RF Kovukları ve RF Enerji Geri Kazanımı Projesi. Veli YILDIZ

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "RF Kovukları ve RF Enerji Geri Kazanımı Projesi. Veli YILDIZ 30.06.2010"

Savas Atay
7 yıl önce
İzleme sayısı:

1 RF Kovukları ve RF Enerji Geri Kazanımı Projesi Veli YILDIZ

2 içerik RF kovukları SPS kovukları ve enerji akış şeması RF Enerji geri kazanımı projesi Yeni enerji akış şeması RF/DA dönüştürücüsü için seçenekler CWC (Siklotron Dalga Dönüştürücüsü) Doğrultucu Neler yaptık? Sonraki adımlar neler?

3 NOT Mavi arka plan Ara bilgi Beyaz arka plan Asıl konu Kullanılan bazı terimlerin Türkçe-İngilizce karşılıkları o o o o o o o Cavity: kovuk Traveling wave: ilerleyen dalga Standing wave: durgun dalga Bunch: bohça Coaxial cable: eşeksenli kablo Wave guide: dalga kılavuzu Coupler:bağlayıcı o o o o o o Transmission line: iletim hattı Rectifier: doğrultucu Capacitance: sığa Amplifier: yükseltici Circulator: yönlendirici Matching circuit:eşleyen devre

4 RF - Radyo Frekansı 30kHz 300GHz AM Radyo FM Radyo TV Mikrodalga Radar

5 RF Kovukları RF kovukları, parçacıkların enerjisinin değiştirildiği, bohça yapısının ve sürekliliğinin sağlandığı kısımdır.

6 RF Üreteci ve Enerjinin RF Kovuğuna Ulaştırılması

7 İlerleyen Dalga Kovuğu

8 SPS Kovuğa verilen RF enerjisinin %5 i kovuk duvarlarında ısıya dönüşüyor veya demete aktarılıyor. %95 i yük direncine (RL) gönderiliyor. Yük direncine iletilen ortalama RF gücü:379 kw, SPS: 4 Tane MHz lik ilerleyen dalga kovuğu var. Toplamda ortalama 1500kW, yük dirençlerinde ısıya dönüşüyor ve soğutma sistemi ile tahliye ediliyor. Bir evin ortalama güç ihtiyacı : 1kW

9 SPS Kovukları

12 Boşa harcanan 1500kW geri kazanılabilir mi? İletim hattına yerleştirilen antenlerin her biri ile 1kW lık güç emip RF/DA dönüştürücü birimlere günder. RF/DA dönüştürücü birimlerden sonra doğru akımı topla. Doğru akımı tekrar alternatif akıma dönüştürüp: Elektrik şebekesine gönder RF üretecine gönder

13 Güç Emici Eşeksenli kablo Karakteristik empedans:50ω iç yarıçap: 100mm Dış yarıçap: 345mm Pin:500kW Pout=50kW (RL e) Bağlayıcıların geometrisi emilen gücün sabit kalması için değişik tasarlanmalı Her adımda eşeksenli kablonun dış çeperine yerleştirilmiş 10 anten var. Toplam 45 adım : 450 kw

5-50kW güç %83 e kadar verim frekans bant genişliği:%5

14 RF-DC Dönüştürücüsü Çözüm 1: CWC Siklotron Dalga Dönüştürücüsü Olumlu kW güç %83 e kadar verim frekans bant genişliği:%5 Olumsuz Vout > 100kV Çalışabileceği frekans 0.5-5GHz 200 MHz için çok büyük bir alet gerekli

15 Çözüm 2: Doğrultucu (Rectifier) Kablosuz Enerji Transferi 1961 Kablosuz Enerji Transferi W. C. Brown 1964 W. C. Brown kablosuz enerji transferi ile çalışan helikopter gösterisi 1975 NASA kablosuz enerji transferi gösterisi Rectenna=anten+Doğrultucu DA/DA dönüştürücüleri

16 RF/DA dönüştürücü Taslağı Yönlendirici - Sistemdeki bir hata durumunda kovuğa enerji yansımasını engeler. Eşleyen Devre Maksimum enerji iletimini sağlar. Doğrultucu AA/DA dönüşümünü sağlar. DA çıkış fitresi Temiz bir doğru akımı garantiler.

17 Takip Edilecek Adımlar! Doğrultucuyu tasarla Empedansını belirle Empedans eşleme birimini tasarla Ölçüm yap Sonuca göre önceki adımları tekrarla

18 Kırmızı: Çıkış gerilimi Yeşil: Üreteç gerilimi Frekans:50Hz

19 Kırmızı: Çıkış gerilimi Yeşil: Üreteç gerilimi Frekans:50Hz

20 Üretecin frekansını yükseltelim ve çıkış gerilimini inceleyelim!

