一种类平顶波脉冲强磁场发生装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种类平顶波脉冲强磁场发生装置及方法，所述装置包括低压电容器组、低压续流支路、高压电容器组、高压续流支路、过零直流开关以及单线圈磁体，所述单线圈磁体包括磁体线圈L以及电阻R，低压电容器组与低压续流支路并联，高压电容器组和高压续流支路并联，低压续流支路与高压续流支路串联，高压续流支路的非串联端通过过零直流开关、电阻R以及磁体线圈L与低压续流支路的非串联端连接；本发明专利技术的优点在于：较为简单的结构来实现类平顶波，系统造价低，波形质量较高以及平顶波段维持时间较长。持时间较长。持时间较长。

【技术实现步骤摘要】
pulsed power supply.Industry Applications Conference,1997以及L.J.Campbell,H.J.Boenig，D.G.Rickel,j.D.Rogers,et al,Design and Analysis of High
‑
Field Quasi
‑
Continuous Magnets.IEEE Trans.on Magnetics,1994,30(4):2222
‑
2225。
[0007]以上这两种方案都需要大容量的脉冲发电机、大功率的12脉冲整流桥，还需要制造多线圈组成的脉冲磁体，采用复杂的反馈控制结构，总体造价很高，而且由于采用整流桥的原因使得平顶波纹波也比较大，总的来说，波形质量不高。
[0008]日本东京大学强磁场实验室采用纯电容性电源驱动脉冲磁体线圈，辅助以外施加补偿线圈L1，补偿线圈L1采用铅酸电池B供电，通过反馈控制器(FPGA、MOS管M1至M4)以2.5us的调节速度调节1.3T补偿线圈磁场，最终实现60T/2ms的脉冲平顶波磁场。
[0009]如图5和图6所示，在主磁体L孔径中螺线管绕制一补偿线圈其电感30μH,主磁体L线圈采用900kJ电容C储能对其供电，反馈控制采用MOS管，通过24V铅酸电池B供电，采用PID控制算法控制栅极电压来使MOSFET管工作在可变电阻区，是其电阻在几毫欧到几兆欧级间变化，以控制补偿线圈L1的电流变化，从而实现对磁场的反馈控制。这种方案需要单独绕制补偿线圈，并为其提供能量，同样需要复杂的反馈控制算法来对磁场的补偿来实现平顶波，其结构也较为复杂，且其平顶波段维持时间较短，具体参阅文献YoshimitsuKohama，Koichi Kindo.Generation of flat
‑
top pulsed magnetic fields with feedback control approach.Review of Scientific Instruments 2015 86,104701。

