Powering concepts for resistive magnets in the muon collider rapid cycling synchrotron

Il CERN (European Organization for Nuclear Research) è uno dei principali centri di ricerca al mondo nel campo della fisica delle particelle e gestisce una vasta infrastruttura di acceleratori e laboratori sperimentali. Il funzionamento di tali sistemi richiede migliaia di convertitori di potenza destinati ad alimentare i magneti degli acceleratori con tensioni e correnti controllate con elevata precisione. Questa Tesi di Laurea Magistrale è stata svolta presso la sezione High Power Converters (SY-EPC-HPC) del CERN e riguarda lo studio dei convertitori di potenza per i magneti curvanti del futuro Muon Collider. Per alimentare tali magneti sono richieste potenze dell’ordine dei gigawatt; per questo motivo il convertitore è realizzato mediante una struttura modulare composta da numerose celle elementari. Il lavoro ha incluso lo sviluppo di modelli di simulazione in ambiente Python per analizzare il comportamento del convertitore e l’impatto di fenomeni non ideali, in particolare il jitter degli IGBT e le variazioni dei parametri del sistema. Successivamente è stato sviluppato un modello più completo in grado di includere effetti non lineari e variazioni dei parametri elettrici. Su questo modello è stata implementata una strategia di controllo basata su Iterative Learning Control (ILC) al fine di migliorare la precisione della risposta del sistema. Infine, i risultati delle simulazioni sono stati validati mediante la realizzazione di un prototipo sperimentale costituito da quattro celle di potenza su PCB controllate da un microcontrollore Teensy 4.1.