Die Abbildung im Titelbild zeigt den typischen Ringaufbau eines Synchrotron-Elektronenbeschleunigers. Der innere Ring dient als Boosterring, der äußere als Speicherring, von dem mehrere Experimentierstationen abzweigen.
Synchrotron-Anwendungen:
Die hohe Leuchtkraft und das breite Spektrum der vom Synchrotron erzeugten Lichtquelle (Ferninfrarot bis Röntgenstrahlung) ermöglichen vielfältige Experimente in Bereichen wie Physik, Chemie, Materialwissenschaften, Chemieingenieurwesen, Biologie, Medizin, Geologie, Archäologie, Umweltschutz, Energie, Elektronik, mikroelektromechanische Systeme (MEMS), Nanotechnologie und weiteren. Es ist ein unverzichtbares Werkzeug für Spitzenforschung, biomedizinische Technologien und industrielle Anwendungen im 21. Jahrhundert. So hat es beispielsweise zur Erforschung von Lithiummaterialien beigetragen und damit die Entwicklung langlebiger Batterien ermöglicht, die für den heutigen globalen Markt für Elektrofahrzeuge unerlässlich sind. Darüber hinaus fördert es das Verständnis der Nanotechnologie, einem Schlüsselelement in der Halbleiterforschung und der Entwicklung relevanter biomedizinischer Produkte.
Abbildung 2 zeigt das TPS-Synchrotron. Zu seinen Hauptkomponenten gehören der Linearbeschleuniger (LINAC), der Boosterring und der Speicherring. Die Quelle erzeugt die Teilchen, die im LINAC auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt und anschließend zur weiteren Beschleunigung in den Boosterring injiziert werden. Die Teilchenstrahlen treten dann in den Speicherring ein, der ihre Geschwindigkeit beibehält. Werden die Teilchenstrahlen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit abgelenkt, wird ein Teil der Energie als Synchrotronstrahlung in Form elektromagnetischer Wellen emittiert. Je nach Anforderung werden die extrem hellen Strahlen zur Strahlführung für das Experiment oder die Anwendung an der Endstation umgelenkt. Das HF-Verstärkersystem kompensiert den Leistungsverlust der Teilchenstrahlen im Speicherring aufgrund der Synchrotronstrahlung. Dieses System verstärkt ein im Ring empfangenes Signal und speist es mit einem bestimmten Phasenwinkel auf die gegenüberliegende Seite des Rings zurück. Die Rückkopplungsschaltung trägt zur Reduzierung der Größe und zur Optimierung der Leistungsverteilung bei. Die Stromversorgungslösung des MEAN WELL-Systems ist installiert und dient als Gleichstromversorgung für das HF-Verstärkersystem im Speicherring.
Der Projektplan verwendet mehrere Sätze von 96-kW-Hochleistungsnetzteilen, wie in Abbildung 3 dargestellt. Die Leistung des Netzteils treibt die in Abbildung 4 gezeigten Festkörper-HF-Leistungsverstärkercluster an, die Hochfrequenzenergie erzeugen, um Elektronen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, wie in Abbildung 5 dargestellt. Die maximale Gleichstrom-Ausgangsleistung des gesamten Systems beträgt bis zu 800 kW!
Abb. 3. 96-kW-Hochleistungs-Stromversorgungssystem Abb. 4. HF-Verstärkergruppen
Um die vom Speicherring benötigte HF-Leistung zu erreichen und eine optimale Energieeffizienz zu erzielen, muss die Ausgangsspannung des Stromversorgungssystems für jeden Betriebspunkt bei einer bestimmten HF-Leistung innerhalb des Modulationsbereichs zwischen 42 V DC und 54 V DC einstellbar sein. Die mit dem digitalen CAN-Bus-Kommunikationsprotokoll ausgestattete DRP-3200-Serie erfüllt die Anforderungen an eine präzise Spannungsanpassung.
Darüber hinaus muss die Busspannung jeder Stromversorgungssystembaugruppe während der Experimente synchron angepasst werden, sofern diese nicht parallel geschaltet sind. Hierfür werden externe Controller zur Fernsteuerung eingesetzt. Eine weitere Herausforderung besteht darin, dass die Genauigkeit der Ausgangsleistung nach der Anpassung auf ±1 % begrenzt ist. Um dies zu beheben, ermöglicht das vollständig digitale Netzteil mit seinem Kommunikationsprotokoll die Fernsteuerung und -überwachung des Systems über Ethernet.
Ein weiterer wichtiger Faktor bei der Auswahl des DRP-3200-48 ist der extrem hohe Wirkungsgrad dieser Geräte, der den internationalen Trends in den Bereichen Energieeinsparung und Umweltschutz entspricht. Eine Steigerung des Wirkungsgrads jeder Stromversorgung in einem 800-kW-System um 0,5 % führt langfristig zu erheblichen wirtschaftlichen Ergebnissen und Vorteilen.
Systemkomponenten
MEAN WELL umfasst die DRP-3200-Serie als volldigitales Leistungsmodul, das 1HE-Leistungsrack DHP-1UT-A, den Leistungsregler CMU2 und ein Standard-19-Zoll-Rackgehäuse. Die Gesamtleistung beträgt bis zu 128 kW.
Vorteile der Lösung
1. Integrierte Lösung: Unterstützt digitale Kommunikation, sodass wichtige Parameter des Stromversorgungssystems über den Controller ferngesteuert und überwacht werden können, was die Energieverwaltung vereinfacht.
2. Einfache Wartung: Unterstützt die Hot-Swap-Funktion, sodass das Modul schnell installiert und ausgetauscht werden kann.
3. Leistungsskalierbarkeit: Skaliert von 12,8 kW bis 128 kW. Hochleistungslösungen, geeignet für verschiedene Branchen und Anwendungen, bei denen eine Parameterkonfiguration erforderlich ist.
