- संक्षिप्त परिचय
- टीम के सदस्य
- इंडस एक्सेलेरेटर कॉम्प्लेक्स के लिए शक्ति परिवर्तक
- आई. आर. एफ. ई. एल. के लिए शक्ति परिवर्तक
- एफ. ए. आई. आर. के लिए शक्ति परिवर्तक
- अन्य अनुप्रयोगों के लिए शक्ति परिवर्तक
- एफ. पी. जी. ए. आधारित डिजिटल नियंत्रक
- उच्च स्थिरता (± 10 पीपीएम) मैग्नेट शक्ति परिवर्तक
- स्वचालित परीक्षण बेंच (ए. टी. बी.)
- वर्तमान में जारी गतिविधियाँ
- छात्रों की परियोजनाएँ
1. संक्षिप्त परिचय
एस. एम. पी. सी. एस. इंडस-1 और इंडस-2 सिंक्रोट्रॉन विकिरण स्रोतों, इंफ्रा-रेड फ्री इलेक्ट्रॉन लेजर (आई. आर. एफ. ई. एल) और अन्य अनुप्रयोगों के इलेक्ट्रोमैग्नेट के लिए शक्ति परिवर्तकों की अभिकल्पना और विकास में संलग्न है। यह अनुभाग एंटीप्रोटॉन और आयन रिसर्च फैसिलिटी (एफ. ए. आई. आर.), जर्मनी के लिए शक्ति परिवर्तकों की अभिकल्पना और विकास में भी संलग्न है।
टीम ने मुख्य रूप से स्विच-मोड ( हार्ड-स्विचिंग के साथ-साथ सॉफ्ट-स्विचिंग) शक्ति परिवर्तक टोपोलॉजी के क्षेत्र में काम करने के साथ साथ विभिन्न शक्ति परिवर्तकों के विश्लेषण और अभिकल्पना, फीडबैक कंट्रोल अभिकल्पना, उच्च-आवृत्ति चुंबकीय घटकों, विद्युत चुम्बकीय संगतता मसलो आदि में विशेषज्ञता हासिल की है। इलेक्ट्रोमैग्नेट के लिए 10 पीपीएम तक की स्थिरता वाले अत्यधिक स्थिर आउटपुट-करंट-नियंत्रित शक्ति परिवर्तक विकसित किए गए हैं।
वर्तमान में जारी परियोजनाओं के अलावा, यह अनुभाग उच्च स्थिरता वाले मैग्नेट शक्ति परिवर्तकों के लिए एफ. पी. जी. ए. आधारित डिजिटल नियंत्रक के विकास, मॉडलिंग और शक्ति परिवर्तकों की रिलायबिलिटी के विश्लेषण में भी संलग्न है। रेझोनंट कन्वर्टर्स का एक नया परिवार, जिसे रेझोनंट इमिटेंस कन्वर्टर्स कहा जाता है, की पहचान की गई है, जिसमें असंख्य अनुप्रयोग हैं और दुनिया भर के शोधकर्ताओं का ध्यान आकर्षित कर रहे हैं। रेझोनंट इमिटेंस कन्वर्टर्स का उपयोग करके क्रो-बार-लेस हाई-वोल्टेज शक्ति परिवर्तक, अल्ट्रा-कैपेसिटर चार्जर, इंडक्शन हीटिंग शक्ति परिवर्तक जैसे कई अनुप्रयोग विकसित किए गए हैं।
अधिक जानकारी के लिए संपर्क करें:
डॉ. मंगेश बी. बोरगे
प्रमुख, एसएमपीसीएस
फोन: +91-731-248-8008
ईमेल: mbb(at)rrcat.gov.in
2. टीम के सदस्य
| नाम |
पदनाम |
| डॉ. मंगेश बालकृष्ण बोरगे |
वैज्ञानिक अधिकारी /एच तथा प्रमुख एसएमपीसीएस |
| श्री आलोक सिंह |
वैज्ञानिक अधिकारी-एफ |
| श्री विनीत कु. द्विवेदी |
वैज्ञानिक अधिकारी /ई |
| श्री अभिषेक श्रीवास्तव |
वैज्ञानिक अधिकारी-सी |
| श्री पोखरकर राहुल रोहिदास |
वैज्ञानिक अधिकारी /सी |
| श्री मनोहर क. कोली |
वैज्ञानिक सहायक-जी |
| श्री विनोद कुमार |
वैज्ञानिक सहायक-जी |
| श्री भीमिरेड्डी मधु |
वैज्ञानिक सहायक-सी |
| श्री सुन्दरम मणि |
फोरमैन-सी |
| श्री विनोद वा. सोमकुँवर |
फोरमैन-सी |
| श्री संजय कु. प्रजापति |
सहायक फोरमैन |
3. इंडस एक्सेलेरेटर कॉम्प्लेक्स के लिए शक्ति परिवर्तक
इंडस एक्सेलेरेटर कॉम्प्लेक्स में इलेक्ट्रॉनों का स्रोत माइक्रोट्रॉन है। इलेक्ट्रॉनों को तब ट्रांसपोर्ट लाइन-1 (TL-1) के माध्यम से बूस्टर सिंक्रोट्रॉन तक पहुँचाया जाता है, जहाँ उनकी ऊर्जा को और बढ़ाया जाता है। उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों को तब ट्रांसपोर्ट लाइन-2 (TL-2) द्वारा इंडस-1 स्टोरेज रिंग में और ट्रांसपोर्ट लाइन-3 (TL-3) द्वारा इंडस-2 स्टोरेज रिंग में प्रवेश कराया जाता है। यह अनुभाग इंडस एक्सेलेरेटर कॉम्प्लेक्स में निम्नलिखित शक्ति परिवर्तकों के अभिकल्पना, विकास, स्थापना, संचालन और रखरखाव के लिए उत्तरदायी है:
