İ lknur Ç olak (te-epc-mpc)

20
İlknur ÇOLAK (TE-EPC-MPC) LHC GÜÇ ÇEVİRİCİLERİNİN YÜKSEK HASSASİYET PERFORMANSLARI 1 18m A,(1.4 ppm ) Entire ram p from 450 GeV to 3.5 TeV Errorbetw een RQ F circuits Errorbetw een RQ D circuits Errorbetw een R efand M eas 18m A,(1.4 ppm ) Entire ram p from 450 GeV to 3.5 TeV Errorbetw een RQ F circuits Errorbetw een RQ D circuits Errorbetw een R efand M eas

Upload: satya

Post on 29-Jan-2016

53 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

LHC G üç çevİrİcİlerİnİn Y ü KSEK HASSAS İ YET PERFORMANSLARI. İ lknur Ç OLAK (TE-EPC-MPC). lhc G ÜÇ ÇEVİRİCİLERİ. LHC Güç Üniteleri 1 ana dipol + 2 ana kuadrupolden oluşan 8 adet bağımsız güç sektörü Çok sayıda farklı güçte ve farklı doğruluk sınıfında güç sistemi - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: İ lknur Ç OLAK (TE-EPC-MPC)

İlknur ÇOLAK (TE-EPC-MPC)

LHC GÜÇ ÇEVİRİCİLERİNİN

YÜKSEK HASSASİYET PERFORMANSLARI

1

18mA, (1.4 ppm)

Entire ramp from 450 GeV to 3.5 TeV

Error between RQF circuitsError between RQD circuits

Error between Ref and Meas

18mA, (1.4 ppm)

Entire ramp from 450 GeV to 3.5 TeV

Error between RQF circuitsError between RQD circuits

Error between Ref and Meas

Page 2: İ lknur Ç OLAK (TE-EPC-MPC)

LHC GÜÇ ÇEVİRİCİLERİ

2

LHC Güç Üniteleri

1 ana dipol + 2 ana kuadrupolden oluşan 8 adet bağımsız güç sektörü

Çok sayıda farklı güçte ve farklı doğruluk sınıfında güç sistemi

Yüksek Hassasiyet:

Ana güç çeviricileri için 24 adet farklı akım referansı fonksiyonu oluşturulmakta ve birbirine senkronize edilmektedir.

Ana devrelerde akımı birkaç ppm hassasiyette tutabilmek için (Inom=13kA - 1ppm = 13mA): Yüksek hassasiyetli akım ölçümü İzleme (tracking) hatasının olmaması

Aşım (overshoot) olmaması gerekir

CMS

ATLAS

ALICE

LHCb

Pt 4

Pt 5

Pt 6Pt 7 Pt 8

Pt 1

Pt 3

Pt 2

pt 2

pt 4 pt 6

pt 8

Main Bend PCs

Main Bend magnets

pt 2

pt 4 pt 6

pt 8

Main Bend PCs

Main Bend magnets

Page 3: İ lknur Ç OLAK (TE-EPC-MPC)

Çeviricilerin Sınıflandırılması

Doğruluk Sınıf ı

0.5 Saatlik Kararlılık

ppm

24 Saatlik Tekrarlanabilirlik

ppm

1 Yıllık Doğruluk

ppm

Ana dipoller, kuadrapoller,

tripletler

Class 1 3 5 50

Ayırma dipolleri, ekleme

kuadrapolleri

Class 2 5 10 70

600A çok kutuplu korrektörler

Class 3 10 50 200

60/ 120A orbit korrektörler

Class 4 50 100 1000

Beam transfer – ana çeviricileri

BT1 20 50 200

Beam transfer – yardımcı çeviricileri

BT2 100 200 1000

LHC GÜÇ ÇEVİRİCİLERİ

3

Page 4: İ lknur Ç OLAK (TE-EPC-MPC)

LHC: 4..6kA, 8VAdet: 200

Doğruluk Sınıfı: 2

• Ayırma dipolleri, ekleme kuadrapolleri

• Anahtarlamalı güç kaynağı

LHC: ±120A,±10VAdet: 300

Doğruluk Sınıfı: 4

• Triplet korrektörler, dipol orbit korrektörler

• Anahtarlamalı güç kaynağı

LHC: ± 600A,± 10VAdet: 400

Doğruluk Sınıfı: 3

• Çok kutuplu korrektörler• Anahtarlamalı güç kaynağı

LHC: 60A, 8VAdet: 752

Doğruluk Sınıfı: 4

• Dipol orbit korrektörler• Anahtarlamalı güç kaynağı

LHC GÜÇ ÇEVİRİCİLERİ

4

Page 5: İ lknur Ç OLAK (TE-EPC-MPC)

