LHC Güç çevİrİcİlerİnİn YüKSEK HASSASİYET PERFORMANSLARI İlknur ÇOLAK (TE-EPC-MPC) 1/73

lhc GÜÇ 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 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 6 Pt 7 Pt 8 Pt 1 Pt 3 Pt 2

lhc GÜÇ ÇEVİRİCİLERİ

lhc GÜÇ ÇEVİRİCİLERİ 1/73 LHC: ±120A,±10V Adet: 300 Doğruluk Sınıfı: 4 Triplet korrektörler, dipol orbit korrektörler Anahtarlamalı güç kaynağı LHC: ± 600A,± 10V Adet: 400 Doğruluk Sınıfı: 3 Çok kutuplu korrektörler Anahtarlamalı güç kaynağı LHC: 4..6kA, 8V Adet: 200 Doğruluk Sınıfı: 2 Ayırma dipolleri, ekleme kuadrapolleri Anahtarlamalı güç kaynağı LHC: 60A, 8V Adet: 752 Doğruluk Sınıfı: 4 Dipol orbit korrektörler Anahtarlamalı güç kaynağı 1/73

Kalibrasyon/Hassasiyet Kabini lhc GÜÇ ÇEVİRİCİLERİ LHC:13kA,±190V Adet: 8 Doğruluk Sınıfı: 1 Ana dipoller Tristör kontrollü güç kaynağı Kalibrasyon/Hassasiyet Kabini Adet: 16 Doğruluk Sınıfı: 1 Kullanıldığı yerler: LHC 13kA, 18V LHC13kA, ±190V Triplet çeviriciler LHC:13kA, 18V Adet: 16 Doğruluk Sınıfı: 1 Ana kuadrapoller Anahtarlamalı güç kaynağı

lhc GÜÇ ÇEVİRİCİLERİ LHC güç kaynakları 3 temel yapıdan oluşur: Gerilim Kaynağı (güç ünitesi) Dijital Kontrol Devreleri (FGC)  yüksek performanslı akım döngüsü Akım Sensörleri (DCCTs)  yüksek performanslı akım döngüsü Gerilim Kaynağı (ana güç ünitesi) Magnet Koruma Devresi Dijital Kontrolör (FGC) Gerilim Kontrolü Yüksek Hassasiyetli Dijital Ölçüm Karşılaştırma Devresi dijital .... analog Vref Akım Sensörü (DCCT) Sensör Elektronik Ddevreler IA IB A B Vout Iout Topraklama Bağlantısı AC Giriş Soğutma Sistemi Kontrol Devresi - I ref - Magnet Koruma Algılama Sistemi & Genel Kilitleme Devresi Magnet

DİJİtal Kontrol – FGC (ADC) FGC – Fonksiyon Generatörü 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- Function Generator Controller 22 bit Delta Sigma ADC 1/73

Elektronik ölçüm devresi AKIM SENSÖRÜ –dcct 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 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 yapılır Class 4 - Düşük Hassasiyet: 120A DCCT Cihaza entegre sensör ve elektronik devre Başlangıç kalibrasyonu lokal olarak bir referans sensörü (DCCT) kullanılarak yapılır 4..13kA DCCT Elektronik ölçüm devresi 600A DCCT Akım Sensörü 120A Hitec DCCT 120A Ritz DCCT 600A DCCT Elektronik ölçüm devresi

Precision amplifier (10x) AKIM SENSÖRÜ –dcct Burden Measuring Head Secondary Winding Ns 2 1 8/10 Is Loop finder Oscillator Peak detector 4 3 6 5 P r i m a r y b a r 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 Hi 0.2 Precision amplifier (10x) Offset Ratio CMR _ + Hi-sense Lo (0V) Lo-sense Head not connected Amplifier Power Supply 3ph/400V~ or 1ph/230V~ +/-15V regulators Temp. O.K. CBE CBE Trip circuit Image amplifier (10x) Low curren t detect or 1% 10% C Calibration Winding Nc2 Calibration Winding Nc1 Static Screen Mains filter Electronics Module balanc e BLOCK DIAGRAM Akım sensörünün genel iç yapısı 4..13kA DCCT Akım Sensörü

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.

KABUL TESTLERİ Bütün DCCT’ler (toplamda 4000 adet DCCT), CERN’e geldiklerinde özel bir test set-up’ında test edilirler. Tür 4-13kA 600A 120A Adet 450 1050 2450 Süre/DCCT 8 saat 4 saat 2 saat Parametre Sayısı 30 23 Ret Oranı %4.7 %7.2 %12.5 Hassasiyet 2ppm 10ppm 100ppm 2000 adet FGC 100 adet CERN 22bit ADC

Test ve KaLİBRASYON ALTYAPISI 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 1/73

Test ve KaLİBRASYON ALTYAPISI DCCT ölçüm test setupı (600A, 6kA, 20kA) referans DCCT’ler kullanılarak oluşturulmuştur. CDC (CERN DCCT Calibrator): CERN’de tasarlanan 0’dan ±5A’e kadar programlanabilen referans akım kaynağı. DCCT’lerin kalibrasyon sargısı kullanılarak kalibre edilmelerinde kullanılır. 6kA DCCT test setupı Test edilen DCCT’ler CERN Akım Kalibratörü DCCT kalibrasyonu ve uzaktan izleme 1/73

ÖLÇÜM VE KALİBRASYON ALT YAPISI 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 1/73

MONTAJ VE TÜNEL TESTLERİ Parametre 13kA ppm 4-7kA 600A ppm 120A ppm 60A Kararlılık @ Imin 0.8±0.3 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 0.8±0.4 3.3±1.5 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!!

tÜNELDE KALİBRASYON TESTLERİ Çevirici Tipi Doğruluk Sınıfı 1 yıllık doğruluk (ppm) Ana dipoller, kuadrapoller, tripletler Class 1 50 Ayırma dipolleri, ekleme kuadrapolleri Class 2 70

UzAKTAN KONTROL VE REFERANS ÜRETİMİ 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. LHC erişim noktasındaki Gateway PCsi 1/73

Bitişik sektörlerdeki DCCT’leri izlemek için kullanılan test setup’ı İZLEME TESTİ Bu test aynı referans akımının aynı sektördeki veya bitişik sektörlerdeki farklı çeviriciler tarafından izlenmesini doğrulamak için uygulanır. 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) Bitişik sektörlerdeki DCCT’leri izlemek için kullanılan test setup’ı Aynı sektördeki DCCT’leri izlemek için kullanılan test setup’ı 1/73

İZLEME TESTİ KIRMIZI(ref): hata RQD.A23 (A/B) MAVİ: hata RB.A12/RB.A23 YEŞİL: hata RQF.A12/RQF.A23 1/73

TEŞEKKÜRLER İlknur ÇOLAK 28/07/2010 1/73