माइक्रोट्रॉन डायपोल मैग्नेट शक्ति परिवर्तक
इस शक्ति परिवर्तक में, एक 12-पल्स एस.सी.आर. प्री-रेगुलेटर, एक ट्रांजिस्टराइज्ड सीरीज़-पास रेगुलेटर को पावर प्रदान करता है। एक क्लोज लूप फीडबैक प्रणाली निरंतर आउटपुट धारा को स्थिर बनाए रखता है। प्रमुख घटकों का तापमान निम्न चालकता वाले जल द्वारा नियंत्रित रखा जाता हैं। एक दिगंशीय प्रणाली डायपोल मैग्नेट के दो हिस्सों में विभिन्न धाराओं की अनुमति देती है।
माइक्रोट्रॉन डायपोल के लिए शक्ति परिवर्तक
माइक्रोट्रॉन एलएच/आरएच कॉइल्स, टीएल-1 क्वाड्रुपोल और डायपोल मैग्नेट के लिए शक्ति परिवर्तक:
माइक्रोट्रॉन (5 A / 10 V, संख्या: 2), टीएल -1 क्वाड्रुपोल मैग्नेट (5 A / 12 V, संख्या: 6) और TL -1 डायपोल मैग्नेट (12 A / 14 V, संख्या: 1) के एलएच/आरएच कॉइल के लिए शक्ति परिवर्तक, (संख्या: 1) टू-स्विच फॉरवर्ड कनवर्टर पर आधारित हैं जो 100 किलोहर्ट्ज स्विचिंग आवृत्ति पर काम कर रहे हैं। शक्ति परिवर्तक की अभिकल्पना को 6U कार्ड पर मानकीकृत किया गया है, जिससे सिस्टम के डाउनटाइम को कम करने की सुविधा मिलती है। साइट पर पर्याप्त मात्रा में अतिरिक्त शक्ति परिवर्तक कार्ड भी उपलब्ध कराए गए हैं। शक्ति परिवर्तक अधिक कुशल, हल्के और छोटे हैं। सभी शक्ति परिवर्तकों की आउटपुट धारा स्थिरता ± 100 पीपीएम से बेहतर है।
TL -1 में स्थापित क्वाड्रुपोल और डायपोल मैग्नेट शक्ति परिवर्तक
एनर्जी एनालाइजर मैग्नेट के लिए शक्ति परिवर्तक:
ऊर्जा विश्लेषक मैग्नेट के लिए पावर कनवर्टर (10 A / 18 V) को ± 100 पीपीएम की आउटपुट धारा स्थिरता के साथ बनाया गया है। उपयोग की जाने वाली टोपोलॉजी टू-स्विच फॉरवर्ड कनवर्टर है जो 20 किलोहर्ट्ज से 100 किलोहर्ट्ज की सीमा में परिवर्तनशील आवृत्ति PWM (VFPWM) नियंत्रण के साथ काम करती है। बेहतर स्थिरता प्राप्त करने के लिए, ओवन का उपयोग फ्रंट एंड इलेक्ट्रॉनिक्स में किया जाता है। इस शक्ति परिवर्तक में रिमोट मोड में संचालित होने की क्षमता है। विभिन्न संकेतों की निगरानी के लिए 9-पिन D-कनेक्टर दिया गया है।
ऊर्जा विश्लेषक मैग्नेट शक्ति परिवर्तक
TL -1 स्टीयरिंग कॉइल के लिए शक्ति परिवर्तक:
TL-1 स्टीयरिंग कॉइल मैग्नेट के लिए शक्ति परिवर्तक का अधिकतम आउटपुट 500 mA और 20 V है। कम पावर रेटिंग के कारण एक MOSFET-आधारित लीनियर रेगुलेटर स्कीम का चयन किया गया है जो इसे सरल बनता है । मानक 19-इंच रैक असेंबली के लिए प्रत्येक पावर कनवर्टर को एक ही कार्ड पर पूर्ण-फ़ंक्शन फीडबैक नियंत्रण और लोकल-रिमोट ऑपरेशन इंटरफ़ेस इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ एकल 3U आकार पीसीबी पर डिज़ाइन किया गया है।
TL-1 स्टीयरिंग कॉइल शक्ति परिवर्तक सब-रैक
TL-1 कंबाइंड फंक्शन स्टीयरिंग कॉइल के लिए शक्ति परिवर्तक:
20V/10 A रेटिंग की दो शक्ति परिवर्तक इकाइयां माइक्रोट्रॉन के ठीक बाद ट्रांसपोर्ट लाइन-1 में एक नया परिवर्धन है। इन शक्ति परिवर्तक इकाइयौ की मुख्य विशेषताएं हैं: इनपुट पर लगभग यूनिटी पावर फैक्टर, बाइपोलर धारा, एक ध्रुवीयता से दूसरे में सुचारू परिवर्तन । पावर स्टेज में यूनिटी पावर फैक्टर सुनिश्चित करने के लिए इनपुट पर एक बूस्ट कन्वर्टर है ।
