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

Estudio de Caso

Desde Electrónica OLFER presentamos un caso de éxito de nuestro distribuidor MEAN WELL. En dos mil veinte, la solución de energía del sistema de MW logró 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 en el sincrotrón. Este sistema de energía da una enorme potencia de energía a fin de que los electrones se aceleren prácticamente 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 almacenaje desde el que se ramifican múltiples estaciones experimentales.

anillo del sicotron
Fig.1 La estructura de anillo del sincrotrón

Aplicaciones del sincrotrón

El alto brillo y el extenso fantasma de longitudes de onda más largas de la fuente de luz (infrarrojo lejano a rayos X) generados por el sincrotrón, se pueden utilizar extensamente para ensayos 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, etcétera Es una herramienta imprescindible para la investigación científica de vanguardia, la tecnología biomédica y las aplicaciones industriales en el siglo veintiuno. Ha contribuido al estudio de los materiales de litio consiguiendo una batería de larga duración que es esencial para el mercado mundial de automóviles eléctricos hoy día.

Además de esto, ayuda todavía más a la entendimiento profunda en la investigación de la nanotecnología, que es un factor clave de los materiales semiconductores y el desarrollo de productos biomédicos relevantes.

La Figura dos muestra la ilustración del sincrotrón de TPS y en sus componentes primordiales tenemos el Acelerador Lineal (LINAC), Anillo de refuerzo y Anillo de Almacenaje. La fuente genera las partículas que son impulsadas a velocidad en un LINAC, antes que se inyecten en el anillo de refuerzo para apresurar todavía más. Entonces, los haces de partículas ingresan al anillo de almacenaje, que sostiene su velocidad. En el caso de que los haces de partículas se desvíen a velocidades próximas a la velocidad de la luz, emite una parte de la energía como radiación de sincrotrón en forma de ondas electromagnéticas.

En dependencia de los requisitos, los haces superbrillantes se desvían cara la línea de luz para efectuar el experimento o bien 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 almacenaje debido a la emisión de radiación de sincrotrón a través de la que, 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 nutrición del sistema MEAN WELL se instala y aplica como fuente de nutrición de CC para el sistema amplificador de RF en el anillo de almacenaje.

fuente de fotones
Fig 2. Sincrotrón de la fuente de fotones de Taiwán

El plan del proyecto es usar múltiples conjuntos de sistemas de suministro de energía de alta potencia de 96kW que se muestran en la Figura tres. La salida del sistema de energía es para impulsar los conjuntos de amplificadores de potencia de RF de estado sólido que se muestran en la Figura cuatro, que producen energía de alta frecuencia para impulsar los electrones que viajan a la velocidad prácticamente de la luz que se muestra en la Figura cinco. ¡La potencia de CC de salida máxima de todo el sistema es de hasta 800kW!

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

Fig cinco. Combinadores de potencia coaxiales de diez vías
Para igualar la potencia de RF requerida por el anillo de almacenaje y la mejor eficacia energética, la tensión de salida del sistema de potencia ha de ser graduable entre 42Vcc y 54Vcc en el rango de modulación para cada punto de funcionamiento con un nivel de potencia de RF concreto para conseguir el mejor resultado. La serie DRP-tres mil doscientos pertrechada con CANbus, protocolo de comunicación digital, puede cumplir con el requisito de recorte de voltaje preciso.

Además de esto, la tensión del autobus de cada conjunto de sistemas de potencia, debe ajustarse de forma síncrona a lo largo de los ensayos, toda vez que no estén conectados paralelamente. Para conseguirlo, los controladores externos están incorporados para control a distancia. Otro reto es que la precisión de la potencia de salida está limitada a +/- 1 por ciento tras el recorte. Para conseguirlo, la fuente de nutrición, con diseño plenamente digital y protocolo de comunicación, deja supervisar y controlar el sistema de forma recóndita mediante Ethernet.

combinadores de potencia
Fig 5. Combinadores de potencia coaxiales de 10 vías

Otro factor esencial, por el que se eligió el DRP-tres mil doscientos-cuarenta y ocho, es la eficacia exageradamente alta de estos dispositivos, que está on line con las tendencias internacionales para el ahorro de energía y la protección del medioambiente. Un incremento del 0,5 por ciento en la eficacia de cada fuente de nutrición en un sistema de 800kW, logrará resultados económicos substanciales y beneficios en el caso de funcionamiento en un largo plazo.
Elementos del sistema

MEAN WELL incluye la serie DRP-tres mil doscientos como módulo de energía con diseño completamente digital, DHP-1UT-A 1U como anaquel de energía, CMU2 como supervisor de energía y una cabina de rack estándar de diecinueve pulgadas. La potencia de salida total es de hasta 128kW.

Beneficios de la solución

1. Solución integrada: acepta la comunicación digital siempre y cuando los factores clave del sistema de energía se puedan supervisar y controlar a través del supervisor de forma recóndita para sencillamente el trabajo de administración de energía.

dos. Simple mantenimiento: acepta la función de intercambio en caliente, con lo que el módulo se puede instalar y sustituir de manera rápida.

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

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