Alimentations Maxidiscap1 Alimentations MAXIDISCAP J.M. CRAVERO 10.02.2005

Alimentations Maxidiscap 1

Alimentations MAXIDISCAP

J.M. CRAVERO

10.02.2005


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


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]


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 :


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



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





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


Résultats en simulation


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


Tests avec le chargeur

charge d’un banc de condensateurs de 900uF reproductibilité excellente <0.5%


Tests avec le chargeur

comportement vis-à-vis du réseau


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



• 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



Im(t) : Iref=150A – type 7 - sans intégrateur



Im(t) : Iref=150A – type 7 - avec intégrateur



Im(t) : Iref=150A – type 7 - avec intégrateur – limitation SOA


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


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


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


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

Documents

Alimentations Maxidiscap1 Alimentations MAXIDISCAP J.M. CRAVERO 10.02.2005