बूस्टर मेन शक्ति परिवर्तक
बूस्टर रिंग में, इस शक्ति परिवर्तक का उपयोग करके 6 डायपोल मैग्नेट के मुख्य कॉइल और QF और QD चुम्बकों के 6 जोड़े से युक्त एक सीरीज सर्किट में ट्रैपेझोइडल धारा प्रवाहीत की जाती है। इंडस-1 और इंडस-2 की इंजेक्शन ऊर्जा के अनुरूप धारा को बढ़ाया जाता है। धारा वृद्धि और गिरावट की रैंप रेट 2000 A / s है। यह क्रम हर 1 सेकंड पर दोहराता है।
बूस्टर डायपोल शक्ति परिवर्तक में, दो थ्री-फेज SCR ब्रिज को मिलाकर एक 12-पल्स रेक्टिफायर सिस्टम बनाया गया है। एक जटिल फीडबैक लूप सिस्टम आवश्यक धारा स्थिरता प्रदान करता है। बूस्टर रिंग में सटीक इंजेक्शन के लिए धारा तरंग का सटीक समय महत्वपूर्ण है। बूस्टर रिंग में अन्य सभी शक्ति परिवर्तक एक ही धारा प्रोफाइल का पालन करती हैं।
बूस्टर मेन शक्ति परिवर्तक
बूस्टर वर्टिकल स्टीयरिंग कॉइल शक्ति परिवर्तक:
ये शक्ति परिवर्तक बूस्टर रैंप धारा प्रोफाइल (20 A की पीक धारा रेटिंग) के साथ पांच स्वतंत्र वर्टिकल स्टीयरिंग कॉइल को फीड करती है। ये यथार्थ बाइपोलर शक्ति परिवर्तक हैं। वे लीनियर पावर एम्पलीफायर स्कीम का उपयोग करके विकसित किए गए हैं।
बूस्टर वर्टिकल स्टीयरिंग कॉइल शक्ति परिवर्तक
TL-2 डायपोल मैग्नेट और इंडस-1 क्वाड्रुपोल मैग्नेट के लिए शक्ति परिवर्तक:
ये शक्ति परिवर्तक (300 A, अधिकतम 120 V) एक जीरो-वोल्टेज-स्विचिंग (ZVS) कनवर्टर का उपयोग करके विकसित किया गया है जिसमें IGBTs 25 किलोहर्ट्ज़ पर काम कर रहे हैं। कनवर्टर में एक पैसिव ऐडाप्तिव ऊर्जा भंडारण सर्किट है। जब आउटपुट धारा को कम मान पर सेट किया जाता है तथा जब लीकेज इंडक्टर में कम संग्रहित ऊर्जा होती है, तब सहायक सर्किट अधिक ऊर्जा संग्रहीत करता है। दूसरी ओर, जब आउटपुट धारा को उच्च मान पर सेट किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप ZVS प्राप्त करने के लिए लीकेज इंडक्टर में पर्याप्त संग्रहीत ऊर्जा होती है, तब सहायक सर्किट कम ऊर्जा संग्रहीत करता है। इस प्रकार पूरी रेंज में ZVS, कंडकसन लॉस को बढ़ाए बिना, प्राप्त किया जाता है। आउटपुट धारा स्थिरता को ± 40 पीपीएम से भी बेहतर में मापा गया है, जो कि ± 400 पीपीएम की परिसीमा के भीतर है।
TL-2 डायपोल और इंडस-1 क्वाड्रुपोल मैग्नेट शक्ति परिवर्तक
TL -2 क्वाड्रुपोल मैग्नेट के लिए शक्ति परिवर्तक:
TL -2 में 8 क्वाड्रपोल मैग्नेट हैं जो 80 A, 25 V रेटिंग के 8 स्वतंत्र शक्ति परिवर्तक द्वारा संचालित हैं। इनमें प्रयुक्त टोपोलॉजी टू-स्विच फॉरवर्ड कन्वर्टर हैं जो 50 किलोहर्ट्ज़ स्विचिंग फ्रीक्वेंसी पर काम कर रहे हैं। प्रत्येक शक्ति परिवर्तक को एक 4U रैक में रखा गया है और आठ ऐसे शक्ति परिवर्तक दो 24U कैबिनेट में रखे गए हैं। मशीन के डाउनटाइम को कम करने के लिए प्रत्येक कैबिनेट में एक अतिरिक्त शक्ति परिवर्तक का प्रावधान भी है।
TL-2 क्वाड्रुपोल मैग्नेट शक्ति परिवर्तक
TL-2 स्टीयरिंग कॉइल शक्ति परिवर्तक:
इन 11 शक्ति परिवर्तकों में उपयोग की जाने वाली टोपोलॉजी टू-स्विच फॉरवर्ड कनवर्टर है जो 20 किलोहर्ट्ज से 100 किलोहर्ट्ज की सीमा में परिवर्तनशील आवृत्ति PWM (VFPWM) नियंत्रण के साथ काम करती है। बेहतर स्थिरता प्राप्त करने के लिए, ओवन का उपयोग फ्रंट एंड इलेक्ट्रॉनिक्स में किया जाता है। इस शक्ति परिवर्तक में रिमोट मोड में संचालित होने की क्षमता है। विभिन्न संकेतों की निगरानी के लिए 9-पिन D-कनेक्टर दिया गया है।
