Alimentations MAXIDISCAP J.M. CRAVERO 10.02.2005 Alimentations Maxidiscap

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

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) Alimentations Maxidiscap

Le cahier des charges pour les alimentations Maxidiscap courant de sortie Imax=320A – flat-top de 500ms – 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

alimentations programmées 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 Alimentations Maxidiscap

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 - ppm : oui mais... - Pigbt - courbe verte Alimentations Maxidiscap

Topologies étudiées Alimentations Maxidiscap

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 Alimentations Maxidiscap

Résultats en simulation Alimentations Maxidiscap

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 Alimentations Maxidiscap

Tests avec le chargeur charge d’un banc de condensateurs de 900uF reproductibilité excellente <0.5% Alimentations Maxidiscap

Tests avec le chargeur comportement vis-à-vis du réseau Alimentations Maxidiscap

Boucles de régulation Alimentations Maxidiscap

Topologie de la boucle de régulation Im 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... Alimentations Maxidiscap

Boucles de régulation Im(t) : Iref=150A – type 7 - sans intégrateur Alimentations Maxidiscap

Boucles de régulation Im(t) : Iref=150A – type 7 - avec intégrateur Alimentations Maxidiscap

Boucles de régulation Im(t) : Iref=150A – type 7 - avec intégrateur – limitation SOA Alimentations Maxidiscap

Réalisation pratique Etudes mécaniques - Autocad 3D Fabrication 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 Alimentations Maxidiscap

Définition de deux points de fonctionnement selon les aimants 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 Alimentations Maxidiscap

Transitoire important lors de la commutation du pont en H. 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

Installation de 10 convertisseurs pour I-LHC 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 Alimentations Maxidiscap