İ lknur Ç OLAK (TE-EPC-MPC)

1. LHC Güççevİrİcİlerİnİn YüKSEK HASSASİYET PERFORMANSLARI • İlknurÇOLAK (TE-EPC-MPC)

2. 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 Pt 7 Pt 8 LHCb Pt 6 Pt 1 ATLAS Pt 2 Pt 5 CMS ALICE Pt 3 Pt 4

3. lhc GÜÇ ÇEVİRİCİLERİ

4. lhc GÜÇ ÇEVİRİCİLERİ • LHC: ±120A,±10VAdet: 300 • Doğruluk Sınıfı: 4 • Tripletkorrektörler, dipolorbitkorrektörler • Anahtarlamalı güç kaynağı • LHC: ± 600A,± 10VAdet: 400 • Doğruluk Sınıfı:3 • Çok kutuplu korrektörler • Anahtarlamalı güç kaynağı • LHC: 4..6kA,8VAdet: 200 • Doğruluk Sınıfı:2 • Ayırma dipolleri, ekleme kuadrapolleri • Anahtarlamalı güç kaynağı • LHC: 60A,8VAdet: 752 • Doğruluk Sınıfı: 4 • Dipolorbitkorrektörler • Anahtarlamalı güç kaynağı

5. 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

6. lhc GÜÇ ÇEVİRİCİLERİ • LHC güç kaynakları3 temel yapıdan oluşur: • Gerilim Kaynağı (güç ünitesi) • Dijital Kontrol Devreleri (FGC)  yüksek performanslı akım döngüsü • Akım Sensörleri(DCCTs) yüksek performanslı akım döngüsü Iout ACGiriş • Gerilim Kaynağı • (ana güç ünitesi) • Magnet Koruma Devresi Magnet Vout Soğutma Sistemi MagnetKoruma Devresi A B dijital.... analog Vref • Dijital Kontrolör(FGC) • Gerilim Kontrolü • Yüksek Hassasiyetli Dijital Ölçüm • Karşılaştırma Devresi Akım Sensörü(DCCT)Sensör Elektronik Ddevreler Kontrol Devresi - I ref - IA Topraklama Bağlantısı IB AC Giriş AC Giriş Magnet Koruma Algılama Sistemi&Genel Kilitleme Devresi

7. DİJİtalKontrol – 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

8. 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 - OrtaHassasiyet: 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 - DüşükHassasiyet: 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 HitecDCCT 120A Ritz DCCT 600A DCCT Elektronik ölçüm devresi

9. Primary bar Ip BLOCK DIAGRAM Calibration Winding Nc2 Measuring Head Calibration Winding Nc1 Static Screen Secondary Winding Ns Is N1 N2 N3 Static Screen 1 2 3 4 5 6 7/9 8/10 Power Amplifier Drive amplifier freq. ampl. Loop offset C Oscillator Peak detector Loop integrator Power on balance Excitation control +/-15V regulators Loop finder CBE Trip circuit Output not valid To head Window detector Head connected Normal operation Temp. O.K. Zero current detector Head not connected CBE on Window Mains filter Controlloop 1% 10% Power Supply 3ph/400V~ or 1ph/230V~ Low current detector Image amplifier (10x) _ + Electronics Module Burden Precision amplifier (10x) Hi-sense _ + Hi Hi 0.2 Lo-sense Lo Lo (0V) Ratio CMR Offset AKIM SENSÖRÜ –dcct Akım sensörünün genel iç yapısı 4..13kA DCCT Akım Sensörü

10. 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: Kalibrasyonsargısına 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.

11. KABUL TESTLERİ • 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

12. Test ve KaLİBRASYON ALTYAPISI • CERN laboratuarlarıulusal 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. 10mA 10V, 1kΩ Uluslar arası standartlara göre (10mA, 10V) izleme sistemi

13. Test ve KaLİBRASYON ALTYAPISI • DCCT ölçüm test setupı(600A, 6kA, 20kA) referansDCCT’lerkullanılarak 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 testsetupı Test edilen DCCT’ler DCCT kalibrasyonu ve uzaktan izleme CERN Akım Kalibratörü

14. ÖLÇÜM VE KALİBRASYON ALT YAPISI • Class 1: Güç çeviricilerinin uzaktan kalibrasyonunu sağlamak için tünellere önceden sabit kalibrasyon sistemi yerleştirilmiştir. • Tüneldeki diğer çeviriciler için taşınabilir kalibrasyonüniteleri bulunmaktadır. 6kA’lik çeviriciyi kalibre etmek üzere kullanılan taşınabilir kalibrasyon sistemi Class 1, sabit kalibrasyon sistemi özel tasarlanmış, sıcaklık kontrollü kabinlere yerleştirilmiştir

15. MONTAJ VE TÜNEL TESTLERİ • Bütün alt sistemler çeviricilere monte edildiktensonrayüksek 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!!

16. tÜNELDE KALİBRASYON TESTLERİ

17. 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 WorldFIPfieldbus segmentlerine bağlanırlar (GPS’lesenkronizeedilir) • HerbirWFIP segmenti LHC kontrolethernetine bağlıdır • Çeviriciler gatewaylere komut gönderen ve FGC’denWorldFIP üzerinden gelen kontrol sinyalleri ile çalışan client uygulamasınıkullanılarak kontrol edilirler. LHC erişim noktasındaki Gateway PCsi

18. 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

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

20. TEŞEKKÜRLER İlknur ÇOLAK 28/07/2010