LHC:13kA,±190V Adet: 8

Doğruluk Sınıfı: 1

• Ana dipoller• Tristör kontrollü güç kaynağı

LHC:13kA, 18V Adet: 16

Doğruluk Sınıfı: 1

• Ana kuadrapoller• Anahtarlamalı güç kaynağı

Kalibrasyon/Hassasiyet Kabini

Adet: 16 Doğruluk Sınıfı: 1

Kullanıldığı yerler:• LHC 13kA, 18V• LHC13kA, ±190V• Triplet çeviriciler

LHC GÜÇ ÇEVİRİCİLERİ

5

Page 6: İ lknur Ç OLAK (TE-EPC-MPC)

LHC GÜÇ ÇEVİRİCİLERİ

LHC güç kaynakları 3 temel yapıdan oluşur:

1. Gerilim Kaynağı (güç ünitesi)

2. Dijital Kontrol Devreleri (FGC) yüksek performanslı akım döngüsü

3. Akım Sensörleri (DCCTs) yüksek performanslı akım döngüsü

6

Gerilim Kaynağı(ana güç ünitesi)

• Magnet Koruma Devresi

Dijital Kontrolör (FGC)• Gerilim Kontrolü

• Yüksek Hassasiyetli Dijital Ölçüm• Karşılaştırma Devresi

dijital.... analogVref

Akım Sensörü (DCCT)

Sensör Elektronik Ddevreler

IA

IB

A B

Vout

Iout

Topraklama Bağlantısı

ACGiriş

Soğutma Sistemi

Kontrol Devresi- I ref -

AC Giriş AC Giriş

Magnet Koruma Algılama Sistemi&

Genel Kilitleme Devresi

MagnetKoruma Devresi

Magnet

Page 7: İ lknur Ç OLAK (TE-EPC-MPC)

DİJİTAL KONTROL – FGC (ADC)

FGC – Fonksiyon Generatörü

7

Referans fonksiyonunun üretilmesi Dijital akım regülasyonu Ölçüm kazancı

FGC-COD Düşük hassasiyet (class 4 LHC60A-08V) için: 16 bit-SAR ADC

FGC-Generic Orta ve yüksek hassasiyet (class 2, 3 ve 4) için: 16 bit-Delta-Sigma ADC

Çok yüksek hassasiyet (class 1) için: FGC-22bit DELTA-SIGMA ADC

FGC- FunctionGenerator Controller

22 bit Delta Sigma ADC

Page 8: İ lknur Ç OLAK (TE-EPC-MPC)

Class 1-2 - Yüksek Hassasiyet: 4-13kA DCCT

Harici sensör (manyetik kısım) ve elektronik devre

Beş farklı nominal akım değeri (4kA, 5kA, 6kA, 7kA,

13kA) Her sensörde bir kalibrasyon sargısı bulunur:

kalibrasyon, bu sargıya referans akımı uygulanarak yapılır

4..13kA DCCT Akım Sensörü

4..13kA DCCT Elektronik ölçüm devresi

Class 3 - Orta Hassasiyet: 600A DCCT

Harici sensör (manyetik kısım) ve elektronik devre

Elektronik ölçüm devresi FGC şasesinde yer alır

Özel bir kalibrasyon şasesi kullanılarak her sensörün

kalibrasyonu lokal olarak yapılırClass 4 - Düşük Hassasiyet: 120A DCCT

Cihaza entegre sensör ve elektronik devre

Başlangıç kalibrasyonu lokal olarak bir referans sensörü

(DCCT) kullanılarak yapılır

120ARitz DCCT

120AHitecDCCT 600A DCCT

Elektronik ölçüm devresi

600A DCCT Akım

Sensörü

AKIM SENSÖRÜ –DCCT

8

Page 9: İ lknur Ç OLAK (TE-EPC-MPC)

Akım sensörünün genel iç yapısı

AKIM SENSÖRÜ –DCCT

9

4..13kA DCCT Akım Sensörü

Burden

Measuring

Head

Secondary Winding Ns

218/10

Is

Loop finder

Oscillator Peak detector

43 65

1Primary bar

Ip

Excitation

control

Normal

operation

Window

detector

ampl.

freq.

