[发明专利]一种平顶脉冲强磁场实现装置

说明书

本发明公开了一种平顶脉冲强磁场实现装置，属于脉冲强磁场技术领域。包括：由主电源、耦合变压器一次侧、磁体负载依次相连构成的主放电回路；由耦合变压器二次侧、交流补偿电源、补偿电容、磁体负载依次相连构成的补偿放电回路；由电阻与二极管串联后，并联在主电源两端构成的磁体负载的续流回路；其中，补偿放电回路，能够补偿磁场中的基频纹波分量、高频纹波和开关纹波分量，产生高稳定度平顶脉冲磁场。本发明通过无源磁通耦合滤波与有源滤波相结合的方法，抵消主电源电流的交流分量，可实现高稳定度的直流电流波形，进而在磁体负载上产生高稳定度平顶脉冲强磁场。

技术领域

本发明属于脉冲强磁场技术领域，更具体地，涉及一种平顶脉冲强磁场实现装置。

背景技术

强磁场技术现已成为现代科学实验越来越重要的实验条件之一，同时，大功率太赫兹源、核磁共振等大科学实验对磁场稳定度和持续时间的要求也越来越高，因此平顶脉冲磁场被提出并深入研究。对于磁体来说，高稳定度高场强的磁场位型要求即高稳定度大功率的电流波形要求。高稳定度大功率平顶脉冲电流还可以被用于电磁发射领域，在导轨型电磁驱动系统中，为了使固体电枢达到更高的出口速度，希望脉冲电流尽可能平顶。

现有的平顶脉冲磁场的波形调制可以通过脉冲发电机、蓄电池或电容器型电源实现。如武汉国家脉冲强磁场科学中心投入运行的100MVA/100MJ脉冲发电机和配套的整流器系统，实现了50T/100ms平顶磁场。但因为脉冲发电机输出端接两个6脉波整流器串联工作，存在12脉波电流纹波，磁场稳定度不高。专利CN 103715938B提出了基于电容器型电源的主/辅助放电回路电磁耦合产生52T/10ms平顶磁场的方案，但其稳定度不高，为0.5％。武汉国家脉冲强磁场科学中心还利用蓄电池型电源，通过在磁体两端并联IGBT开关旁路对磁体分流，进而调控磁体电流实现250ppm/25.6T平顶磁场。与前两种方法相比，其磁场稳定度提高，但由于蓄电池型电源本身功率密度不高，产生磁场场强较低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种平顶脉冲强磁场实现装置，其目的在于在低成本的基础上产生更高场强、更高稳定度的平顶脉冲强磁场。

为实现上述目的，本发明提供了一种平顶脉冲强磁场实现装置，包括：由主电源、耦合变压器一次侧、磁体负载依次相连构成的主放电回路；由耦合变压器二次侧、交流补偿电源、补偿电容、磁体负载依次相连构成的补偿放电回路；由电阻与二极管串联后，并联在主电源两端构成的磁体负载的续流回路；所述耦合变压器一二次侧同名端相互连接；

主放电回路，用于在磁体负载上产生磁场B；

补偿放电回路，用于补偿磁场B中的基频纹波分量、高频纹波和开关纹波分量，产生高稳定度平顶脉冲磁场；

续流回路，用于在主电源和交流补偿电源关闭后为磁体负载中的剩余能量提供泄放通路，以保护主电源和交流补偿电源。

进一步地，所述主电源由直流有效电压源DC和交流有效电压源AC1组成，用于为磁体负载供电。

进一步地，补偿电容C、耦合变压器二次侧电感L2和耦合变压器一二次侧互感M满足以下关系：

C*(L2-M)*(2πf)²＝1

其中，f为基频纹波频率。

进一步地，交流有效电压源AC1和交流补偿电源AC2满足以下关系：

其中，L1为耦合变压器一次侧电感，f_高为高频纹波频率。

进一步地，所述交流补偿电源AC2包括交流补偿电源主电路和交流补偿电源控制电路；

交流补偿电源主电路，用于将来自电网的三相电压转换成可控的单相交流电压，在控制电路的作用下向磁体负载输出补偿电流；