Power losses calculation for 2-quadrant topology

COULINGE, E.; MAESTRI, S.

2017-05-15/2017-07-01

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Análisis y diseño de equipamiento

Energia-Electrica

De forma de mejorar la luminosidad del acelerador Large Hadron Collider (LHC), el CERN puso en marcha el proyecto High Luminosity LHC (HL LHC). En dicho proyecto, varias partes del acelerador deben ser cambiadas, entre ellos el circuito magnético denominado Inner triplet, el cual consta de una serie de imanes superconductores cuya corriente es de 18kA. Uno de los puntos corresponde al desarrollo de nuevos convertidores de potencia que permitan alimentar dichos imanes con las nuevas especificaciones requeridas, lo cual incluye el uso de elementos de almacenamiento de energía (ESS, Energy Storage System) para disminuir las perturbaciones en la red eléctrica.En este reporte se evalúan diferentes aspectos relacionados a las pérdidas de potencia del sistema de dos cuadrantes 18kA seleccionado, lo cual resulta importante porque dichas pérdidas representan un incremento en el consumo de la red eléctrica. Se evalúan las pérdidas por conducción y por conmutación generadas por los dispositivos semiconductores. La estructura seleccionada utiliza diodos y MOSFETs. También se considera una variación en la cual los diodos se reemplazan por MOSFETs que realizan la misma función, lo cual se conoce como rectificación sincrónica. De forma de realizar un proceso de comparación entre diferentes soluciones, se seleccionan diferentes componentes en función de la tensión y corriente máximas que soportan, y en función del encapsulado. Se evalúa la temperatura de juntura máxima, la resistencia térmica del disipador y la eficiencia correspondiente a cada caso.Este informe técnico está asociado a la estadía en el CERN del investigador Sebastian Maestri en el período Febrero de 2017 a Julio de 2017. El monto consignado corresponde a un proporcional de dicha estadía. (https://edms.cern.ch/document/1792359/1; documento no accesible en forma pública)