Entire ramp from 450 GeV to 3.5 TeV 18mA, (1.4 ppm) LHC GÜÇ ÇEVİRİCİLERİNİN YÜKSEK HASSASİYET PERFORMANSLARI Error between RQD circuits Error between RQF circuits Error between Ref and Meas İlknur ÇOLAK (TE-EPC-MPC) 1
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: pt 4 pt 6 Main Bend PCs Main Bend magnets Ana güç çeviricileri için 24 adet farklı akım referansı fonksiyonu oluşturulmakta ve birbirine senkronize edilmektedir. pt 2 pt 8 Ana devrelerde akımı birkaç ppm hassasiyette tutabilmek için (Inom=13kA - 1ppm = 13mA): Yüksek hassasiyetli akım ölçümü İzleme (tracking) hatasının olmaması Aşım (overshoot) olmaması gerekir Pt 5 CMS Pt 6 Pt 4 Pt 7 Pt 8 LHCb Pt 1 ATLAS Pt 2 ALICE Pt 3 2
LHC GÜÇ ÇEVİRİCİLERİ Çeviricilerin Sınıflandırılması Ana dipoller, kuadrapoller, tripletler Ayırma dipolleri, ekleme kuadrapolleri 600A çok kutuplu korrektörler 60/120A orbit korrektörler Beam transfer ana çeviricileri Beam transfer yardımcı çeviricileri Doğruluk Sınıfı 0.5 Saatlik Kararlılık ppm 24 Saatlik Tekrarlanabilirlik ppm 1 Yıllık Doğruluk ppm Class 1 3 5 50 Class 2 5 10 70 Class 3 10 50 200 Class 4 50 100 1000 BT1 20 50 200 BT2 100 200 1000 3
LHC GÜÇ ÇEVİRİCİLERİ LHC: 60A, 8V Adet: 752 Doğruluk Sınıfı: 4 Dipol orbit korrektörler Anahtarlamalı güç kaynağı 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 4
LHC GÜÇ ÇEVİRİCİLERİ LHC:13kA, 18V Adet: 16 Doğruluk Sınıfı: 1 Ana kuadrapoller Anahtarlamalı güç kaynağı 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 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 AC Giriş Gerilim Kaynağı (ana güç ünitesi) Vout Iout Magnet Soğutma Sistemi Magnet Koruma Devresi Vref dijital... analog A B Magnet Koruma Devresi Kontrol Devresi - I ref - Dijital Kontrolör (FGC) Gerilim Kontrolü Yüksek Hassasiyetli Dijital Ölçüm Karşılaştırma Devresi IA IB Akım Sensörü (DCCT) Sensör Elektronik Ddevreler Topraklama Bağlantısı AC Giriş AC Giriş Magnet Koruma Algılama Sistemi & Genel Kilitleme Devresi 6
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 FGC- Function Generator Controller Çok yüksek hassasiyet (class 1) için: FGC-22bit DELTA-SIGMA ADC 22 bit Delta Sigma ADC 7
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 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 120A Hitec DCCT 120A Ritz DCCT 4..13kA DCCT Akım Sensörü 4..13kA DCCT Elektronik ölçüm devresi 600A DCCT Elektronik ölçüm devresi 600A DCCT Akım Sensörü 8
Low curren t detect or AKIM SENSÖRÜ DCCT 1P r i m a r y Ip Calibration Winding Nc2 Calibration Winding Nc1 BLOCK DIAGRAM Measuring b a r Static Screen Head Secondary Winding Ns Is N1 N2 N3 Static Screen 8/10 1 2 3 4 5 6 7/9 Power Drive amplifier Amplifier freq. ampl. Loop C Oscillator Peak detector Loop integrator offset Power Excitation control balanc e Loop finder on +/-15V regulators CBE Trip Output Normal Window Head connected To circuit not valid operation detector head Temp. Akım sensörünün genel iç yapısı Zero current detector Head not connected O.K. CBE on Controlloop Window 1% 10% Mains filter Power Supply Image amplifier (10x) 3ph/400V~ _ or + Electronics1ph/230V~ Burden Precision amplifier (10x) Hi-sense Module 0.2 _ Hi Hi + Lo-sense Lo Lo (0V) 4..13kA DCCT Akım Sensörü Offset Ratio CMR 9
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 Bütün DCCT ler (toplamda 4000 adet DCCT), CERN e geldiklerinde özel bir test set-up ında test edilirler. 2000 adet FGC 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 100 adet CERN 22bit ADC 11
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 12
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. Test edilen DCCT ler 6kA DCCT test setupı CERN Akım Kalibratörü DCCT kalibrasyonu ve uzaktan izleme 13
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 14
MONTAJ VE TÜNEL TESTLERİ Bütün alt sistemler çeviricilere monte edildikten sonra yüksek hassasiyet testleri içerisinde referans DCCT bulunan özel test setupları ile gerçeklenir. Tünele yerleştirildikten sonra tüm çeviricilere akım kalibratörü veya referans DCCT kullanılarak performans testi yapılır Parametre 13kA ppm 4-7kA ppm 600A ppm Montaj testi sonuçları 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 Ana dipol güç kaynağı, 2kA de 30dk kararlılık 0.3ppm aralığında!! Ana kuadrapol güç kaynağı, 6.5kA de 30dk kararlılık 0.3ppm aralığında!! 15
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 16
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. Alarms screen Client applications Logging DB Alarms Commands & subscriptions Logging client Linux PC gateway LHC timing signal 50Hz status Commands Post-mortem data PM Archive WorldFIP fieldbus (50Hz cycle) 30 FGC digital controllers LHC erişim noktasındaki Gateway PCsi 17
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) PC DCCT Electronic FGC FGC SD-22b ADC FGC Aynı sektördeki DCCT leri izlemek için kullanılan test setup ı Bitişik sektörlerdeki DCCT leri izlemek için kullanılan test setup ı 18
İZLEME TESTİ KIRMIZI(ref): hata RQD.A23 (A/B) MAVİ: hata RB.A12/RB.A23 YEŞİL: hata RQF.A12/RQF.A23 19
TEŞEKKÜRLER İlknur ÇOLAK 28/07/2010 20