alimentations maxidiscap1 alimentations maxidiscap j.m. cravero 10.02.2005
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Alimentations Maxidiscap 1
Alimentations MAXIDISCAP
J.M. CRAVERO
10.02.2005
Alimentations Maxidiscap 2
Plan de la présentation
• Le projet I-LHC
• Cahier des charges et topologies étudiées alimentation programmée ? différentes topologies pour la partie décharge charge des condensateurs
• Boucles de régulation schéma général régulation Im flat-top
• Etudes mécaniques et fabrication
• Points particuliers
• Conclusion
Alimentations Maxidiscap 3
Le Projet I-LHC
• Le projet I-LHC
construire une nouvelle machine LEIR pour fournir des ions dans LHC
fonctionnement du Linac III à 5Hz
remplacement des alimentations des quadripôles de ITF, ITH et ITE (10 alimentations)
Expected Cycle
0
500
1000
1500
2000
2500
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
t[ms]
I[A
]
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
B[T
]
lead ions I[A]
injection
lead ions Blear[T]
Alimentations Maxidiscap 4
Le cahier des charges• Le cahier des charges pour les alimentations Maxidiscap
courant de sortie Imax=320A – flat-top de 500s – 5 Hz - ppm alimentations unipolaires deux types d’aimant (type VII L=1.3mH et type IX L=0.8mH) tension maxi sur l’aimant =1kV minimiser le courant RMS dans l’aimant au maximum
• type 7 : Irms = 20A 35°C• type 9 : Irms = 20A 55°C
possibilité d’utiliser ces convertisseurs pour la consolidation Linac II
courant idéal :
Alimentations Maxidiscap 5
Topologies étudiées
• alimentations programmées
alimentation 1kV-350A ? rien d’existant ne semble assez rapide la solution décharge de condensateurs semble la plus adaptée
• topologies d’alimentations à décharge de condensateurs décharge simple avec régulation linéaire
- Irms=26A- ppm : oui- C=320uF (non polarisé)- courbe bleue
magnet
Alimentations Maxidiscap 6
Topologies étudiées
décharge avec pont en H et régulation linéaire
- Irms=21A- ppm : oui- C=1000uF (chimique)- courbe rouge
décharge avec pont en H et régulation linéaire indirecte
- Irms=21A- ppm : oui mais...- C=1000uF (chimique)- Pigbt - courbe verte
magnet
magnet
Alimentations Maxidiscap 7
Topologies étudiées
Alimentations Maxidiscap 8
Topologies étudiées
on adopte la topologie pont en H + régulation linéaire mais...
- le système est incontrôlable, il faut pouvoir bloquer la deuxième branche du pont
- il faut pouvoir amortir les surtensions sur l’IGBT flat-top- cette topologie plus complexe permet d’utiliser des modules IGBT
standards- il est nécessaire d’avoir 4 drivers isolés pour les IGBT du pont en H
magnet magnet
Alimentations Maxidiscap 9
Résultats en simulation
Alimentations Maxidiscap 10
Charge des condensateurs
• Spécifications du chargeur- Umax = 1kV- P=750J/s- charge des condensateurs à courant constant – alimentation switching- précision ~5%- produit réellement OEM- correction du facteur de puissance- encombrement minimum- produit "européen"
• HITEK CC1000 - P= 1kJ/s- FP corrigé- rendement >75% @ pleine charge- existe en version 2.5kJ/s et 2kV
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Tests avec le chargeur
charge d’un banc de condensateurs de 900uF reproductibilité excellente <0.5%
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Tests avec le chargeur
comportement vis-à-vis du réseau
Alimentations Maxidiscap 13
Boucles de régulation
1kVCapacitor Charging
Power Supply230 Vac
FW/ W
Start
Imref.
Ic
Ucref.
Im
Gc(s) Driver
H(s)
ctrl.
Uc
Driver
magnet
Driver
Delay Driver
inhibit
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Boucles de régulation
• Topologie de la boucle de régulation Im difficulté pour contrôler ce type d’IGBT en linéaire nécessité d’implémenter un intégrateur mais...
Start
Imref.
Im
Driver
H(s)
magnet
AxB
+
-
B
ASOA Limit
Uigbt
DriverDelay
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Boucles de régulation
Im(t) : Iref=150A – type 7 - sans intégrateur
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Boucles de régulation
Im(t) : Iref=150A – type 7 - avec intégrateur
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Boucles de régulation
Im(t) : Iref=150A – type 7 - avec intégrateur – limitation SOA
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Réalisation pratique
• Etudes mécaniques Maxidicap (EDA-00347) : châssis puissance 6U
- Autocad 3D
Maxidiscap Control Crate (EDA-00398): châssis électronique 3U
• Fabrication fabrication chez EFACEC pour la puissance et TELSA pour
l’électronique
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Points particuliers
• Définition de deux points de fonctionnement selon les aimants but : minimiser les pertes dans l’IGBT en mode linéaire
- aimant type 7 : L=1.3mH – Uc=900V – Imax= 200A- aimant type 9 : L=0.8mH – Uc=600V – Imax= 320A
• Régulation de la température du radiateur but : améliorer la fiabilité en économisant les ventilateurs carte FAN CONTROL (EDA-00421)
• Drivers isolés pour le pont en H problèmes avec les Drivers Concept carte IGBT Bridge Driver (EDA-00420)
• Mesure du courant avec un transformateur Pearson les DCCT ont une bande passante trop limitée coût
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Points particuliers
• Transitoire important lors de la commutation du pont en H.
lorsque le courant s’inverse dans l’IGBT flat-top, on a un dI/dt important
perturbations sur le chargeur et le OV amélioration du cablage de la puissance
Alimentations Maxidiscap 21
Conclusion
• Installation de 10 convertisseurs pour I-LHC
fiabilité ? châssis très compact étude mécanique en 3D indispensable se méfier des simulations ! le design a permis de conserver les aimants perspectives de nouvelles séries pour Linac II et Linac IV
• Reste à essayer d’améliorer
EMC du chargeur étudier en détails la boucle de régulation Im étudier le fonctionnement avec un capteur de courant type DCCT voir si on peut limiter le dI/dt lors de la commutation du pont
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