Characterizing  power  switches  is  an  indispensable  step  when  designing  a  converter.  This  thesisinvestigates ways to achieve static and dynamic characterization of semiconductors for high power applications such as power grid or train traction. The static characterization has been tested with a Keysight B1506A device analyzer. The problems encountered have been analyzed and corrected.Then the design of a high current switching test bench for dynamic characterization is explained. The full-bridge  configuration  allows  controlled  and  spontaneous  commutations  so  the  bench  can measure hard and soft switching. The voltage can be up to 10 kV and the current up to 3 kA during the commutation. The choice of the probes is justified. The issues of bandwidth, input impedance and common mode current are taken into account. Data are processed in order to interpolate theswitching loss in hard and soft switching. / Karaktärisering  av  halvledarbrytare  är  ett  viktigt  steg  när  man  utformar  en  omvandlare.  Dennaavhandling undersöker olika sätt att uppnå statisk och dynamisk karakterisering av halvledare för högeffekttillämpningar såsom elnät eller ellok. Statisk karaktäriseringen har utförts med en Keysight B1506A-enhetsanalysator. De problem som uppstått har analyserats och korrigerats.Utformningen    av    en    testbänk    för    dynamisk    karakterisering    förklaras.    Den    kompletta bryggkonfigurationen möjliggör kontrollerad och spontan kommutation med spänningar upp till 10 kV och  strömmar  upp till 3 kA så att  bänken kan mäta hård  och mjuk  växling.  Valet  av sonderna förklaras.   Frågorna   om   bandbredd,   ingångsimpedans   och   common-mode   ström   tas   med   iberäkningen. Data bearbetas för att interpolera kopplings förlusten i hård och mjuk växling.

Las exigentes tolerancias de alineación en los componentes de los futuros colisionadores lineales de partículas requieren el desarrollo de nuevas técnicas de alineación más precisas que las existentes. Este es el caso del Colisionador Lineal Compacto (Compact Linear Collider, CLIC), cuyos objetivos altamente restrictivos de alineamiento alcanzan los 10 um. Para poder lograr el máximo rendimiento del acelerador, es necesario que el posicionamiento de las estructuras que aceleran las partículas y de los campos que las guían cumplan las tolerancias de alineación para dirigir el haz a lo largo de la trayectoria diseñada. Dicho procedimiento consiste en relacionar la posición de los ejes de referencia de cada componente con respecto a objetos externos, o fiduciales, lo cual resulta muy tedioso y económicamente costoso. Los errores sistemáticos y aleatorios se van acumulando en cada paso del proceso y, en consecuencia, la precisión final de alineamiento es todo un desafío. En este contexto, nace el proyecto PACMAN (Particle Accelerator Components Metrology and Alignment to the Nanometre scale), subvencionado por la Unión Europea en el programa FP7 de financiación para la investigación e innovación. El objetivo principal de PACMAN es investigar, desarrollar e implementar una solución integrada alternativa que incorpore todos los pasos de alineación en una misma ubicación, con el objetivo de mejorar la precisión de alineación de los componentes de los aceleradores, en concreto: las estructuras aceleradoras, los cuadrupolos y los monitores de posición de haz. La viabilidad de las soluciones desarrolladas y la precisión de alineamiento alcanzada deben de demostrarse en un banco de pruebas utilizando componentes de CLIC. La estrategia de PACMAN para alcanzar el objetivo técnico se divide en tres pasos. El primero consiste en la fiducialización de los componentes y sus soportes. El segundo paso es el ensamblaje de los componentes en dos tipos de soporte, uno compuesto por un monitor de posición de haz y un cuadrupolo, y otro con cuatro estructuras aceleradoras, tomando como referencia su centro electromagnético. Finalmente, ambos soportes se transportan al túnel para su alineación final utilizando técnicas de hilos tensados. En esta tesis doctoral, se describe el desarrollo de una nueva técnica no destructiva para localizar los ejes electromagnéticos de estructuras aceleradoras y su validación experimental. Para ello, se ha utilizado una estructura aceleradora de CLIC conocida como TD24. Debido a la complejidad mecánica de la TD24, su difícil acceso y su diámetro medio de iris de 5.5 mm, se desarrolla una nueva técnica denominada en esta tesis como 'el método perturbativo' y se realiza una propuesta experimental de validación. El estudio de viabilidad de este método, cumpliendo con los requisitos impuestos de precisión en la medida de 10 um, ha sido realizado con una campaña extensa de simulaciones de campos electromagnéticos en tres dimensiones utilizando la herramienta de software conocida como HFSS. Los resultados de simulación han permitido el desarrollo de un algoritmo muy completo de medidas y han proporcionado las especificaciones técnicas para el diseño conceptual de un banco de pruebas para la medida de los ejes electromagnéticos de la TD24. El preciso ensamblaje del banco de pruebas y sus correspondientes calibraciones, la incorporación de nuevos tratamientos de las medidas en el algoritmo final y la caracterización de fuentes de error en la medida, favorecieron la