refuerzo y el exterior es un anillo de almacenamiento desde el que se ramifican varias estaciones experimentales.

Aplicaciones del sincrotrón

El alto brillo y el amplio espectro de longitudes de onda más largas de la fuente de luz (infrarrojo lejano a rayos X) generados por el Sincrotrón, se pueden usar ampliamente para experimentos en los campos de la física, química, materiales, ingeniería química, biología, medicina, geología, arqueología, protección ambiental, energía, electrónica, sistemas micro electromecánicos (MEMS), dispositivos a nano escala, etc. Es una herramienta indispensable para la investigación científica de vanguardia, la tecnología biomédica y las aplicaciones industriales en el siglo XXI. Ha contribuido al estudio de los materiales de litio logrando una batería de larga duración que es esencial para el mercado mundial de vehículos eléctricos en la actualidad. Además, ayuda aún más a la comprensión profunda en la investigación de la nanotecnología, que es un elemento clave de los materiales semiconductores y el desarrollo de productos biomédicos relevantes.

La Figura 2 muestra la ilustración del Sincrotrón de TPS y dentro de sus componentes principales tenemos el Acelerador Lineal (LINAC), Anillo de refuerzo y Anillo de Almacenamiento. La fuente produce las partículas que son impulsadas a velocidad en un LINAC, antes de que se inyecten en el anillo de refuerzo para acelerar aún más. Luego, los haces de partículas ingresan al anillo de almacenamiento, que mantiene su velocidad. En caso de que los haces de partículas se desvíen a velocidades cercanas a la velocidad de la luz, emite parte de la energía como radiación de Sincrotrón en forma de ondas electromagnéticas. Dependiendo de los requisitos, los haces superbrillantes se desvían hacia la línea de luz para realizar el experimento o la aplicación en la estación final. El sistema amplificador de RF compensa la pérdida de potencia de los haces de partículas en el anillo de almacenamiento debido a la emisión de radiación de Sincrotrón mediante la cual, una señal captada en el anillo puede amplificarse y retroalimentarse en el lado opuesto del anillo en un ángulo de fase dedicado. El circuito de retroalimentación ayuda a reducir el tamaño y la distribución de energía. La solución de alimentación del sistema MEAN WELL se instala y aplica como fuente de alimentación de CC para el sistema amplificador de RF en el anillo de almacenamiento. 

Sistema de suministro de energía de gran potencia para las instalaciones de fuente de luz sincrotrón 

Fig 2. Sincrotrón de la fuente de fotones de Taiwán

El plan del proyecto es utilizar varios conjuntos de sistemas de suministro de energía de alta potencia de 96kW que se muestran en la Figura 3. La salida del sistema de energía es para impulsar los grupos de amplificadores de potencia de RF de estado sólido que se muestran en la Figura 4, que generan energía de alta frecuencia para impulsar los electrones que viajan a la velocidad casi de la luz que se muestra en la Figura 5. ¡La potencia de CC de salida máxima de todo el sistema es de hasta 800kW!.

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 Fig 3. Sistema de potencia de alto rendimiento de 96kW                            Fig 4. Grupos de amplificadores de RF.

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Fig 5. Combinadores de potencia coaxiales de 10 vías

Para igualar la potencia de RF requerida por el anillo de almacenamiento y la mejor eficiencia energética, la tensión de salida del sistema de potencia debe ser ajustable entre 42Vcc y 54Vcc en el rango de modulación para cada punto de funcionamiento con un nivel de potencia de RF específico para lograr el mejor resultado. La serie DRP-3200 equipada con CANbus, protocolo de comunicación digital, puede cumplir con el requisito de recorte de voltaje preciso.

Además, la tensión del bus de cada conjunto de sistemas de potencia, debe ajustarse de forma síncrona durante los experimentos, siempre que no estén conectados en paralelo. Para lograrlo, los controladores externos están implementados para control remoto. Otro desafío es que la precisión de la potencia de salida está limitada a +/- 1% después del recorte. Para lograrlo, la fuente de alimentación, con diseño totalmente digital y protocolo de comunicación, permite controlar y monitorizar el sistema de forma remota a través de Ethernet.

Otro factor importante, por el que se seleccionó el DRP-3200-48, es la eficiencia extremadamente alta de estos dispositivos, que está en línea con las tendencias internacionales para el ahorro de energía y la protección del medio ambiente. Un aumento del 0,5% en la eficiencia de cada fuente de alimentación en un sistema de 800kW, conseguirá resultados económicos sustanciales y beneficios en el caso de funcionamiento a largo plazo.

Elementos del sistema 

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MEAN WELL incluye la serie DRP-3200 como módulo de energía con diseño totalmente digital, DHP-1UT-A 1U como estante de energía, CMU2 como controlador de energía y una cabina de rack estándar de 19 pulgadas. La potencia de salida total es de hasta 128kW.

Beneficios de la solución

1. Solución integrada: admite la comunicación digital siempre que los parámetros clave del sistema de energía se puedan controlar y monitorizar a través del controlador de forma remota para simplemente el trabajo de administración de energía.

2. Fácil mantenimiento: admite la función de intercambio en caliente, por lo que el módulo se puede instalar y reemplazar rápidamente.

3. Escalabilidad de energía: escala desde 12.8kW hasta 128kW. Soluciones de alta potencia adecuadas para diferentes industrias y aplicaciones donde la configuración de los parámetros lo requiera.