Magnetstromversorgungen, Stromrichtertechnik und Hochspannungsnetzgeräte

Individuelle getaktete Magnetstromversorgungen nach Maß

Getaktete Magnetstromversorgungen kommen insbesondere bei Strahlführungssystemen (Teilchenbeschleunigern) in Kernforschungsinstituten und in der Medizintechnik zum Einsatz. Teilchenbeschleuniger benötigen hochgenaue Stromversorgungen der Strahlführungsmagnete. Entscheidend für die Qualität des Magnetfeldes ist ein sehr stabiler Gleichstrom.

Die wichtigsten Parameter einer Magnetstromversorgung für Beschleunigersysteme sind:

  • Ausgangsgleichstrom
  • Ausgangsgleichspannung
  • Welligkeit der Ausgangsspannung
  • Stabilität, Genauigkeit und Einstellauflösung des Ausgangsstroms
  • Dynamik und Regelgüte

Seit Anfang der 80er Jahre entwickeln und produzieren wir für verschiedene Kernforschungsinstitute und Partikeltherapiezentren kundenspezifische Magnetstromversorgungen. Mit unserer langjährigen Erfahrung und unserem einschlägigen Know-how werden wir allen Anforderungen gerecht und erfüllen Ihre Vorstellungen und Wünsche für Ihre Anwendung.

Dabei zeichnen sich unsere Magnetstromversorgungen aus durch:

  • extrem hohe Zuverlässigkeit und Langlebigkeit/Robustheit
  • praxisbewährtes Design und Technik
  • kundenspezifische Lösungen
  • integriertes Überwachungs- und Schutzkonzept
  • einfache Wartung und Austauschbarkeit der Bauteile

Technik im Detail

Jede Stromversorgung wird für den zu versorgenden Magnet in Abhängigkeit der Lastdaten, den technischen Parametern und der Anwendung entsprechend ausgelegt und dimensioniert. Bei der Auswahl und Dimensionierung der Komponenten wird großer Wert auf Zuverlässigkeit und Langlebigkeit gelegt. Wir bieten je nach Anforderung verschiedene Stromversorgungstypen an. Die Stromversorgungen sind so ausgelegt, dass ein Lastkurzschluss selbst bei laufendem Betrieb nicht zu Schäden an der Stromversorgung führt.

Die Stromversorgung hat zwei getrennte Drehstrom-Einspeisungen, eine für den Leistungsteil und eine für den Steuerteil. Als Stellglied des Regelkreises dient ein Spannungswandler, der als Taktschaltung ausgeführt ist. Die sekundärseitige Taktschaltung ist dabei so kompakt aufgebaut, dass keine Snubber-Netzwerke benötigt werden. Die Taktfrequenzen liegen im kHz-Bereich. Der Leistungsteil ist wassergekühlt. Zur digitalen Regelung wird das Prinzip der Pulsweitenmodulation (PWM) angewendet. Die Laststromerfassung erfolgt über einen hochgenauen Stromwandler (DCCT Direct Current Current Transformer). Die Stromversorgungen verfügen über entsprechende Entstör- und Filtermaßnahmen.

Für einen bestmöglichen Anlagenschutz verfügen die Stromversorgungseinheiten über ein umfangreiches und kundenspezifisch erweiterbares Überwachungs- und Schutzkonzept. Hierzu gehören beispielsweise folgende Schutzmaßnahmen:

  • Erdschlussstrom-Überwachung
  • Überstromüberwachung
  • Temperatur- und Wasserdurchflussüberwachung
  • Schnellabschaltung
  • Lastkurzschlusserfassung
  • Primärseitige Netzüberwachung
  • Überspannungs- und Schwingungsüberwachung der Ausgangsspannung
  • Überwachung des Zwischenkreises und Überspannungsschutz durch Schutzthyristoren
  • Überwachung des DCCT und der Treiberkarten
  • Überwachung der Leistungshalbleiter
  • Überwachungen gegen äußere Fehler z.B. Wasserdurchfluss- und Temperaturüberwachung des Lastmagneten