localización del centro electromagnético en la TD24 con una precisión menor a 1 um con un error estimado menor que 8.5 um, cumplimiendo con los objetivos de precisión establecidos. / In the next generation of linear particle accelerators, challenging alignment tolerances are required in the positioning of the components focusing, accelerating and detecting the beam over the accelerator length in order to achieve the maximum machine performance. In the case of the Compact Linear Collider (CLIC), accelerating structures, beam position monitors and quadrupole magnets need to be aligned in their support with respect to their reference axes with an accuracy of 10 um. To reach such objective, the PACMAN (Particle Accelerator Components Metrology and Alignment to the Nanometer Scale) project strives for the improvement of the current alignment accuracy by developing new methods and tools, whose feasibility should be validated using the major CLIC components. This Ph.D. thesis concerns the investigation, development and implementation of a new non-destructive intracavity technique, referenced here as 'the perturbative method', to determine the electromagnetic axes of accelerating structures by means of a stretched wire, acting as a reference of alignment. Of particular importance is the experimental validation of the method through the 5.5 mm iris-mean aperture CLIC prototype known as TD24, with complex mechanical features and difficult accessibility, in a dedicated test bench. In the first chapter of this thesis, the alignment techniques in particle accelerators and the novel proposals to be implemented in the future linear colliders are introduced, and a detailed description of the PACMAN project is provided. The feasibility study of the method, carried out with extensive electromagnetic fields simulations, is described in chapter 2, giving as a result, the knowledge of the theoretical accuracy expected in the measurement of the electromagnetic axes and facilitating the development of a measurement algorithm. The conceptual design, manufacturing and calibration of the automated experimental set-up, integrating the solution developed to measure the electromagnetic axes of the TD24, are covered in chapter 3. The future lines of research and developments of the perturbative method are also explored. In chapter 4, the most significant results obtained from an extensive experimental work are presented, analysed and compared with simulations. The proof-of-principle is completed, the measurement algorithm is optimised and the electromagnetic centre is measured in the TD24 with a precision less than 1 um and an estimated error less than 8.5 um. Finally, in chapter 5, the developments undertaken along this research work are summarised, the innovative achievements accomplished within the PACMAN project are listed and its impact is analysed. / En la generació pròxima d'acceleradors de partícules lineals, desafiant toleràncies d'alineament és requerit en el posicionament dels components que enfoquen, accelerant i detectant la biga sobre la longitud d'accelerador per tal d'aconseguir l'actuació de màquina màxima. En el cas del Colisionador Compacte Lineal (CLIC), accelerant estructures, monitors de posició de fes i imants necessiten ser alineats en el seu suport amb respectar a les seves destrals de referència amb una precisió de 10 um. Per assolir tal objectiu, el PACMAN (Metrologia de Components de l'Accelerador de partícules i Alineament al Nanometer Escala) projecte s'esforça per la millora de l'actual precisió d'alineament per mètodes nous en desenvolupament i eines, la viabilitat dels quals hauria de ser validada utilitzant els components de CLIC importants. Aquesta tesi concerneix la investigació, desenvolupament i implementació d'un nou no-destructiu tècnica interna, va referenciar ací mentre 'el mètode de pertorbació' per determinar les destrals electromagnètiques d'accelerar estructures mitjançant un cable estès, actuant com a referència d'alineament. De la importància particular és la validació experimental del mètode a través del 5.5 mm iris-roí obertura prototipus de CLIC sabut com TD24, amb característiques mecàniques complexes i accessibilitat difícil, en un banc de prova dedicat. En el primer capítol d'aquesta tesi, les tècniques d'alineament en acceleradors de partícules i les propostes novelles per ser implementades en el futur colisionador lineal és introduït, i una descripció detallada del projecte PACMAN és proporcionat. L'estudi de viabilitat el mètode de pertorbació, va dur a terme amb simulacres de camps electromagnètics extensos, és descrit dins capitol 2, donant com a resultat, el coneixement de la precisió teòrica esperada en la mida de les destrals electromagnètiques i facilitant el desenvolupament d'un algoritme de mida. El disseny conceptual, fabricació i calibratge del conjunt experimental automatitzat-amunt, integrant la solució desenvolupada per mesurar les destrals electromagnètiques del TD24, és cobert dins capitol 3. Les línies futures de recerca i desenvolupaments del mètode és també va explorar. Dins capitol 4, la majoria de resultats significatius van obtenir d'una faena experimental extensa és presentada, analitzat i comparat amb simulacres. La prova-de-el principi és completat, l'algoritme de mida és optimitzat i el centre electromagnètic és mesurat en el TD24 amb una precisió menys d'1 um i un error calculat menys de 8.5 um. Finalment, dins capitol 5, els desenvolupaments empresos al llarg d'aquesta faena de recerca és resumit, les consecucions innovadores van acomplir dins del projecte PACMAN és llistat i el seu impacte és analitzat. / Galindo Muñoz, N. (2018). Development of direct measurement techniques for the in-situ internal alignment of accelerating structures [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/100488 / TESIS