7/9

Loop integrator

Loop

offset

Head connected

N1 N2 N3

Zero current

detector

Drive amplifier

Output

not valid

Power

on

To

head

Controlloop

Lo

Hi0.2

Precision amplifier (10x)

Offset Ratio CMR

_

+

Hi-sense

Lo (0V)

Hi

Lo-sense

Head not connected

Power

Amplifier

Power Supply

3ph/400V~

or

1ph/230V~

+/-15Vregulators

Temp.

O.K.

CBE

on

CBE Trip

circuit

Window

_

+

Image amplifier (10x)

Low

cu

rren t

dete

ctor

1% 10%

C

Calibration Winding Nc2

Calibration Winding Nc1

Static Screen

Static Screen

Mains filter

Electronics

Module

balance

BLOCK DIAGRAM

Page 10: İ lknur Ç OLAK (TE-EPC-MPC)

YÜKSEK HASSASİYET STRATEJİSİ

Test Süreci:

Alt sistemlerin üretici tarafından test edilmesi CERN kabul testleri Çeviriciye montaj testleri Devreye alma testleri Tamir sonrası veya herhangi bir alt sistemin değiştirilmesinden sonraki

kalibrasyon testleri Uzun süreli doğruluğu sağlamak için periyodik kalibrasyon testleri

Yüksek doğruluktaki DCCT’ler: Kalibrasyon sargısına referans akımı uygulanarak sağlanır.

ADC’ler: ADC girişine referans gerilimi uygulanarak gerçekleştirilir. FGC içerisindeki ADC’lerin kalibrasyonu çeviriciler KAPALI iken 24s arayla otomatik olarak gerçekleştirilir. Referans gerilimlerinin doğruluğu her yıl DVM’ler (kendileri de 10V ile kalibre edilirler) ile kontrol edilir.

10

Page 11: İ lknur Ç OLAK (TE-EPC-MPC)

KABUL TESTLERİ

11

Bütün DCCT’ler (toplamda 4000 adet DCCT), CERN’e geldiklerinde özel bir test set-up’ında test edilirler.

2000 adet FGC

100 adet CERN 22bit ADC

Tür 4-13kA 600A 120A

Adet 450 1050 2450

Süre/DCCT 8 saat 4 saat 2 saat

Parametre Sayısı 30 30 23

Ret Oranı %4.7 %7.2 %12.5

Hassasiyet 2ppm 10ppm 100ppm

Page 12: İ lknur Ç OLAK (TE-EPC-MPC)

TEST VE KALİBRASYON ALTYAPISI

12

CERN laboratuarları ulusal standartlar tarafından izlenebilen 11 adet 10V ref. gerilim ve (1Ω..10k Ω) standardı oluşturmuştur.

Sadece CERN’de kullanılan 10mA’lik (1kΩ, 10V) bir taşınabilir referans standardı (PBC) oluşturulmuştur.

Uluslar arası standartlara göre (10mA, 10V) izleme sistemi

10mA 10V, 1kΩ

Page 13: İ lknur Ç OLAK (TE-EPC-MPC)

TEST VE KALİBRASYON ALTYAPISI

13

CDC (CERN DCCT Calibrator): CERN’de tasarlanan 0’dan ±5A’e kadar programlanabilen referans akım kaynağı. DCCT’lerin kalibrasyon sargısı kullanılarak kalibre edilmelerinde kullanılır.

DCCT ölçüm test setupı (600A, 6kA, 20kA) referans DCCT’ler kullanılarak oluşturulmuştur.

CERN Akım Kalibratörü

DCCT kalibrasyonu ve uzaktan izleme

6kA DCCT test setupıTest edilen

DCCT’ler

Page 14: İ lknur Ç OLAK (TE-EPC-MPC)

ÖLÇÜM VE KALİBRASYON ALT YAPISI

14

Class 1: Güç çeviricilerinin uzaktan kalibrasyonunu sağlamak için tünellere önceden sabit kalibrasyon sistemi yerleştirilmiştir.

Tüneldeki diğer çeviriciler için taşınabilir kalibrasyon üniteleri bulunmaktadır.

6kA’lik çeviriciyi kalibre etmek üzere kullanılan taşınabilir kalibrasyon sistemi

Class 1, sabit kalibrasyon sistemi özel tasarlanmış, sıcaklık kontrollü kabinlere yerleştirilmiştir

Page 15: İ lknur Ç OLAK (TE-EPC-MPC)

MONTAJ VE TÜNEL TESTLERİ

15

Bütün alt sistemler çeviricilere monte edildikten sonra yüksek hassasiyet testleri içerisinde referans DCCT bulunan özel test setupları ile gerçeklenir.

