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Les systèmes & mesures magnétiques F.Marteau. Les aimants de SOLEIL.

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1 Les systèmes & mesures magnétiques F.Marteau

2 Les aimants de SOLEIL

3

4 De la conception aux mesures Optimisation avec logiciel 3D –Tosca et Radia Conception mécanique et gestion des interfaces Spécifications techniques et plans de définition. Suivi de fabrication. Mesures magnétiques.

5 Bancs pour les dipoles dS V dx S 1 2 x y z

6 Banc dipôles booster Dipôles branchés en série La bobine de flux est constituée de 4 segments de 500mm mis en serie suivant la trajectoire Bobine réalisée en circuit imprimé 3 jeux de bobines sont installés aux rayons: –R = 0. & R= mm

7 Banc des multipôles Centrage Analyse harmonique

8 Capteur BMS Très rigide Pas deffet de fleche pas de mesures compensées Analyse Harmonique à R = 30 mm Réglage de langle mieux que 0.1 mrad Réglage du centre magnétique mieux que 25 mm

9 Principe de centrage

10 Resultats du centrage Période de 6 mois de mesure Très faible couplage sur lanneau mesure du tilt correct

11 Quadrupole : Analyse harmonique Bn = bn/b2, exprimé en R = 30 mm pour I = 200 A Harmoniques Quadrupoles courtsQuadrupoles longs Moyenne rms Moyenne rms A B B B B100.7 (1.4)* (1.8)*0.1 B140.9 (0.7)* (1.7)*0.1 ( )* : Valeurs théoriques

12 HU640 Period [mm]640 Period number14 Type Electro- magnetic Mag. gap [mm] 19 PolarisationLH/LV/ellipt. Peak field [T] 0.09 (H) 0.11 (V) Quasi- P é riodic No Energy (eV)5 – 40

13 HU640 : les mesures magnétiques Les mesures sont faites sur un banc spécial de 12 m avec sondes de Hall et bobines de flux. Thermalized Hall Probe 62D Hall Probe Location of the Cube reflector « target » Interferometer Sensor guide Optical elements

14 Mesures sur laxes des champs horizontaux (vert) et verticaux (Bleu/Rouge) vert : A/ Bleu: A/ Rouge: A des trois type de bobines ( vert : A/ Bleu: A/ Rouge: A) Précision pour B x et B z : +/- 30 µT Reproducibilité sur B x and B z : +/-20 µT Reproducibilité sur I x and I z : +/- 50 G.cm and +/- 15 G.cm by averaging Onduleur composé uniquement de bobine Linéarité du champ en fonction du courant HU640: les mesures magnétiques

15 HU256 Period [mm]256 Period number 12 Type Electro- magnetic Mag. gap [mm] 50 (H)/15 (V) PolarisationLH/LV/ellip t. Peak field [T] 0.28 (H) 0.40 (V) Quasi- P é riodic Yes Energy (eV)10 – 1000

16 Londuleur HU80 installé dans le tunnel Period [mm]80 Period number19 Type Apple-II Mag. gap [mm] PolarisationLH/LV/ellipt. Peak field [T] 0.75 (H) 0.98 (V) Quasi-P é riodicYes Energy (eV)40 – 1600

17 Onduleur sous vide U20 Period [mm]20 Period number98 Type Hybrid In-Vac Mag. gap [mm] PolarisationLH Peak field [T] 0.95 Quasi-P é riodicNo Energy (eV)3000 – 18000

18 Bancs utilisés Bancs de mesure équipés: –Bobines tournantes pour Ix et IZ Platines 2 axes +/- 125 mm Plateaux tournants –Sondes de Hall selon 3 axes Moteur linéaire 3500 ou 5500 mm Platines 2 axes +/- 125 mm

19 Sondes à effet Hall Bancs utilisés

20 Assemblage –Installation des modules. –Shimming des aimants permanents. –Magic finger. –Calibration des bobines de correction. Installation sur la machine –Caractérisation et compensation des effets sur le faisceau Fabrication dun onduleur

21 Construction Apple II HU52 z x s M5 M1M3 M1M3M5MF Term. Module Trois types de modules (M1/M3/M5) Montage des aimants selon tri génétique sur les modules (à partir des mesures avec bobines Helmholtz) Mesures des modules sur le châssis Assemblage des modules par itérations selon IDbuilder Shimming pour améliorer le spectre et la trajectoire « Magic finger » pour reduire les composantes multipolaires

