การปรับปรุงเสถียรภาพการจ่ายกระแสไฟฟ้าของแหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้าของแม่เหล็กชนิดสองขั้ว

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการให้บริการแสงซินโครตรอน

ในอดีตที่ผ่านมาปัญหาที่พบบ่อยครั้งในระหว่างการเดินเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนเพื่อให้บริการแสงแก่ผู้ใช้ คือปัญหาการลดลงฉับพลันของกระแสอิเล็กตรอนในวงกักเก็บอิเล็กตรอนหรือที่เรียกว่า Beam Drop เช่นในรูปที่ 1 ซึ่งบางครั้งอาจลดลงจนเป็นศูนย์ ทำให้การให้บริการแสงขาดประสิทธิภาพและส่งผลกระทบโดยตรงต่อผู้ใช้แสง ส่วนงานการเดินเครื่องและซ่อมบำรุงได้ดำเนินการศึกษาและเก็บข้อมูลเพื่อหาสาเหตุของปัญหา ซึ่งจากการข้อมูลพบว่าปัญหาดังกล่าวเกิดจากความไม่เสถียรของกระแสไฟฟ้าขาออกของแหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้าของแม่เหล็กสองขั้ว Bending Magnet Power Supply (BM-PS) ที่มีการกระเพื่อมตามแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจากสถานีไฟฟ้า ดังแสดงในรูปที่ 2 และ 3 ยกตัวอย่างในวันที่ 27 เมษายน 2554 เวลา 9:32 นาฬิกา เกิดปัญหา Beam Drop จากข้อมูลพบว่าช่วงเวลาดังกล่าวกระแสไฟฟ้าขาออกของ BM-PS มีการกระเพื่อมค่อนข้างมากตามแรงดันไฟฟ้าขาเข้า ดังแสดงในรูปที่ 4

รูปที่ 1 เหตุการณ์ Beam drop ในช่วงการให้บริการแสง    

       

            
                   รูปที่ 2 กระแสไฟฟ้าขาออกของ BM-PS เปลี่ยนแปลงตามแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจากสถานีไฟฟ้า

 

 
      รูปที่ 3 การลดลงฉับพลันของกระแสอิเล็กตรอนที่เกิดจากความไม่เสถียรของกระแสไฟฟ้าขาออกของ BM-PS

 

รูปที่ 4 กระแสไฟฟ้าขาออกของ BM-PS และแรงดันไฟฟ้าขาเข้า วันที่ 27 เมษายน 2554 เวลา 9:32 นาฬิกา

การแก้ปัญหาความไม่เสถียรของกระแสไฟฟ้าขาออกของ BM-PS ทำได้โดยการการปรับค่า Frequency Response ของ Current Loop ภายในบอร์ด Error Amplifier Board ดังแสดงในรูปที่ 5 ให้เหมาะสมกับสภาวะของโหลดที่ใช้งานอยู่ในขณะนั้น (โหลดในขณะนั้นคือขดลวดของ Bending Magnets ทั้ง 8 ตัวในวงกักเก็บอิเล็กตรอน)  การปรับค่า Frequency Response ทำได้โดยการเปลี่ยนค่าตัวเก็บประจุตัวที่ 19 (C19) ของ Error Amplifier Board ซึ่งขณะนั้น C19 มีค่า 2.2 µF ดังแสดงในรูปที่ 6 และรูปที่ 7  
 

รูปที่ 5 Single line diagram ของ ERROR AMP ภายใน BM-PS

 

รูปที่ 6 ERROR AMP ที่ติดตั้งภายใน BM-PS

 

รูปที่ 7 ตัวเก็บประจุที่ต้องเปลี่ยนใน  ERROR AMP

 

รูปที่ 8 ขณะทำการตรวจสอบ Output Waveform ของ BM-PS ด้วย Oscilloscope

หลังจากที่ได้ลองเปลี่ยนค่าตัวเก็บประจุ C19 แล้ววัดสัญญาณกระแสไฟฟ้าขาออก (Output Waveform) ณ จุดวัดและทดสอบสัญญาณ (Output Monitor) บริเวณด้านหน้าตู้ BM-PS พบว่าตัวเก็บประจุค่า 0.1 µF เป็นค่าที่ทำให้ Frequency response ของ Error Amplifier Board เหมาะสมกับสภาวะของโหลดที่ใช้งานอยู่ในขณะนั้นมากที่สุด ดังรูปที่ 9
 

รูปที่ 9 Output Waveform ที่วัดด้วย Oscilloscope หลังจากเปลี่ยนค่าตัวเก็บประจุ C19

จากการเก็บข้อมูลพบว่ากระแสไฟฟ้าขาออก มีความเสถียรมากขึ้น ไม่พบการกระเพื่อมตามแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจากสถานีไฟฟ้า ดังแสดงในรูปที่ 10 และรูปที่ 11

 

รูปที่ 10 กระแสไฟฟ้าขาออกของ BM-PS เทียบกับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าก่อนและหลังเปลี่ยนตัวเก็บประจุ C19
 

รูปที่ 11 กระแสไฟฟ้าขาออกของ BM-PS เทียบกับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าหลังเปลี่ยนตัวเก็บประจุ C19

ดังนั้นเมื่อการจ่ายกระแสไฟฟ้าของแหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้าของ BM-PS มีความเสถียรมากขึ้น ไม่เปลี่ยนแปลงตามแรงดันไฟฟ้าขาเข้า ปัญหาการลดลงฉับพลันของกระแสอิเล็กตรอน (Beam Drop) ในวงกักเก็บอิเล็กตรอนจึงลดลงตามไปด้วย ทำให้การกักเก็บอิเล็กตรอนเพื่อให้บริการแสงซินโครตรอนแก่ผู้ใช้เป็นไปอย่างต่อเนื่องและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

รูปที่ 12 การให้บริการแสงที่มีประสิทธิภาพต่อเนื่องโดยไม่มีเหตุการณ์ Beam Drop