TL-2 स्टीयरिंग कॉइल शक्ति परिवर्तक
TL -3 डायपोल मैग्नेट के लिए शक्ति परिवर्तक:
ये शक्ति परिवर्तक TL -3 के तीन डायपोल मैग्नेट को धारा प्रदान करते हैं। इस शक्ति परिवर्तक में एक 12-पल्स एस.सी.आर. प्री-रेगुलेटर पावर प्रदान करता है। एक क्लोज लूप फीडबैक प्रणाली निरंतर आउटपुट धारा को स्थिर बनाए रखता है। प्रमुख घटकों का तापमान निम्न चालकता वाले जल द्वारा नियंत्रित रखा जाता हैं। दो स्वतंत्र शक्ति परिवर्तक एक कैबिनेट में रखे गए हैं ।
TL -3 डायपोल मैग्नेट शक्ति परिवर्तक
इंडस- 1 डायपोल मैग्नेट के लिए शक्ति कनवर्टर:
800 A / 140 V डीसी रेटिंग के इस शक्ति परिवर्तक का उपयोग इंडस-1 रिंग में 4 डायपोल मैग्नेट की श्रृंखला को धारा प्रदान करने के लिए किया जाता है। धारा की स्थिरता ± 100 पीपीएम है। ये शक्ति परिवर्तक TL -3 के तीन डायपोल मैग्नेट को धारा प्रदान करते हैं। इस शक्ति परिवर्तक में एक 12-पल्स एस.सी.आर. प्री-रेगुलेटर पावर प्रदान करता है। एक क्लोज लूप फीडबैक प्रणाली निरंतर आउटपुट धारा को स्थिर बनाए रखता है। प्रमुख घटकों का तापमान निम्न चालकता वाले जल द्वारा नियंत्रित रखा जाता हैं।
इंडस -1 डायपोल मैग्नेट शक्ति परिवर्तक
इंडस-2 क्वाड्रुपोल मैग्नेट के लिए शक्ति परिवर्तक:
इंडस-2 के क्वाड्रुपोल मैग्नेट के लिए शक्ति परिवर्तकों के विकास के लिए दो टोपोलॉजी का अनुसरण किया गया है। वर्तमान में, Q 1 और Q 2 प्रकार के क्वाड्रुपोल मैग्नेट के लिए शक्ति परिवर्तक को ट्रांजिस्टर सीरीज़ पास स्कीम का उपयोग करके 12-पल्स एससीआर रेक्टिफायर के साथ प्री-रेगुलेटर के रूप में विकसित किया जाता है, जबकि Q 3 प्रकार के क्वाड्रुपोल मैग्नेट के लिए शक्ति परिवर्तक को टू-स्विच फॉरवर्ड कन्वर्टर टोपोलॉजी के आधार पर विकसित किया जाता है। जिसमें टू स्विच फॉरवर्ड कन्वर्टर्स के दो चरण (प्रत्येक की रेटिंग: 180 A / 60 V) इनपुट-पैरेलल और आउटपुट-सीरीज कॉन्फ़िगरेशन में जुड़े हुए हैं। इसके परिणामस्वरूप मॉड्यूलर और छोटी इकाइयाँ, श्रेष्ठतर ऊष्मा प्रबंधन, सरल विन्यास, छोटी फ़िल्टरिंग आवश्यकताएं और आसान रखरखाव संभव हुआ।
इंडस-2 में Q1 प्रकार के मैग्नेट शक्ति परिवर्तक
इंडस-2 में Q2 प्रकार के मैग्नेट शक्ति परिवर्तक
इंडस-2 में Q3 प्रकार के मैग्नेट शक्ति परिवर्तक
इंडस-2 स्क्यु क्वाड्रुपोल मैग्नेट के लिए शक्ति परिवर्तक:
स्क्यु क्वाड्रुपोल कॉइल्स को सेक्स्टुपोल मैग्नेट पर फिट किया गया है। इन कॉइल को धारा प्रदान करने के लिए कुल 4 शक्ति परिवर्तकों की आवश्यकता है। ये शक्ति परिवर्तक TL-3 डायपोल मैग्नेट के समान हैं।
इंडस-2 स्क्यु क्वाड्रुपोल मैग्नेट के लिए शक्ति परिवर्तक
इंडस-2 सेक्स्टुपोल मैग्नेट के लिए शक्ति परिवर्तक:
रिंग में 16 सेक्स्टुपोल मैग्नेट (SF और SD एसडी) के दो परिवार हैं। प्रत्येक परिवार के सभी 16 मैग्नेट श्रृंखला में जुड़े हुए हैं। प्रत्येक श्रृंखला को अलग शक्ति परिवर्तक द्वारा धारा प्रदान की जाती है। शक्ति परिवर्तक को 12-पल्स एससीआर रेगुलेटर और उसके बाद फिल्टर का उपयोग करके विकसित किया गया है।
इंडस-2 सेक्स्टुपोल मैग्नेट के लिए शक्ति परिवर्तक
इंडस-2 और TL-3 में स्टीयरिंग कॉइल के लिए शक्ति परिवर्तक:
इन शक्ति परिवर्तक के पावर चरण में लोड पर आवश्यक वोल्टेज के साथ-साथ आइसोलेशन प्राप्त करने के लिए एक फुल ब्रिज एसी-डीसी कनवर्टर है, इसके बाद धारा की ध्रुवीयता को बदलने के लिए फुल ब्रिज इन्वर्टर है। आवश्यक कुल 111 शक्ति परिवर्तकों को 32U कैबिनेट (कुल संख्या 15) में रखा गया हैं।