21 30kHz 100kHz

22 500kHz 1MHz

23 100MHz

24 Sorunlar Eklem sığası Ce Ciddi miktarda akım kaçırmakta Sabit değil: diyot üzerindeki ters gerilime bağlı olarak değişiyor. Lp indüktansı Sabit, Ce ile rezonansa girerse diyot yerine kısa devre elde ederiz. Diyot lineer devre elemanı değil Z = U / I Doğrultucunun empedansı devreye sağlanan güç ile değişiyor

25 Schottky diyotları : Eklem sığaları düşük. GaAs, GaN, SiC Rezonans doğrultucu devreleri: Ce ve Lp den birer devre elemanı olarak faydalan Devreyi belirli bir güce, frekansa, yük direncine göre ayarla. Simülasyonları yap (PSpice), En verimli ve empedansı en az değişen devreyi seç

26 Verim[%] RF/DA Verimi - Güç ,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 Güç [W]

27 Z [Ω] Empedans - Güç ,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 Güç [W]

28 Seri rezonans doğrultucu devresi

29 Takip Edilecek Adımlar! Doğrultucuyu tasarla Empedansını belirle Empedans eşleme birimini tasarla Ölçüm yap Sonuca göre önceki adımları tekrarla

Empedans Eşleme :karakteristik empedans :birim uzunluktaki indüktans :birim uzunluktaki sığa Eşeksenli kablo sonsuz uzunlukta olsa direnci kadar olur.

30 Empedans Eşleme :karakteristik empedans :birim uzunluktaki indüktans :birim uzunluktaki sığa Eşeksenli kablo sonsuz uzunlukta olsa direnci kadar olur. Eşeksenli kablonun sonuna, empedansı olan bir devre elamanı veya devre bağlanırsa koaksiyal kabloda taşınan enerjinin tamamı iletilir. Farklı bir empedans değerine sahip devre bağlanırsa enerjinin birkısmı iletilir birkısmı geri yansır.

31 Yay üzerinde atmanın yansıması

32 Vür=10V =50Ω RL e ulaşabilecek en yüksek güç:0,25w RL (Ω) VRL (V) PRL (W) 10 1,66 0, ,85 0, ,74 0, ,44 0, ,00 0, ,45 0, ,82 0, ,14 0, ,41 0, ,65 0, ,98 0, ,56 0,1221 0,3000 0,2500 0,2000 0,1500 0,1000 0,0500 0,0000 RL - RL e Ulaşan Güç

33 Z [Ω] Kullandığımız eşeksenli kablo 12-18Ω arası değişiyor. =50Ω, doğrultucunun empedansı ,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 Güç [W]

34 λ/4 Dönüştürücüsü Dönüştürücünün uzunluğu tam olarak kullanılan kablodaki dalga boyunun çeyreği kadar olmalı!!!

35 Prototip

36 Ölçümler LINAC2 den alınan f=202.5hz lik yükseltici ile: 10 μs uzunluğunda 1 Hz frekansında sinyaller gönderdik W arası güç ile ölçümler yaptık

37 Tetikleyici Yükseltici RF üreteci Osiloskop

40 Sonuçlar

41 Sonraki Adımlar Su soğutmalı bir prototip üretip: Daha yüksek güçlerde ölçüm yamak, Hedef 1kW Sürekli dalga ile ölçüm yapmak, Yönlendirici seçip, sistemi bir bütün halinde denemek, DA birleştirme birimini tasarlamak, DA-RF dönüştürme birimini tasarlamak (gerekli ise)

42 Projede Emeği Geçenler Fritz Caspers Michael Betz Veli Yıldız (CERN) (Karlsruhe Üniversitesi) (Boğaziçi Üniversitesi)

43 Teşekkürler!!!

Benzer belgeler

KURANPORTÖR SİSTEMİ MEHMET ŞENLENMİŞ ELEKTRONİK BAŞ MÜHENDİSİ

KURANPORTÖR SİSTEMİ MEHMET ŞENLENMİŞ ELEKTRONİK BAŞ MÜHENDİSİ MEHMET ŞENLENMİŞ ELEKTRONİK BAŞ MÜHENDİSİ Üretim merkezlerinde üretilen elektrik enerjisini dağıtım merkezlerine oradan da kullanıcılara güvenli bir şekilde ulaştırmak için EİH (Enerji İletim Hattı) ve