Aplicação da solução de energia do sistema MEAN WELL: Sistema de fonte de alimentação de potência ultra-alta para instalação de fonte de luz synchrotron

Estudo de caso comprovado

Em 2020, a solução de energia do sistema da MEAN WELL ganhou com sucesso um contrato de licitação governamental para o síncrotron Taiwan Photon Source (TPS), como sistema de fonte de alimentação DC para o sistema amplificador de RF dentro do síncrotron. Este sistema de energia fornece energia ultra-alta para que os elétrons sejam acelerados até perto da velocidade da luz. 

A Figura 1 mostra uma estrutura de anel comum de um acelerador síncrono (eletrônico). O lado interno é o anel de reforço e o lado externo é o anel de armazenamento do qual se ramificam várias estações experimentais.

Aplicações Síncrotron

O brilho ultra-alto e o amplo espectro de largura de banda da fonte de luz (infravermelho distante a raios X fortes) gerado pelo síncrotron podem ser amplamente utilizados para experimentos nas áreas de física, química, materiais, engenharia química, biologia, medicina, geologia , arqueologia, proteção ambiental, energia, eletrônica, sistemas microeletromecânicos (MEMS), dispositivos em nanoescala e etc. É uma ferramenta indispensável para pesquisas científicas fundamentais de ponta, tecnologia biomédica e aplicações industriais no século XXI. Contribuiu para o estudo de materiais de lítio alcançando baterias de longa duração, essenciais para o mercado global de veículos elétricos atualmente. Além disso, ajuda ainda mais a compreensão profunda da pesquisa em nanotecnologia, que é um elemento-chave do desenvolvimento de materiais semicondutores e de produtos biomédicos relevantes.

A Figura 2 mostra a ilustração do síncrotron do TPS, para o qual ele consiste principalmente de Acelerador Linear (LINAC), Anel Booster e Anel de Armazenamento. A fonte produz as partículas que são impulsionadas até a velocidade em um LINAC antes de serem injetadas em um anel de reforço para serem ainda mais aceleradas. Os feixes de partículas entram então no anel de armazenamento, que mantém sua velocidade. Caso os feixes de partículas sejam desviados a velocidades próximas à velocidade da luz, ele emite parte da energia como radiação síncrotron na forma de ondas eletromagnéticas. 

Dependendo dos requisitos, os feixes superbrilhantes são então desviados para a linha de luz para realizar o experimento ou aplicação na estação final. O sistema amplificador de RF compensa a perda de potência dos feixes de partículas no anel de armazenamento devido à emissão de radiação síncrotron, pela qual um sinal captado no anel pode ser amplificado e realimentado no lado oposto do anel em uma fase dedicada. ângulo. O ciclo de feedback ajuda a reduzir o tamanho e a distribuição de energia. A solução de alimentação do sistema MEAN WELL é instalada e aplicada como fonte de alimentação CC para o sistema amplificador de RF no anel de armazenamento.

O plano do projeto é usar vários conjuntos de sistema de fonte de alimentação de alta potência de 96 kW mostrados na Figura 3. A saída do sistema de energia é para acionar clusters de amplificadores de potência de RF de estado sólido mostrados na Figura 4, que geram energia de alta frequência para aumentar elétrons viajam quase à velocidade da luz mostrada na Figura 5. A potência máxima de saída DC de todo o sistema é de até 800kW!

Para corresponder à potência de RF exigida pelo anel de armazenamento e melhor eficiência de energia, a tensão de saída do sistema de energia deve ser ajustável entre a faixa de modulação de 42 Vcc a 54 Vcc para cada ponto de operação com nível de potência de RF específico para obter o melhor resultado. A série DRP-3200 equipada com CANbus, protocolo de comunicação digital, pode atender aos requisitos de ajuste preciso de tensão.

Além disso, a tensão do barramento de cada conjunto de sistema de potência precisa ser ajustada de forma síncrona durante os experimentos, desde que não estejam conectados em paralelo. Para isso, os controladores externos são implementados para controle remoto. Outro desafio é que a precisão da potência de saída é limitada a +/- 1% após o corte. Para isso, uma fonte de alimentação com design totalmente digital e protocolo de comunicação possibilita o controle e monitoramento do sistema remotamente através de Ethernet!

Outro fator importante para a seleção do DRP-3200-48 é sua eficiência extremamente alta, que está em linha com as tendências internacionais de economia de energia e proteção ambiental. Um aumento de 0,5% na eficiência de cada fonte de alimentação num sistema de 800 kW trará resultados económicos e benefícios substanciais no caso de operação a longo prazo.

Ingredientes da solução de energia do sistema MEAN WELL

A MEAN WELL usa tecnologia atualizada para construir solução de energia do sistema, incluindo: série DRP-3200 como módulo de energia com design totalmente digital, DHP-1UT-A 1U como rack de energia, CMU2 como controlador de energia e gabinete de rack padrão de 19 polegadas . A potência total de saída é de até 128kW.

Benefícios da solução System Power

1. Solução de energia integrada: suporta comunicação digital, desde que os principais parâmetros do sistema de energia possam ser controlados e monitorados remotamente através do controlador para simplificar o trabalho de gerenciamento de energia.
2. Fácil manutenção: suporta a função hot swap para a qual o módulo pode ser rapidamente instalado e substituído.
3. Escalabilidade de potência: escala de 12,8kW a 128kW soluções de alta potência adequadas para diferentes indústrias e aplicações onde a configuração dos parâmetros é necessária.

Conclusão

O caso de sucesso do Taiwan Photon Source (TPS) exemplifica a eficácia e a inovação da solução de energia da MEAN WELL. A implementação do sistema de fonte de alimentação de ultra-alta potência, especificamente a série DRP-3200, demonstra a capacidade da MEAN WELL de atender a requisitos críticos em aplicações de alta tecnologia, como a aceleração de elétrons em síncrotrons. Com uma potência total de saída de até 800 kW e uma precisão de ajuste de tensão ajustável entre 42 Vcc e 54 Vcc, a solução da MEAN WELL oferece não apenas uma eficiência energética excepcional, mas também flexibilidade e controle preciso necessários para experimentos científicos avançados.

Além disso, o design totalmente digital e as opções de comunicação remota através de Ethernet garantem um gerenciamento simplificado e manutenção eficiente, enquanto a escalabilidade da potência atende a uma ampla gama de necessidades industriais. A eficiência elevada e a capacidade de ajuste preciso reforçam a importância da MEAN WELL no desenvolvimento e na manutenção de tecnologias avançadas e sustentáveis.

Para mais informações sobre as soluções da MEAN WELL e como elas podem beneficiar seus projetos, visite a loja MEAN WELL Brasil e acompanhe o blog para obter atualizações.

Referências:

1. https://www.nsrrc.org.tw/Chinese/acceleratorTPS.aspx
2. https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_synchrotron_radiation_facilities
3. https://zh.wikipedia.org/wiki/Synchrotron
4. https://en.wikipedia.org/wiki/Synchrotron
5. https://en.wikipedia.org/wiki/Particle_accelerator
6. https://en.wikipedia.org/wiki/Radio_frequency
7. https://iknow.stpi.narl.org.tw/Post/Read.aspx?PostID=12713
8. https://buzzorange.com/techorange/2018/03/29/nsrrc-tls-tps/
9. “A COMISSÃO DO AMPLIFICADOR DE ESTADO SÓLIDO DE 500MHZ E 80KW CASEIRO EM NSRRC”. https://inspirehep.net/files/afc450fdc0f9c81b455a5142bb3c542f