इंडस-2 गैलरी में स्थित स्टीयरिंग कॉइल के लिए शक्ति परिवर्तक
4.आई. आर. एफ. ई. एल. के लिए शक्ति परिवर्तक
इन्फ्रारेड फ्री इलेक्ट्रॉन लेजर (IRFEL) आरआरकेट में विकसित किया गया है। इस परियोजना की बीम लाइन में विभिन्न मैग्नेट के लिए शक्ति परिवर्तक इकाइयाँ (संख्या: 50 + 10 अतिरिक्त) शामिल हैं, जिनकी अधिकतम रेटिंग 13 A /15 V तथा आउटपुट धारा की स्थिरता ± 100 / ± 400 पीपीएम है। शक्ति परिवर्तक को 6U कार्ड पर पूर्ण-फ़ंक्शन फीडबैक नियंत्रण और लोकल/रिमोट ऑपरेशन इंटरफ़ेस इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ अभिकल्पित किया गया है। ऐसे पांच शक्ति परिवर्तक एक 6U, 19-इंच रैक में रखे गए हैं।
आई. आर. एफ. ई. एल. में स्थापित मैग्नेट शक्ति परिवर्तक
5. एफ. ए. आई. आर. के लिए शक्ति परिवर्तक
एंटीप्रोटॉन और आयन रिसर्च फैसिलिटी (FAIR), जर्मनी के लिए भारत के योगदान के रूप में, एसएमपीसीएस शक्ति परिवर्तकों की अभिकल्पना, अभिकल्पना समीक्षा, व्यवहार्यता अध्ययन, प्री-प्रोटोटाइप विकास, परीक्षण और मूल्यांकन में सक्रिय रूप से शामिल है। इसी क्रम में FAIR के लिए मल्टी-क्वाड्रंट शक्ति परिवर्तक, जिनकी रेटिंग ± 300 A आउटपुट धारा (संख्या: 79 ) और ±100 A आउटपुट धारा (संख्या: 48) है, ईसीआईएल, हैदराबाद के सहयोग से एसएमपीसीएस के मार्गदर्शन में विकसित किया गया है। ± 400 A रेटिंग के शक्ति परिवर्तक का पहला प्रोटोटाइप भी विकसित किया गया है। इन शक्ति परिवर्तक को आईजीबीटी ब्रिज कन्वर्टर का उपयोग करके स्विच-मोड शक्ति परिवर्तक तकनीक के आधार पर विकसित किया गया है। ± 300 A शक्ति परिवर्तक भारत की ओर से FAIR में अपनी तरह का पहला योगदान है।
FAIR के लिए ± 300 A (बाएं) और ± 100 A (दाएं) शक्ति परिवर्तक
6. अन्य अनुप्रयोगों के लिए शक्ति परिवर्तक
एसएमपीसीएस द्वारा अन्य अनुप्रयोगों के लिए शक्ति परिवर्तक भी विकसित किए गए हैं:
- लेजर डायोड ड्राइवर
- अतिचालक पदार्थों के अध्ययन के लिए साइन-वेव धारा-स्रोत
- एटम कूलिंग प्रयोग में सोलनॉइड कॉइल के लिए टू-क्वाड्रेंट शक्ति परिवर्तक का विकास
- अल्ट्रा-कैपेसिटर चार्जर शक्ति परिवर्तक
- हाई-वोल्टेज डीसी शक्ति परिवर्तक का विकास
लेजर डायोड ड्राइवर
लेजर मार्किंग सिस्टम में लेजर डायोड के लिए 40 A/ 2.5 V डीसी धारा-नियंत्रित शक्ति परिवर्तक विकसित किया गया है। शक्ति परिवर्तक की मुख्य विशेषताएं हैं: छोटा आकार, हल्का वजन, कम लागत, सरल विन्यास और उच्च विश्वसनीयता। यह टू-स्विच फॉरवर्ड कनवर्टर टोपोलॉजी पर आधारित है जो 100 किलोहर्ट्ज पर काम कर रहा है। शक्ति परिवर्तक का लेजर मार्कर सिस्टम के साथ सफलतापूर्वक एकीकृत और परीक्षण किया गया है।
लेजर डायोड पावर कनवर्टर बोर्ड (बाएं) और लेजर मार्कर सिस्टम (दाएं) में इसका एकीकरण।
इसके आलावा, लेजर अंकन प्रणाली में लेजर डायोड के लिए एक 80 A/6 V डीसी धारा-नियंत्रित शक्ति परिवर्तक विकसित किया गया है। शक्ति परिवर्तक की मुख्य विशेषताएं हैं: छोटा आकार, हल्का वजन, कम लागत, सरल विन्यास और उच्च विश्वसनीयता। यह 2L-ISIPO (इंटरलीव्ड सीरीज इनपुट पैरेलल आउटपुट टू-स्विच फॉरवर्ड कन्वर्टर) टोपोलॉजी पर आधारित है जो 100 किलोहर्ट्ज पर काम कर रहा है। शक्ति परिवर्तक का लेजर मार्कर सिस्टम के साथ सफलतापूर्वक एकीकृत और परीक्षण किया गया है।