22 Mesures magnétiques Assembly Shimming and MF Phase:-90° to +90°

23 Effets sur le faisceau

24 In-Vac Wiggler WSV50 TypeHybride Aimants Poles NdFeB: 1.22 T Permendur Période50 mm Gap Homogénéité 5.5 mm : gap utile 100 mm : Parking gap 1 % à +/- 30 mm Champs max2.1 T Force Magnétiques10 Tonnes Châssischâssis modifié U20 Motorisation3 moteurs : Contrôle commande SOLEIL

25 EMPHU Pole Aimants TypePM (B x )/Electro(B z ) Periode65 mm Gap mm Champs MaximumB x =B z =0.24 T Nombre de périodes25 Inversion de champ40 ms Alimentation (+/-340A) Bobines2 mm tôles Cu (découpe au jet) avec feuilles kapton 50 m 5440 A.t AimantsNdFeBo: 1.22 T Prototype Refroidissement Paramètres

26 Alimentations pour londuleur EMPHU65 Le fonctionnement du synchrotron nécessite un grand nombre dalimentations de puissance dont la définition, la recette et la mise en service ont été assurées par le groupe Alimentations & Aimants Pulsés de la division Sources. Ce groupe est maintenant en charge de leur maintenance et de nouveaux développements dans ces domaines. Alimentations des électroaimants Les alimentations de londuleur électromagnétique EMPHU sont conçues et réalisées en interne par le groupe Alimentations & Aimants Pulsés. Cet onduleur nécessite : - une alimentation principale fournissant un courant pouvant varier rapidement en 40 ms max, sur toute la plage de +350A à -350A, sans overshoot. Elle doit présenter une résolution et une stabilité sur le courant établi de +/-50 ppm. - des alimentations de corrections rapides (quelques centaines de Watts), destinées à compenser les pics de transition, synchronisées aux variations de lalimentation principale. Lalimentation principale de londuleur EMPHU est de technologie à découpage. Son rendement théorique est de 85%. La régulation du courant de sortie est entièrement numérique. Cartes de régulation et de conversion Analogique / Numérique Montage des semi-conducteurs de puissance pour lalimentation de londuleur EMPHU

27 Alim pour une boucle de correction Booster Les courants différents dans les câbles des aimants quadrupôles et sextupôles du Booster perturbent lorbite du faisceau stocké. Une boucle de courant de compensation, alimentée par une alimentation fournissant un courant de correction, va être installée en vue du Top Up. Cette alimentation sera développée par le groupe Alimentations & Aimants pulsés cette année. Dans le cadre du travail pour minimiser limpact sur la stabilité du faisceau des variations dentrefer et de phase des insertions motorisées, le groupe Alimentations & Aimants pulsés va modifier le mode de pilotage des alimentations de correcteurs de ces onduleurs. La lenteur des interfaces Profibus de ces alimentations engendre des temps de réponse inadaptés à la correction dorbite par anticipation (feedforward). Par ailleurs le synchronisme entre les alims est insuffisant, ce qui dégrade encore la stabilité du faisceau lors des variations dentrefer et/ou de phase. Un mode de pilotage en analogique va être conçu et mis en place sur chacune de ces alimentations. Il devrait permettre de réduire notablement les transitoires dorbite constatés lors des changements de configuration dune insertion. Alimentations des Insertions Pics dorbite Autres développements du groupe Alimentations & Aimants Pulsés Variation de lentrefer de londuleur U20 de la ligne PX1 Gap Salle Alimentations du Booster Alims quadrupôlesAlims dipôles

28 Les compétences et lexpérience disponibles dans le groupe Alimentations et Aimants Pulsés couvrent : - La spécification technique dalimentations de puissance en fonction du besoin, - La sélection de sous-traitants, le suivi de fabrication, les réceptions, - Les mesures des performances en laboratoire : 10 ppm de stabilité, ou 50 ppm selon les alims. - Le réglage du tracking entre alimentations (suivi à chaque instant) : pour les alims du Booster. - La conception complète de nouvelles alimentations : Convertisseur de puissance, Commande numérique, régulation de précision, mesures, Interfaces de contrôle à distance. - La réalisation dalimentations spécifiques, les tests et mesures de performances. - Lamélioration des performances des alimentations, en fonction des nouveaux besoins : Modification des régulations, Modification des interfaces de contrôle. - La maintenance des alimentations (de conceptions différentes selon les fournisseurs). - La gestion des rechanges nécessaires.

29 Conclusion Acquisition du savoir-faire pour la conception magnétique (Electro-aimants et insertions) Développement de bancs de mesures magnétiques -Maintient des équipements en état de marche Activités de construction dinsertions importantes Relation étroite avec le groupe Alim le fonctionnement en mode dynamique des insertions


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