The presentation describes partial results from an industrial project in which a transmission test bench from ZF Prüfsysteme was decoupled from the foundation in terms of vibration using commercial PU foam material ('Sylomer' SR220 from Getzner). The presentation shows how this material was extensively tested by the manufacturer and characterized in numerous data sheets in order to enable the engineer to perform a simple, operating point-dependent dynamic design using clear diagrams and the classic equation for a single-mass oscillator. However, if a more complex analysis is to be carried out using the finite element method, e.g. to determine all 6 rigid body shapes and natural frequencies of the dynamically decoupled test rig and not just the purely vertical natural shape/frequency, the apparent elasticity and shear moduli specified in the manufacturer's data sheets must be converted into true values for the corresponding operating points, which can then be used in a linear FE calculation. For this purpose, FEM models of the elastomer test specimens are generated for different shape factors. The conversion of the apparent to the true characteristic values is then carried out using the optimizer available in the PTC software “Creo Simulate” in a so-called 'feasibility study' and the results are discussed. It can be seen that the true moduli of elasticity and transverse strain coefficients are only slightly or no longer dependent on the form factor. Depending on the density of the PU foam, the transverse strain coefficient is also significantly lower than 0.5. The true shear modulus is practically identical to the measured shear modulus, as a pure biaxial stress and strain state occurs in the shear specimens, in which strain restraints due to transverse strain plays no role - quite unlike in the specimens loaded in the normal (compression) direction, in which triaxial compression stress states occur due to transverse strain restraints. Finally, the true material properties determined in this way are used for an exemplary modal analysis of the entire, idealized test rig on the strip foundation using the finite element method. The error is evaluated if the apparent modulus of elasticity and a Poisson ratio of zero is used instead, so that a simple evaluation and error estimation of analysis results is possible in practical applications. / Der Vortrag beschreibt Teilergebnisse aus einem industriellen Projekt, in dem ein Getriebeprüfstand der ZF Prüfsysteme schwingungstechnisch über kommerzielles PU- Schaummaterial („Sylomer“ SR220 der Firma Getzner) vom Fundament abgekoppelt wurde. Der Vortrag stellt dar, wie dieser Werkstoff vom Hersteller umfangreich getestet und in zahlreichen Datenblättern charakterisiert wurde, um dem Ingenieur schließlich eine einfache, betriebspunktabhängige dynamische Auslegung mittels übersichtlicher Diagramme und der klassischen Gleichung für einen Einmassenschwinger zu ermöglichen. Soll jedoch eine aufwendigere Analyse mittels der Methode der Finiten Elemente durchgeführt werden, z.B. um alle 6 Starrkörperformen und Eigenfrequenzen des dynamisch abgekoppelten Prüfstandes zu bestimmen und nicht nur die rein vertikale Eigenform/Eigenfrequenz, müssen die in den Herstellerdatenblättern angegeben formzahlabhängigen scheinbaren Elastizitäts- und Schubmoduli in wahre Werte für die entsprechenden Betriebspunkte umgerechnet werden, die dann in einer linearen FE-Rechnung verwendet werden können. Dafür werden FEM-Modelle der Elastomer-Probekörper für verschiedene Formfaktoren erzeugt. Die Umrechnung der scheinbaren in die wahren Kennwerte wird anschließend mittels des in der PTC-Software „Creo Simulate“ vorhandenen Optimierers in einer sogenannten „Machbarkeitsstudie“ durchgeführt und die Ergebnisse diskutiert. Es zeigt sich, dass die wahren E-Moduli und Querdehnzahlen nur noch gering bzw. nicht mehr vom Formfaktor abhängen. Je nach Dichte des PU-Schaums stellt sich auch eine Querdehnzahl von deutlich kleiner als 0,5 ein. Der wahre Schubmodul ist praktisch identisch wie der gemessene Schubmodul, da in den Schubproben ein reiner zweiachsiger Spannungs- und Dehnungszustand auftritt, in dem Dehnungsbehinderung durch Querdehnung keine Rolle spielt – ganz anders als in den in Normalenrichtung (Druck-) belasteten Proben, in denen durch die Querdehnungs- behinderung dreiachsige Spannungszustände auftreten. Schließlich werden die so bestimmten wahren Werkstoffkennwerte für eine exemplarische Modalanalyse des gesamten, idealisierten Prüfstandes auf den Streifenfundamenten mittels der Methode der Finiten Elemente verwendet. Der Fehler wird bewertet, wenn man stattdessen den scheinbaren E-Modul und eine Querdehnzahl von Null verwendet, so dass in der Anwendungspraxis eine einfache Bewertung und Fehlerabschätzung von Analyseergebnissen möglich ist.