लेजर डायोड पावर कनवर्टर बोर्ड (बाएं) और लेजर मार्कर सिस्टम (दाएं) में इसका एकीकरण।
अतिचालक पदार्थों के अध्ययन के लिए साइन-वेव धारा स्रोत
विभिन्न आवृत्तियों पर विभिन्न चुंबकीय और अतिचालक पदार्थों की प्रतिक्रिया का अध्ययन करने के लिए लगभग 1 से 2 ओर्स्टेड का एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए एक चर आवृत्ति साइन-वेव धारा स्रोत की आवश्यकता होती है। धारा स्रोत को क्रमशः 100 mA/ 63 V की अधिकतम रेटिंग और 1 हर्ट्ज से 100 किलोहर्ट्ज़ तक की आवृत्ति के साथ विक्सित किया गया है। यह परिष्कृत हाउलैंड धारा-स्रोत टोपोलॉजी पर आधारित है और इसे APEX PA 85 पावर ऑपरेशनल एम्पलीफायर का उपयोग करके विकसित किया गया है।
विकसित धारा स्रोत का फोटो
परमाणु शीतलन प्रयोग में सोलनॉइड कॉइल के लिए टू-क्वाड्रेंट शक्ति परिवर्तक का विकास
एटम कूलिंग प्रयोग में सोलनॉइड कॉइल को धारा प्रदान करने के लिए एसएमपीसीएस में एक 50 A/ ± 226 V धारा-नियंत्रित बाइपोलर शक्ति परिवर्तक विकसित किया गया है। यह टू-क्वाड्रंट स्विच मोड कन्वर्टर टोपोलॉजी पर आधारित है जो 25 किलोहर्ट्ज़ पर काम करता है। इस कनवर्टर में आगमनात्मक भार पर तेजी से (1 ms) बढ़ते और गिरते धारा पैटर्न उत्पन्न करने की क्षमता में निहित है। यह फीडबैक कंट्रोल स्कीम के साथ कंट्रोल सर्किट में फीड फॉरवर्ड लूप को शामिल करके विकसित किया गया है।
सोलनॉइड कॉइल के लिए टू-क्वाड्रेंट शक्ति परिवर्तक की फोटो
अल्ट्रा-कैपेसिटर चार्जर शक्ति परिवर्तक
उच्च आवृत्ति, सॉफ्ट-स्विचिंग रेजोनेंट कनवर्टर का उपयोग करते हुए एक कॉम्पैक्ट, स्केलेबल, मानक 4U आकार का एक स्थिर -धारा अल्ट्रा कैपेसिटर चार्जर (UCC) विकसित किया गया है। अल्ट्रा कैपेसिटर, जिसे सुपर कैपेसिटर भी कहा जाता है, बैटरी की तुलना में कई फायदे प्रदान करता है, जैसे बड़ी संख्या में चार्ज-डिस्चार्ज चक्र, कम ESR, उच्च दक्षता, उच्च शक्ति घनत्व और कम हीटिंग। इसलिए, पोर्टेबल इलेक्ट्रिकल और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और बैटरी के साथ परिवहन में अल्ट्रा कैपेसिटर का तेजी से उपयोग किया जा रहा है। यह आशा की जाती है कि निकट भविष्य में, ऑटोमोटिव उद्योग बैटरी के प्रतिस्थापन के रूप में अल्ट्रा कैपेसिटर का उपयोग करेगा। अल्ट्रा कैपेसिटर का एक और फायदा इसकी जल्दी चार्ज होने की क्षमता है।
प्रस्तुत शक्ति परिवर्तक एक अंतर्निहित धारा स्रोत है जिसमें पैसिव आउटपुट वोल्टेज क्लैम्पिंग है, जो बिना किसी धारा साझाकरण नियंत्रण के साथ, समानांतर संचालन (आउटपुट वर्तमान को बढ़ाने के लिए) में सक्षम है। इसका नियंत्रण और इंटरफ़ेस सरल है। विकसित चार्जर को ± 48 V डीसी इनपुट, 10 A आउटपुट करंट, 15 V अधिकतम चार्जिंग वोल्टेज के लिए अभिकल्पित किया गया है और 58 F अल्ट्राकैपेसिटर के साथ इसका परीक्षण किया गया है। अन्य विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए उसी कार्ड को आसानी से कॉन्फ़िगर किया जा सकता है।
अल्ट्रा-कैपेसिटर चार्जर
हाई-वोल्टेज डीसी शक्ति परिवर्तक का विकास
