SMES
Based Power Modulator
Abstract
Based
on a superconducting magnetic energy storage (SMES) a long-pulse klystron
modulator has been designed for use inthe
TESLA Test facility (TTF) at DESY, Hamburg. A prototype with an output
power of 25 MW is under development at Forschungszentrum Karlsruhe in cooperation
with the office of engineering IbK at Karlsruhe. Including a pulse transformer
(1:13/11.5), the system will deliver pulses of 130 kV or 115 kV, 1.7 ms
pulse length with a flat top of ± 0.5 %, at a repetition rate up
to 10 Hz. This new system's main features are a highly dynamic SMES (>
100 T/s), a high current power supply (rated 27 V/2.6 kA) , a switched-mode
high voltage power supply (rated 14 kV/45 A), a fast thyristor power switch
for 2.6 kA approx. continuous current/ 2 ms break, an IGCT power switch
rated 2.6 kA/14 kV, a protection switch unit and a system control unit.
This demonstration system is to serve alternatively two klystrons of 5
MW RF output or one multibeamklystron
of 10 MW RF output. A significant part of the components of the system
has been built. A first set of the system components had been arranged
to form a model of the modulator and 1 MW pulses were generated. The next
large step in the area of the power electronic part is to increase the
power of this test arrangement up to 10 MW. The SMES and its cryostat have
undergone initial testing. The data acquisition and control system under
development at DESY has been taken over and adjusted to our computer and
experimental environment.
Pulsleistungsmodulator auf SMES-Basis
Zusammenfassung
Auf der Basis eines supraleitenden magnetischen Energiespeichers (SMES) wurde ein Lang-Puls-Leistungsmodulator für die Versorgung von Klystrons der TESLA Test Facility (TTF) bei DESY, Hamburg, entworfen. Ein Prototyp mit einer Ausgangsleistung von 25 MW ist am Forschungszentrum Karlsruhe in Zusammenarbeit mit dem Ingenieurbüro IbK, Karlsruhe, in der Entwicklung. Zusammen mit einem Pulstransformator (1:13/1:11,5) wird das System Pulse von 130 kV bzw. 115 kV, 1,7 ms Länge und einem flachen Dach mit ± 0,5 % bei einer Wiederholfrequenz von bis zu 10 Hz liefern. Die Hauptkomponenten des neuen Systems sind der hochdynamische SMES (> 100 T/s), ein Hochstrom-Netzgerät (Nennwerte 27 V/2,6 kA), ein getaktetes Hochspannungs-Netzgerät (Nenndaten 14 kV/45 A), ein schneller Thyristor-Leistungsschalter für 2,6 kA Dauerbelastung und einer Unterbrechung für ca. 2 ms, ein IGCT Leistungsschalter mit Nennwerten 2,6 kA/14 kV, eine Schutzschalter-Einheit und eine System-Steuereinheit. Dieses Demonstrationssystem soll alternativ zwei Klystrons mit 5 MW Hochfrequenz-Ausgangsleistung oder ein Multibeam-Klystron mit 10 MW Ausgangsleistung versorgen. Ein erheblicher Teil der Komponenten des Systems ist gebaut worden. Aus fertigen Systemkomponenten wurde ein Modulator-Modell aufgebaut und 1 MW-Pulse wurden generiert. Der nächste große Schritt im Bereich des Leistungselektronikteils ist der Aufbau und Test eines 10 MW-Test-Arrangements. Der SMES und sein Kryostat sind ersten Tests unterzogen worden. Das bei DESY im Aufbau befindliche Datenerfassungs- und Steuerungssystem wurde übernommen und auf unsere Rechner- und Experimentierumgebung angepasst.