 

Je nach Anwendungsfall und Kundenanforderung wird bei der Betriebsart unterschieden zwischen:

  • 1-Quadranten-Betrieb: unipolarer Laststrom und unipolare Lastspannung
  • 2-Quadranten-Betrieb: unipolarer Laststrom und bipolare Lastspannung mit Rückspeisung
  • 4-Quadranten-Betrieb: bipolarer Laststrom und bipolare Lastspannung mit Rückspeisung

Bei Forderungen nach extrem steilen Stromanstiegen mit kurzen Konstantstromabschnitten für einen Pulsbetrieb mit beliebig einstellbarem Pulsmuster bieten wir eine gepulste getaktete Magnetstromversorgung an, die ebenfalls einen 4-Quadranten-Betrieb ermöglicht.

Auf Wunsch kann eine Magnetstromversorgung auch als Mehrfachgerät ausgeführt werden. Bei dieser sehr kompakten Bauweise befinden sich mehrere Geräte in einem Gehäuse.

Wir sind darauf spezialisiert, individuell passende Lösungen anzubieten. So können zur Einbindung in das Kontroll- und Steuersystem des Kunden passende Schnittstellenkarten entwickelt werden. Das Überwachungskonzept lässt sich nach Kundenwunsch erweitern. Antiparallele Schutzthyristoren sorgen für Schutz vor Überspannung auf der Lastseite. Quench-Protection-Systeme mit elektronischem Gleichstromschnellschalter schützen den supraleitenden Magneten im Falle eines Quenchs (Verlust der Supraleitfähigkeit). Mit dynamischer Null-Feld-Regelung (Degaussing) lässt sich ein remanentes Magnetfeld abbauen.

Folgende Erweiterungen wurden bereits realisiert:

  • Schutz vor Überspannung auf der Lastseite durch antiparallele Schutzthyristoren
  • Quench-Protection Systeme mit elektronischem Gleichstromschnellschalter
  • Dynamische Null-Feld-Regelung
  • Integration eines mechanischen Hochstromschalters

Gepulste Hochspannungsversorgungen zur Speisung von Klystrons

Ein Klystron ist eine Elektronenröhre, mit der Hochfrequenzsignale erzeugt und verstärkt werden, indem sie die Geschwindigkeit des Elektronenstroms steuert. Im Klystron erfährt ein im Vakuum erzeugter und durch Hochspannung beschleunigter Elektronenstrom durch ein hochfrequentes elektrisches Wechselfeld eine Geschwindigkeitsmodulation. Klystrons werden in Ultrahochfrequenzschaltungen (UHF) und Mikrowellen-Sendern sowie bei medizinischen und wissenschaftlichen Teilchenbeschleunigern eingesetzt.
 

Unsere Hochspannungsnetzgeräte werden individuell und kundenspezifisch ausgelegt und dimensioniert. Wichtige Parameter hierbei sind:

  • Ausgangsspannung und Polarität
  • Stabilität und Welligkeit während der Pulsdauer
  • Anstiegs- und Abfallzeitkonstante des Pulsstroms
  • Pulsdauer und Wiederholfrequenz

 Auch in der Entwicklung und Herstellung von Hochspannungsversorgungen verfügen wir über langjährige Erfahrung und Expertise. Unsere Hochspannungsnetzgeräte zeichnen sich ebenfalls aus durch:

  • extrem hohe Zuverlässigkeit und Langlebigkeit/Robustheit
  • praxisbewährtes Design und Technik
  • kundenspezifische Lösungen
  • integriertes Überwachungs- und Schutzkonzept
  • einfache Wartung und Austauschbarkeit der Bauteile

Referenzen

Hochstromversorgungseinheit zur Speisung supraleitender Dipolmagnete.

  •  max. Ausgangsstrom: 20.000 A
  • max. Stromabweichung (∆I/I): 2,5 · 10-4
  • max. Stromsteilheit (di/dt): 30 kA/s