20 kV / 1 A रेटिंग का एक क्राउबार-रहित उच्च वोल्टेज डीसी शक्ति परिवर्तक LCL-T रेजोनेंट कनवर्टर का उपयोग करके विकसित किया गया है, जो स्थिर-वोल्टेज से स्थिर–धारा रूपांतरण विशेषता को प्रदर्शित करती है। शक्ति परिवर्तक को थ्री -फेज LCL-T रेजोनेंट कनवर्टर के रूप में अभिकल्पित किया गया है जो स्थिर (रेजोनेंट) आवृत्ति पर चल रहा है। एक अन्य फ्रंट-एंड DC-DC कनवर्टर का उपयोग करके रेजोनेंट कनवर्टर के इनपुट DC वोल्टेज को नियंत्रित करके आउटपुट को नियंत्रित किया जाता है। शक्ति परिवर्तक का परीक्षण सफलतापूर्वक 20 kV तक किया गया है।
हाई-वोल्टेज डीसी शक्ति परिवर्तक
7.FPGA आधारित डिजिटल नियंत्रक
भारत में भविष्य के त्वरक परियोजनाओं के लिए बड़ी संख्या में मैग्नेट शक्ति परिवर्तक (आउटपुट धारा स्थिरता की आवश्यकता ± 10 PPM) की आवश्यकता होगी । इन शक्ति परिवर्तक में फीडबैक कंट्रोल स्कीम के कार्यान्वयन के लिए, डिजिटल नियंत्रकों को उनके एनालॉग समकक्षों पर प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि डिजिटल हार्डवेयर में तकनीकी प्रगति ने इसे अधिक कार्यक्षम बना दिया है। मैग्नेट शक्ति परिवर्तक के लिए FPGA-आधारित प्रोटोटाइप डिजिटल कंट्रोलर के विकास से संबंधित गतिविधियां शुरू की गईं। एक 4U आकार का प्रोटोटाइप डिजिटल कंट्रोल कार्ड विकसित किया गया है जो मैग्नेट शक्ति परिवर्तक के कंट्रोल रैक मॉड्यूल में मौजूदा एनालॉग कंट्रोल कार्ड के स्थान पर रेट्रोफिट किया जा सकता है। इसमें मुख्य रूप से उच्च रिज़ॉल्यूशन डिजिटल पल्स विड्थ मॉड्यूलेशन (DPWM), सिग्नल कंडीशनिंग सर्किट, ADC, ओवन कंट्रोल सर्किट और पल्स ब्लॉकिंग सर्किट के साथ PI आधारित क्लोज लूप कंट्रोल स्कीम को लागू करने के लिए एक FPGA शामिल है। इस कार्ड को उच्च रिज़ॉल्यूशन फीडबैक नियंत्रण योजना के साथ प्रोग्राम किया गया है, जिसका मूल्यांकन और परीक्षण एक मैग्नेट शक्ति परिवर्तक के साथ किया गया है जो ± 10 PPM के भीतर आउटपुट धारा स्थिरता प्रदान करता है।
डिजिटल नियंत्रण कार्ड
8. उच्च स्थिरता (± 10 पीपीएम) मैग्नेट शक्ति परिवर्तक:
लो एमिटेंस स्टोरेज रिंग (लेसर) जैसे भविष्य के त्वरक परियोजनाओं में ± 10 PPM की आउटपुट धारा स्थिरता के शक्ति परिवर्तक की आवश्यकता होगी। ± 10 PPM स्थिरता वाले मैग्नेट शक्ति परिवर्तक के विकास पर दो क्षेत्रों में व्यापक रूप से विशेष ध्यान देने की आवश्यकता है - (1) शक्ति परिवर्तक के लिए नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स और (2) सटीक संवेदन के साथ मैग्नेट धारा का मापन । 300 A / 90 V शक्ति परिवर्तक के लिए पावर पार्ट की अभिकल्पना आरआरकेट में किया गया और इसका विनिर्माण ईसीआईएल, हैदराबाद में सहयोग से किया गया। नियंत्रण भाग पर दो मोर्चों पर काम शुरू किया गया था: मौजूदा एनालॉग नियंत्रक का शोधन और नए डिजिटल नियंत्रक का विकास। परिष्कृत सर्किट अभिकल्पना, बेहतर एकीकृत सर्किट और बेहतर घटकों के साथ एनालॉग नियंत्रण कार्ड का एक उन्नत संस्करण विकसित किया गया है। इसके अलावा, एक FPGA आधारित डिजिटल कंट्रोल कार्ड विकसित किया गया है। ± 10 पीपीएम की आउटपुट धारा स्थिरता प्रदर्शित करने के लिए दोनों कार्डों के साथ शक्ति परिवर्तक का परीक्षण किया गया है।
उच्च स्थिरता मैग्नेट शक्ति परिवर्तक
9 स्वचालित परीक्षण बेंच (ATB)
