Upload
satya
View
54
Download
0
Embed Size (px)
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
Citation preview
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
İZLEME TESTİ
19
KIRMIZI(ref): hata RQD.A23 (A/B)MAVİ: hata RB.A12/RB.A23YEŞİL: hata RQF.A12/RQF.A23
20
TEŞEKKÜRLER
İlknur ÇOLAK28/07/2010