Montaj testi sonuçları Tünele yerleştirildikten sonra tüm

çeviricilere akım kalibratörü veya referans DCCT kullanılarak performans testi yapılır

Ana dipol güç kaynağı, 2kA’de 30dk kararlılık 0.3ppm aralığında!!

Ana kuadrapol güç kaynağı, 6.5kA’de 30dk kararlılık 0.3ppm aralığında!!

Parametre 13kAppm

4-7kAppm

600A ppm

120A ppm

60A ppm

Kararlılık @ Imin 0.8±0.3 0.4±0.2 0.4±0.2 0.6±0.2 3±1.3

Gürültü @ Imin 1±0.2 3±1.5 2.1±0.3 2.5±0.7 10.8±1.9

Kararlılık @ Imax 1.5±0.9 2.3±1.3 1.7±0.7 4.5±2.0 8.2±3.2

Gürültü @ Imax 1.4±0.6 5.7±2 5.0±0.6 6.7±1.0 14.8±3.2

Tekrarlanabilirlik 0.4±0.5 0.5±0.3 0.5±0.3 0.8±0.4 3.3±1.5

Page 16: İ lknur Ç OLAK (TE-EPC-MPC)

TÜNELDE KALİBRASYON TESTLERİ

16

Çevirici Tipi Doğruluk Sınıfı 1 yıllık doğruluk (ppm)

Ana dipoller, kuadrapoller, tripletler Class 1 50Ayırma dipolleri, ekleme kuadrapolleri Class 2 70

Page 17: İ lknur Ç OLAK (TE-EPC-MPC)

UZAKTAN KONTROL VE REFERANS ÜRETİMİ

17

LHC çeviricilerinin tamamının aynı anda kontrol edilmesi ve senkronize olarak çalıştırılması gerekir

Çeviricilerin senkronize olarak kontrole edilmesini sağlamak için, FGC’ler gerçek zamanlı WorldFIP fieldbus segmentlerine bağlanırlar (GPS’le senkronize edilir)

Herbir WFIP segmenti LHC kontrol ethernetine bağlıdır

Çeviriciler gatewaylere komut gönderen ve FGC’den WorldFIP üzerinden gelen kontrol sinyalleri ile çalışan client uygulamasını kullanılarak kontrol edilirler.

30 FGC digital controllers

WorldFIP fieldbus (50Hz cycle)

Linux PC gateway

50Hz status Commands

Clientapplications

Commands& subscriptions

Alarms screen LoggingDB

PMArchive

Alarms

Post-mortemdata

Loggingclient

LHC timing signal

30 FGC digital controllers

WorldFIP fieldbus (50Hz cycle)

Linux PC gateway

50Hz status Commands

Clientapplications

Commands& subscriptions

Alarms screen LoggingDB

PMArchive

Alarms

Post-mortemdata

Loggingclient

LHC timing signal

LHC erişim noktasındaki Gateway PCsi

Page 18: İ lknur Ç OLAK (TE-EPC-MPC)

İZLEME TESTİ

18

Bu test aynı referans akımının aynı sektördeki veya bitişik sektörlerdeki farklı çeviriciler tarafından izlenmesini doğrulamak için uygulanır.

Bitişik sektörlerdeki DCCT’leri izlemek için kullanılan test setup’ı

DCCTElectronic

SD-22bADC

FGCFGCFGC

PC

DCCTElectronic

SD-22bADC

FGCFGCFGC

PC

Bir sektördeki test metodu: • Kanal A ile regülasyon• Kanal B en yakındaki devreye

bağlanır

Tek bir sektör için test metodu: • Kanal A ile regülasyon • Kanal B diğer devreye bağlanır• Çok sayıdaki sektörler boyunca

tetiklemek için ‘Post Mortem Timing Event’ kullanılır

• Fiber optik hattı kullanılarak girişim elimine edilir (22bit Delta sigma’nın çıkışında)

Aynı sektördeki DCCT’leri izlemek için kullanılan test setup’ı

Page 19: İ lknur Ç OLAK (TE-EPC-MPC)

İZLEME TESTİ

19

KIRMIZI(ref): hata RQD.A23 (A/B)MAVİ: hata RB.A12/RB.A23YEŞİL: hata RQF.A12/RQF.A23

Page 20: İ lknur Ç OLAK (TE-EPC-MPC)

20

TEŞEKKÜRLER

İlknur ÇOLAK28/07/2010