कण त्वरक में विभिन्न मैग्नेट को सक्रिय करने के लिए बड़ी संख्या में शक्ति परिवर्तकों की आवश्यकता होती है। इसलिए यह अनिवार्य हो जाता है कि इन शक्ति परिवर्तकों को सिस्टम में लगाने से पहले पूरी तरह से परीक्षण किया जाए ताकि अपेक्षित कार्यक्षमता सुनिश्चित की जा सके। शक्ति परिवर्तक के प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए विभिन्न प्रकार के परीक्षण, परीक्षण अनुक्रम और परीक्षण मापदंडों की कल्पना की गई है। पहले, उन्हें ज्यादातर रिमोट इंटरफेस मॉड्यूल की मदद से मैन्युअल रूप से निष्पादित किया जाता था। परीक्षण परिणामों के उचित प्रलेखन के साथ एक सुव्यवस्थित और अधिक कुशल तरीके से मैग्नेट शक्ति परिवर्तकों का नियमित परीक्षण करने की सुविधा के लिए स्वचालन की आवश्यकता है। इसलिए, एक स्वचालित परीक्षण बेंच (ATB) विकसित किया गया है। इसमें एक कंट्रोल इंटरफेस मॉड्यूल, DCCT रैक, ऑसिलोस्कोप, डेटा लॉगर, मास्टर पैच पैनल और एक कंप्यूटर शामिल हैं।
स्वचालित परीक्षण बेंच (ATB)
10. वर्तमान में जारी गतिविधियाँ
विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए विभिन्न शक्ति परिवर्तकों की अभिकल्पना और विकास के अलावा, एसएमपीसीएस वर्तमान में निम्नलिखित गतिविधियों में भी शामिल है:
- स्विच-मोड टोपोलॉजी पर आधारित फास्ट-रैंप शक्ति परिवर्तक
- इंडस-1 डायपोल मैग्नेट के लिए नया शक्ति परिवर्तक
- इंडस-1 COD मैग्नेट के लिए शक्ति परिवर्तक
- इंडस-2 में हार्मोनिक सेक्स्टूपोल मैग्नेट के लिए शक्ति परिवर्तक
11. छात्रों की परियोजनाएं
भारत के विभिन्न संस्थानों और विश्वविद्यालयों के छात्रों ने अपनी स्नातकोत्तर डिग्री की आंशिक पूर्ति के लिए स्विच मोड शक्ति परिवर्तक अनुभाग में परियोजना कार्य किए हैं। परियोजना कार्यों से संबंधित थीसिस के शीर्षकों की सूची नीचे दी गई है:
- Analysis, Design and Development of Two-Switch Forward Converter and Effect of Transformer Winding Capacitance.
- Design and Development of Quadrupole Magnet Power Converter for TL-2 of Indus-1.
- Full Bridge Zero-Voltage-Switching Converter for Wide Load Range Applications.
- Performance Enhancement of High Frequency Switching Converters Using Passive Techniques.
- Analysis, Design and Implementation of Lossless Turn-off and Turn-on Snubber in High-Power High-Frequency Dual Buck Inverter.
- Design of High-Power AC-to-DC and DC-to-DC Converters.
- Design and Development of 25 kW Buck Converter.
- Analytical and Experimental Studies on Various Electronics Subsystems Used in a Magnet Power Supply.
- Sensitivity Analysis of Resonant Immittance Converters.
- Analysis, Design and Simulation of Interleaved Series Input Parallel Output (ISIPO) Forward Converters.
- Studies on Switch Mode Power Supplies for Electromagnets in Particle Accelerators.
- Performance Evaluation and Reliability Analysis of a 20 kW Electromagnet Power Supply.
- Analysis and Design of Current-Fed Symmetrical Capacitor-Diode Voltage Multiplier.
- Design and Development of FPGA Based Digital Controller for Magnet Power Supplies.
- Design and Characterisation of Feedback Control Loop for Magnet Power Supply in Particle Accelerators.
- Development of Two-Quadrant Converter and its Application in Characterization of Inductors.
- Study and Simulation of Average Current Mode Control for Power Converters.
- Analysis, Design and Development of Fast-ramped, Switch-mode Power Converter for Inductive Load.
