[发明专利]一种产生平顶脉冲磁场的电路及方法

说明书

本发明公开了一种产生平顶脉冲磁场的电路及方法，属于强磁场技术领域。该电路包括主回路与磁控回路。主回路包括依次串联的第一电容器、第一开关、双绕组磁控电抗器以及脉冲磁体。主回路中的双绕组磁控电抗器包括串联的第一绕组与第二绕组，其中第一绕组与第二绕组绕制匝数相同，绕制方向相反。磁控回路包括依次串联的第二电容器、第二开关以及电抗器，并连接在磁控电抗器第二绕组的两端。主回路还包括并联在第一电容器两端的续流回路。续流回路包括连接在第一电容器两端的电阻与单向导通元件。本发明通过调控双绕组磁控电抗器的电感以产生平顶脉冲磁场，具有电路结构简单、控制可靠、造价低、产生的平顶脉冲磁场场强高、稳定度好等特点。

技术领域

本发明属于强磁场技术领域，更具体地，涉及一种产生平顶脉冲磁场的电路及方法。

背景技术

强磁场已成为现代科学研究中越来越重要的实验条件之一。而在比热测量、核磁共振以及大功率太赫兹源等科学实验中，不仅需要脉冲磁场的场强达到实验的要求，还需要脉冲磁场的位型以及稳定度满足一定的条件。因此，平顶脉冲强磁场的概念被提出并逐步得到广泛应用。

平顶脉冲磁场可通过多种方法实现，其中较为常见的是利用脉冲形成网络(PFN)来获得平顶脉冲磁场。在有限级数的PFN中，每级电容器通过电感向脉冲磁体放电，由于每个放电回路通过的总电感值不同，造成每级网络的放电时间不一致，最后这些放电波形叠加而形成平顶脉冲电流。该平顶脉冲电流流经电路中的脉冲磁体后形成平顶脉冲磁场。但该方法存在显著的缺点，即脉冲磁场的平顶部分并不平滑，磁场稳定度较低。

为了获得更加平滑的平顶脉冲磁场，美国国家强磁场实验室(NHMFL)利用1430MVA/650MJ的脉冲发电机产生了多种不同形状的平顶脉冲磁场，并在60T/100ms的平顶脉冲磁场下进行了比热测量实验，获得了极好的实验效果。但脉冲发电机附带的整流系统会给平顶脉冲磁场带来纹波干扰，并且该纹波无法通过滤波器完全消除。这些纹波会使得一些科学实验的微弱信号受到干扰进而使科学实验的结果受到一定影响。为了进一步提高平顶脉冲磁场的稳定度，武汉国家脉冲强磁场科学中心开发了一种蓄电池型脉冲电源。利用可控的旁路系统，该脉冲电源实现了25T/400ms的平顶脉冲磁场，其稳定度达100ppm。但由于蓄电池的功率密度较低，该电源可产生的磁场场强一般较低。为同时产生高场强、无纹波的平顶脉冲磁场，专利CN103715938A提出了利用空心变压器原副边绕组耦合两个放电回路以产生平顶脉冲磁场的方案。该方案可产生52T/10ms无纹波的平顶脉冲磁场，但该平顶脉冲磁场的稳定度较低，为0.5％左右。

总体来看，现已有的平顶脉冲磁场产生方案尚存在一些不足，无法同时产生高场强、高稳定度的平顶脉冲磁场。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种产生平顶脉冲磁场的电路及方法，其目的在于以更低的成本产生更高场强、更高稳定度的平顶脉冲磁场，以解决现有平顶脉冲磁场产生方案中存在的无法同时产生高场强、高稳定度平顶脉冲磁场的问题。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种产生平顶脉冲磁场的电路，其中产生平顶脉冲磁场的电路包括主回路与磁控回路。

更进一步地，所述主回路包括依次串联的第一电容器、第一开关、双绕组磁控电抗器以及脉冲磁体。

更进一步地，所述主回路中的双绕组磁控电抗器包括串联的第一绕组与第二绕组，其中第一绕组与第二绕组的绕制匝数相同，绕制方向相反。

更进一步地，所述磁控回路包括依次串联的第二电容器、第二开关以及电抗器。

更进一步地，所述磁控回路并联在所述磁控电抗器第二绕组的两端。

更进一步地，所述主回路还包括并联在第一电容器两端的续流回路。

更进一步地，所述续流回路包括连接在第一电容器两端的电阻与单向导通元件。