一种平顶脉冲强磁场产生装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种平顶脉冲强磁场产生装置，其中，主电源、晶闸管主开关、去耦变压器的一次侧以及双线圈磁体的内线圈依次串联，构成主放电回路；辅助电源、去耦变压器的二次侧以及双线圈磁体的外线圈依次串联，构成辅助放电回路；直流补偿电源、二极管、去耦变压器的二次侧以及双线圈磁体的外线圈依次串联，构成补偿放电回路；上述主放电回路、辅助放电回路和补偿放电回路产生的磁场在双线圈磁体中心进行叠加，产生平顶脉冲强磁场，磁场的持续时间较长。另外，该装置的主要放电电源均使用电容器型电源，储能密度高，控制简单，可产生高磁场强度、高稳定度的平顶脉冲磁场，且系统的整体造价较低。

【技术实现步骤摘要】
一种平顶脉冲强磁场产生装置
本专利技术属于脉冲强磁场领域，更具体地，涉及一种平顶脉冲强磁场产生装置。
技术介绍
当前环境下，常规实验条件取得科研突破愈发困难，强磁场作为重要的极端实验条件之一，有力促进了新规律、新现象的发现和多学科的交叉研究。自1913年以来，与强磁场有关的诺贝尔奖总共有19项，内容涉及材料科学、物理学、生命科学与医学、化学等众多学科，强磁场在有机导体及半导体、高温超导等相关领域也有重要应用。根据持续时间长短，强磁场可以分为稳态强磁场和脉冲强磁场。脉冲强磁场虽然产生的磁场场强可达50-100T，但其持续时间较短，往往只有几毫秒，不能满足核磁共振(NMR)、大功率太赫兹源等前沿大科学实验的要求。同时，这些实验还要求在磁场的持续时间内磁场具有高稳定度，因此平顶脉冲强磁场产生装置应运而生，并得到了持续的发展研究。在现有的平顶脉冲强磁场产生装置的研究中，武汉国家脉冲强磁场科学中心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；这种平顶脉冲强磁场产生装置通过蓄电池型电源放电，虽然可以产生一定场强的平顶磁场，但需要开关管通断调节磁场波形，存在开关纹波，且功率密度不高，产生场强较低。美国LosAlamos强磁场实验室用脉冲发电机型电源产生60T/100ms平顶磁场，电流纹波0.2％；然而，此平顶脉冲强磁场产生装置中脉冲发电机型电源输出端接两个6脉波整流器串联工作，存在天然磁场纹波，产生的平顶磁场的稳定度不高。另外，专利CN103715938B提出了基于电容器型电源的主/辅助放电回路电磁耦合的平顶脉冲强磁场产生装置，能够产生52T/10ms的平顶磁场的方案；但是由于电磁耦合作用会抵消一部分主电路产生的磁场，造成能量损失，放电效率较低，产生的平顶磁场的稳定度不高，仅为0.5％；且其主电路为简单的电容放电电路，放电波形难以直接调控，产生的平顶脉冲强磁场持续时间较短。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种平顶脉冲强磁场产生装置，用以解决现有基于电容器型电源的平顶脉冲强磁场产生装置由于放电波形难以直接调控而导致的持续时间较短的技术问题。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种平顶脉冲强磁场产生装置，包括：主电源、晶闸管主开关、去耦变压器、双线圈磁体、辅助电源、直流补偿电源和二极管；其中，主电源、晶闸管主开关、去耦变压器的一次侧以及双线圈磁体的内线圈依次串联，构成主放电回路；辅助电源、去耦变压器的二次侧以及双线圈磁体的外线圈依次串联，构成辅助放电回路；直流补偿电源、二极管、去耦变压器的二次侧以及双线圈磁体的外线圈依次串联，构成补偿放电回路；双线圈磁体的内线圈和外线圈的同名端分别接地；主放电回路、辅助放电回路和补偿放电回路分别产生磁场，各磁场在双线圈磁体中心进行叠加，产生平顶脉冲强磁场。进一步优选地，主放电回路基于主电源对双线圈磁体的内线圈进行放电，产生主磁场；辅助放电回路通过控制辅助电源中电容器组的各电容器，使其对双线圈磁体的外线圈依次进行放电，产生辅助磁场，用于按照期望的磁场，对上述主磁场波形进行补偿；补偿放电回路基于直流补偿电源对双线圈磁体的外线圈进行放电，产生补偿磁场，用于补偿纹波，通过对上述补偿后的主磁场进一步进行补偿，从而提高平顶脉冲磁场的稳定度。进一步优选地，辅助电源包括辅助电源主电路和辅助电源控制电路。进一步优选地，辅助电源主电路包括多个电容支路；各电容支路相互并联；多个电容支路依次进行放电，产生辅助磁场。进一步优选地，电容支路包括串联的电容和晶闸管，通过控制电容支路数目、各个电容的充电电压以及晶闸管的开通时间，产生辅助磁场，用于对主磁场波形的下降沿进行补偿，从而延长平顶脉冲强磁场的持续时间。进一步优选地，辅助电源控制电路包括控制板和晶闸管开关触发电路。进一步优选地，上述平顶脉冲强磁场产生装置还包括：第一续流回路和第二续流回路；其中，第一续流回路和第二续流回路均包括串联的电阻和二极管；第一续流回路与主放电回路中的主电源并联，用于在主电源关断时，泄放双线圈磁体的内线圈中的电流，从而保护主电源；第二续流回路与辅助放电回路中的辅助电源并联，用于在辅助电源关断时，泄放双线圈磁体的外线圈中的电流，从而保护辅助电源。进一步优选地，主电源为电容器组，通过增加电容器组中电容器的数量，增大所述主电源的储能。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：1、本专利技术提供了一种平顶脉冲强磁场产生装置，分别采用主放电回路、辅助放电回路和补偿放电回路产生磁场，各磁场在双线圈磁体中心进行叠加，所得的平顶脉冲强磁场的波形峰值较高，通过辅助脉冲磁场和补偿脉冲磁场对主磁场进行补偿，大大提高了平顶脉冲强磁场的持续时间和稳定度。2、本专利技术所提供的一种平顶脉冲强磁场产生装置，主电源通过电容器组进行放电，储能效率高，相比较蓄电池型电源和脉冲发电机，可产生更高场强峰值的脉冲磁场，同时为平顶脉冲磁场提供快上升沿。3、专利技术所提供的一种平顶脉冲强磁场产生装置，辅助放电回路通过控制辅助电源中电容器组的各电容器充电电压和晶闸管开通时间、电容支路的数目，使其对双线圈磁体的外线圈依次进行放电，产生辅助磁场，用于按照期望的磁场，对上述主磁场波形进行补偿，从而延长平顶脉冲磁场持续的时间；另外，辅助电源不需要实时反馈控制，其充电电压、晶闸管开通时间、电容支路数目等控制参数仅仅需要仿真进行确定，因而辅助电源控制较为简单。4、专利技术所提供的一种平顶脉冲强磁场产生装置，辅助磁场波形越趋近于期望的磁场波形，直流补偿电源所需输出功率越小；通过辅助电源对磁场进行一次补偿、直流补偿电源对磁场二次补偿，大大提高平顶脉冲磁场的稳定度，且不存在基于电磁耦合作用能量抵消产生平顶磁场时造成的能量损失问题，放电效率高。附图说明图1为本专利技术所提供的一种平顶脉冲强磁场产生装置的电路图；图2为本专利技术所提供的平顶脉冲磁场波形示意图；图3为本专利技术所提供的期望的辅助磁场波形与辅助电源实际输出磁场波形示意图；图4为本专利技术所提供的直流补偿电源的电路图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种平顶脉冲强磁场产生装置，如图1所示，包括：主电源、晶闸管主开关T1、去耦变压器M、双线圈磁体、辅助电源、直流补偿电源和二极管D3；本实施例中主电源为主电容组C1；其中，主电容组C1、晶闸管主开关T1、去耦变压器M的一次侧以及双线圈磁体的内线圈L1依次串联，构成主放电回路；辅助电源、去耦变压器M的二次侧以及双线圈磁体的外线圈L2依次串联，构成辅助放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平顶脉冲强磁场产生装置，其特征在于，包括：主电源、晶闸管主开关、去耦变压器、双线圈磁体、辅助电源、直流补偿电源和二极管；/n其中，主电源、晶闸管主开关、去耦变压器的一次侧以及双线圈磁体的内线圈依次串联，构成主放电回路；辅助电源、去耦变压器的二次侧以及双线圈磁体的外线圈依次串联，构成辅助放电回路；直流补偿电源、二极管、去耦变压器的二次侧以及双线圈磁体的外线圈依次串联，构成补偿放电回路；双线圈磁体的内线圈和外线圈的同名端分别接地；/n所述主放电回路、辅助放电回路和补偿放电回路分别产生磁场，各磁场在双线圈磁体中心进行叠加，产生平顶脉冲强磁场。/n

