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고정밀 고전압 CCPS을 이용한 XFEL 200MW 펄스 모듈레이터 시험
XFEL Pulse Modulator Test using High Precision High Voltage CCPS 원문보기

전력전자학회 2014년도 전력전자학술대회 논문집, 2014 July 01, 2014년, pp.97 - 99  

박성수 (포항공대 가속기연구소) ,  김상희 (포항공대 가속기연구소) ,  권세진 (포항공대 가속기연구소) ,  이흥수 (포항공대 가속기연구소) ,  강흥식 (포항공대 가속기연구소) ,  김동수 (다원시스(주)) ,  신현석 (포스코ICT(주))

초록
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포항가속기 연구소에서 4세대 전자를 가속시키기 위하여 RF 공급원으로 사용하는 펄스 모듈레이터의 고전압 안정도는 50ppm 이하의 고전압이 요구된다. 200 MW 모듈레이터에 공급하기 위하여 개발된 고전압 CCPS사양은 50 kV, 120 kJ/sec, 2400mA, 20ppm이하이다. XFEL용 모듈레이터는 고정밀 고전압 CCPS를 적용하여 운전하였으며 모듈레이터 사양은 400kV, 500A, 8us, 60Hz, beam voltage stability 0.005(%)이다. 본 논문에서는 개발한 고정밀 고전압 CCPS를 사용하여 시험한 모듈레이터의 시험 결과에 대하여 발표하고자 한다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • 200 MW 모듈레이터에 클라이스트론 부하를 설치하여 고정밀 인버터 전원장치에서 발생하는 고조파를 측정하여 분석하였다. 그림 9는 전원측에 40 kV 60Hz로 운전시 480Vac 입력측에서 측정한 전류 파형이다.
  • PFN 커패시터에 충전되는 고전압의 50ppm(0.005%)을 측정 하기 위하여 그림 5와 같이 측정장치를 구성하였으며 PFN의 고전압을 정밀하게 측정하기 위하여 Ross사의 VD60 series를 선정 하여 사용을 하였으며 빔전압 및 빔전류는 Capatance voltage divider(Stangenes사, 10,000:1)와 Current transformer(Stangenes 사, 0.05V/A)를 사용하였다. 그리고 측정하는 부분의 전압 파형을 정밀하게 측정하기 위하여 Lecroy사의 Differential Amplifier DA1855A를 사용하여 PFN 전압의 offset를 주었으며 band width는 1 MHz로 설정을 하였다.
  • 개선된 빔전압 및 빔전류의 안정도를 얻기 위하여 클라이스트론 및 싸이라트론에 인가되는 히터 전원의 꼭지점 부분에 놓이도록 AC 전원과 동기하여 시험을 하였다. 그림 6은 PFN 전압을 42 kV로 충전한 상태에서 모듈레이터를 60 Hz 운전하면서 약 3분간 누적하여 측정한 파형으로 빔전압 Stability는 약 19.
  • 그리고 측정하는 부분의 전압 파형을 정밀하게 측정하기 위하여 Lecroy사의 Differential Amplifier DA1855A를 사용하여 PFN 전압의 offset를 주었으며 band width는 1 MHz로 설정을 하였다. 그리고 측정장비는 Histogram 이 가능한 장치로서 Tektronix사의 DPO7104 스코프를 사용하였으며 Histogram의 acquisition 모드에서 High resolution 모드로 11bit의 분해가 가능한 모드로 설정하였으며 Time base 5.0 ns, Sample rate 10 G/s, Amplitude 1mV로 설정하여 측정을 하였다. [2]
  • 05V/A)를 사용하였다. 그리고 측정하는 부분의 전압 파형을 정밀하게 측정하기 위하여 Lecroy사의 Differential Amplifier DA1855A를 사용하여 PFN 전압의 offset를 주었으며 band width는 1 MHz로 설정을 하였다. 그리고 측정장비는 Histogram 이 가능한 장치로서 Tektronix사의 DPO7104 스코프를 사용하였으며 Histogram의 acquisition 모드에서 High resolution 모드로 11bit의 분해가 가능한 모드로 설정하였으며 Time base 5.
  • 개별 모듈레이터의 사양은 출력 200 MW, 빔전압 400 kV, 빔전류 500 A, 펄스폭 8us, 반복횟수 60 Hz이고 부하로는 S band E37320 80 MW Klystron을 사용할 예정이다. 모듈레이터의 전압 안정도 요구조건을 만족하기 위하여 Inverter type 고전압 전원장치와 고정밀 고전압 인버터 전원공급장치와 DSP 제어기를 개발하였으며 개발한 장치를 가지고 모듈레이터를 시험을 하였다.
  • 인버터형 고정밀 고전압 전원장치를 시험하기 위하여 그림 3과 같이 200 MW 모듈레이터를 제작하여 설치하였으며 전원공급장치는 일반 고전압 전원공급장치 30 kJ/sec 4개, 고정밀 고전압 전원공급장치 5 kJ/sec 1개, DSP controller 1개등으로 구성을 하여 시험을 하였다.
  • 포항가속기 연구소에서 4세대용 모듈레이터에 사용하는 30 kJ/sec 일반 고전압 전원장치 4set와 5 kJ/sec 고정밀 고전압 전원공급장치 1set 그리고 DSP 제어기를 개발하였다. 개발한 일반 및 고정밀 고전압 전원공급장치를 이용하여 200 MW 모듈레이터에 충전 및 방전시험을 하여 PFN 커패시터 및 빔전압의 안정도(Stability)를 측정하여 요구하는 성능을 얻었다.

대상 데이터

  • 10 GeV 에너지를 가속하기 위한 선형가속기의 RF 전력공급장치는 46 set의 클라이스트론 모듈레이터로 구성할 예정이며 80 MW용 Toshiba E37320 클라이스트론과 Inverter HVPS를 사용한 200 MW 모듈레이터로 구성된다.
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