技术实现思路

[0010]本专利技术所要解决的技术问题在于现有技术平顶波脉冲强磁场发生装置多采用双线圈或多线圈结构，采用较为复杂反馈控制结构来实现平顶波，存在系统造价高，磁体能量转移慢、波形质量不高或者平顶波段维持时间较短的问题。
[0011]本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种类平顶波脉冲强磁场发生装置，包括低压电容器组、低压续流支路、高压电容器组、高压续流支路、过零直流开关以及单线圈磁体，所述单线圈磁体包括磁体线圈L以及电阻R，所述低压电容器组与低压续流支路并联，高压电容器组和高压续流支路并联，所述低压续流支路与高压续流支路串联，所述高压续流支路的非串联端通过过零直流开关、电阻R以及磁体线圈L与低压续流支路的非串联端连接；
[0012]初始阶段，串联的低压续流支路与高压续流支路组合为磁体线圈L供电，高压电容器组起到形成脉冲前沿短即陡升的脉冲波，此阶段，低压电容器组与高压电容器组一起供电形成脉冲波形，并维持脉冲波形顶部较平稳变化，从而实现类平顶波；脉冲波形下降后期，切换过零直流开关，磁体线圈L聚集的能量通过低压续流支路、高压续流支路以及过零直流开关快速释放转移。
[0013]本专利技术低压电容器组与高压电容器组形成的储能放电结构就可以得到类似平顶波的波形，结构简单，大大减小整个系统的造价，低压电容器组电压低且容值高，放电周期长，与高压电容器组一起供电形成脉冲波形，平顶波段维持时间较长，并且低压电容器维持脉冲波形顶部较平稳变化，从而使得波形质量较高。
[0014]进一步地，所述低压电容器组包括电容组C1和晶闸管T1，所述电容组C1的一端与
晶闸管T1的阳极连接，所述晶闸管T1的阴极与低压续流支路的一端连接，所述电容组C1的另一端与低压续流支路的另一端连接。
[0015]更进一步地，所述低压续流支路包括二极管D1和电阻R
d1
，所述二极管D1的阴极与晶闸管T1的阴极连接，二极管D1的阳极与电阻R
d1
的一端连接，电阻R
d1
的另一端与电容组C1的另一端连接并接地。
[0016]更进一步地，所述高压电容器组包括电容组C2和晶闸管T2，所述电容组C2的一端分别与晶闸管T1的阴极、二极管D1的阴极以及高压续流支路的一端连接，电容组C2的另一端与晶闸管T2的阳极连接，晶闸管T2的阴极与高压续流支路的另一端连接。
[0017]更进一步地，所述高压续流支路包括二极管D2和电阻R
d2
，所述电阻R
d2
的一端与电容组C2的一端连接，电阻R
d2
的另一端与二极管D2的阳极连接，二极管D2的阴极与晶闸管T2的阴极以及过零直流开关连接。
[0018]更进一步地，所述过零直流开关包括压敏电阻RV、电容C0、开关S0、电感L0、电阻R0以及真空开关VB，所述电容C0、开关S0、电感L0及电阻R0顺次串联连接，所述电容C0的非串联端、真空开关VB的一端以及压敏电阻RV的一端连接并与二极管D2的阴极连接，所述电阻R0的非串联端、真空开关VB的另一端以及压敏电阻RV的另一端连接并与电阻R的一端连接，电阻R的另一端通过磁体线圈L与电阻R
d1
的另一端与电容组C1的另一端连接。
[0019]进一步地，所述类平顶波脉冲强磁场发生装置还包括充电电源，所述低压电容器组、高压电容器组及过零直流开关分别通过一个充电电源单独供电，所述充电电源包括顺序连接的三相不控整流桥CD1、滤波器LC、逆变全桥IG、高频变压器T、高频整流桥CD2以及负载电容Cc，所述三相不控整流桥CD1的输入端接交流电网电压380VAC。
[0020]本专利技术还提供一种类平顶波脉冲强磁场发生装置的方法，初始阶段，串联的低压续流支路与高压续流支路组合为磁体线圈L供电，高压电容器组起到形成脉冲前沿短即陡升的脉冲波，此阶段，低压电容器组与高压电容器组一起供电形成脉冲波形，并维持脉冲波形顶部较平稳变化，从而实现类平顶波；脉冲波形下降后期，切换过零直流开关，磁体线圈L聚集的能量通过低压续流支路、高压续流支路以及过零直流开关快速释放转移。
[0021]进一步地，所述低压电容器组包括电容组C1和晶闸管T1，低压续流支路包括二极管D1和电阻R
d1
，高压电容器组包括电容组C2和晶闸管T2，高压续流支路包括二极管D2和电阻R
d2
，过零直流开关包括压敏电阻RV、电容C0、开关S0、电感L0、电阻R0以及真空开关VB；电容组C1的一端与晶闸管T1的阳极连接，二极管D1的阳极与电阻R
d1
的一端连接，电阻R
d1
的另一端与电容组C1的另一端连接并接地；电容组C2的一端分别与晶闸管T1的阴极、二极管D1的阴极以及电阻R
d2
的一端连接，电阻R
d2
的另一端与二极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种类平顶波脉冲强磁场发生装置，其特征在于，包括低压电容器组、低压续流支路、高压电容器组、高压续流支路、过零直流开关以及单线圈磁体，所述单线圈磁体包括磁体线圈L以及电阻R，所述低压电容器组与低压续流支路并联，高压电容器组和高压续流支路并联，所述低压续流支路与高压续流支路串联，所述高压续流支路的非串联端通过过零直流开关、电阻R以及磁体线圈L与低压续流支路的非串联端连接；初始阶段，串联的低压续流支路与高压续流支路组合为磁体线圈L供电，高压电容器组起到形成脉冲前沿短即陡升的脉冲波，此阶段，低压电容器组与高压电容器组一起供电形成脉冲波形，并维持脉冲波形顶部较平稳变化，从而实现类平顶波；脉冲波形下降后期，切换过零直流开关，磁体线圈L聚集的能量通过低压续流支路、高压续流支路以及过零直流开关快速释放转移。2.根据权利要求1所述的一种类平顶波脉冲强磁场发生装置，其特征在于，所述低压电容器组包括电容组C1和晶闸管T1，所述电容组C1的一端与晶闸管T1的阳极连接，所述晶闸管T1的阴极与低压续流支路的一端连接，所述电容组C1的另一端与低压续流支路的另一端连接。3.根据权利要求2所述的一种类平顶波脉冲强磁场发生装置，其特征在于，所述低压续流支路包括二极管D1和电阻R
d1
，所述二极管D1的阴极与晶闸管T1的阴极连接，二极管D1的阳极与电阻R
d1
的一端连接，电阻R
d1
的另一端与电容组C1的另一端连接并接地。4.根据权利要求3所述的一种类平顶波脉冲强磁场发生装置，其特征在于，所述高压电容器组包括电容组C2和晶闸管T2，所述电容组C2的一端分别与晶闸管T1的阴极、二极管D1的阴极以及高压续流支路的一端连接，电容组C2的另一端与晶闸管T2的阳极连接，晶闸管T2的阴极与高压续流支路的另一端连接。5.根据权利要求4所述的一种类平顶波脉冲强磁场发生装置，其特征在于，所述高压续流支路包括二极管D2和电阻R
d2
，所述电阻R
d2
的一端与电容组C2的一端连接，电阻R
d2
的另一端与二极管D2的阳极连接，二极管D2的阴极与晶闸管T2的阴极以及过零直流开关连接。6.根据权利要求5所述的一种类平顶波脉冲强磁场发生装置，其特征在于，所述过零直流开关包括压敏电阻RV、电容C0、开关S0、电感L0、电阻R0以及真空开关VB，所述电容C0、开关S0、电感L0及电阻R0顺次串联连接，所述电容C0的非串联端、真空开关VB的一端以及压敏电阻RV的一端连接并与二极管D2的阴极连接，所述电阻R0的非串联端、真空开关VB的另一端以及压敏电阻RV的另一端连接并与电阻R的一端连接，电阻R的另一端通过磁体线圈L与电阻R
d1
的另一端与电容组C1的另一端连接。7.根据权利要求1所述的一种类平顶波脉冲强磁场发生装置，其特征在于，还包括充电电源，所述低压电容器组、高压电容器组及过零直流开关分别通过一个充电电源单独供电，所述充电电源包括顺序连接的三相不控整流桥CD...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小宁，费伟，宋敏慧，王灿，徐烟红，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：