【技术特征摘要】
1.一种平顶脉冲强磁场产生装置，其特征在于，包括：主电源、晶闸管主开关、去耦变压器、双线圈磁体、辅助电源、直流补偿电源和二极管；
其中，主电源、晶闸管主开关、去耦变压器的一次侧以及双线圈磁体的内线圈依次串联，构成主放电回路；辅助电源、去耦变压器的二次侧以及双线圈磁体的外线圈依次串联，构成辅助放电回路；直流补偿电源、二极管、去耦变压器的二次侧以及双线圈磁体的外线圈依次串联，构成补偿放电回路；双线圈磁体的内线圈和外线圈的同名端分别接地；
所述主放电回路、辅助放电回路和补偿放电回路分别产生磁场，各磁场在双线圈磁体中心进行叠加，产生平顶脉冲强磁场。


2.根据权利要求1所述的平顶脉冲强磁场产生装置，其特征在于，所述主放电回路基于主电源对双线圈磁体的内线圈进行放电，产生主磁场；
所述辅助放电回路通过控制辅助电源中电容器组的各电容器，使其对双线圈磁体的外线圈依次进行放电，产生辅助磁场，用于按照期望的磁场，对上述主磁场波形进行补偿；
所述补偿放电回路基于直流补偿电源对双线圈磁体的外线圈进行放电，产生补偿磁场，用于补偿纹波，通过对上述补偿后的主磁场进一步进行补偿，从而提高平顶磁场的稳定度。


3.根据权利要求1或2所述的平顶脉冲强磁场产生装置，其特征在于，所述辅助电源包括辅助电源主电路和辅助电源控制电路。
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【专利技术属性】
技术研发人员：肖后秀，孙先锋，王正磊，李晓峰，陈贤飞，韩小涛，李亮，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42