一种重频平顶脉冲磁场发生装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种重频平顶脉冲磁场发生装置，包括：主电路，包括全桥单元和并联的n相半桥单元，且全桥电路中的两个桥臂通过m条储能电容和换流开关的串联支路连接，m条串联支路并联构成储能电容器组；检测电路，用于采集各串联支路中储能电容的端电压、磁体的电流和各滤波电感的电流，并将其反馈到控制电路中；控制电路，用于设定的目标磁场波形参数、磁体故障阈值、运行方式和运行模式等，完成目标参考波形的生成及运行方式的判断，对2n+4路直流控制开关的PWM控制信号及m路换流开关的控制信号进行相应模式配置，并根据检测电路的采集值进行闭环调节。本发明专利技术能产生快速上升的高频、高稳定度重频平顶脉冲强磁场。高稳定度重频平顶脉冲强磁场。高稳定度重频平顶脉冲强磁场。

【技术实现步骤摘要】
一种重频平顶脉冲磁场发生装置


[0001]本专利技术属于脉冲功率
，更具体地，涉及一种重频平顶脉冲磁场发生装置。

技术介绍

[0002]在当前的脉冲强磁场研究中，主要的发展方向包括有：更高的磁场强度大小，更长的磁场脉宽时间、更高的磁场重复频率以及更低的平顶磁场纹波系数等脉冲磁场发展。
[0003]目前的脉冲强磁场实验系统中大部分的都是单次试验系统，以单峰或者单平顶结束。重频平顶脉冲磁场是一种连续重复提供可控波形强磁场的系统，因而在工业应用中有着更广泛的应用前景及适应性，包括空气除尘、污水处理、太赫兹源、中子衍射和磁制冷等多个科研领域及工业生产领域，且可以很大程度提高试验效率。
[0004]为了产生高强度磁场，供电电源一般为高压电容器组电源、蓄电池电源、脉冲发电机、电网型电源。其中，高压电容器组的优点是输出功率没有限制，可以利用其高电压的优势使磁体电流快速上升，但由于其输出电压不可控，放电过程输出电压迅速跌落，所以难以在放电过程中保持平顶；蓄电池电源拥有储能高、无纹波的优势，但蓄电池输出功率低，磁场上升时间长。而脉冲发电机
‑
整流器型电源含有低频纹波，且价格昂贵，体积庞大，不利于小型化发展；电网型电源则由于没有中间储能环节，所需的高瞬时功率会对电网产生很大的冲击，甚至影响电网的稳定性，从而限制了该类型电源在高强度磁场中的应用。
[0005]因此如何结合各类型电源的优势，产生快速上升的高频、高稳定度重频平顶脉冲强磁场，是当前研究的重点之一。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种重频平顶脉冲磁场发生装置，能产生快速上升的高频、高稳定度重频平顶脉冲强磁场。
[0007]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种重频平顶脉冲磁场发生装置，包括：主电路，包括全桥单元和并联的n相半桥单元，每相半桥单元的输入端均与低压直流电源的正、负极相连，每相半桥单元的桥臂中点均通过一滤波电感与全桥单元其中一桥臂的中点相连，全桥单元另一桥臂的中点与磁体的一端相连，磁体的另一端与低压直流电源的负极相连；且所述全桥电路中的两个桥臂通过m条储能电容和换流开关的串联支路连接，m条串联支路并联构成储能电容器组；检测电路，用于采集各串联支路中储能电容的端电压、磁体的电流和各滤波电感的电流，并将其反馈到控制电路中；控制电路，用于根据设定的目标磁场波形参数、磁体故障阈值、运行方式和运行模式，完成目标参考波形的生成以及运行方式的判断，并根据检测电路的采集值进行闭环调节；若运行方式为手动运行方式时，则根据运行模式配置主电路中2n+4路直流控制开关的PWM控制信号及m路换流开关的控制信号，若运行方式为自动运行方式时，则通过定时器及
检测电路的采集值自动切换运行模式；其中，各相半桥单元中的两个直流控制开关和全桥单元各桥臂中的两个直流控制开关的PWM控制信号均互补，每相半桥电路中的直流控制开关的PWM控制信号相角分别为0
°
、360
°
/n、
…
、360
°
(n
‑
1)/n；所述运行模式包括电容器充电模式和磁体放电模式，电容器充电模式分为磁体充电阶段、电容器充电阶段和磁体泄能阶段，磁体重频模式分为磁体电流上升阶段、磁体电流平顶阶段和磁体电流下降阶段。
[0008]本专利技术提供的重频平顶脉冲磁场发生装置，采用n相半桥单元和全桥单元的结构，运用低压直流电源实现升降压，并利用储能电容器组实现可控高压，可有效减小电源体积，实现装置紧凑小型化和输出磁场波形的灵活可控，从而产生多参数可调、陡上升沿、高稳定度的重频平顶脉冲磁场，提升脉冲磁场的灵活性，以提供多维度重频平顶脉冲磁场波形的实验条件。
[0009]在其中一个实施例中，所述全桥电路其中一桥臂包括串联的上桥臂直流控制开关S5和下桥臂直流控制开关S6，全桥电路另一桥臂包括串联的上桥臂直流控制开关S7和下桥臂直流控制开关S8；n相半桥单元中的上桥臂直流控制开关分别为S
1A
、S
2A
、
…
、S
nA
，n相半桥单元中的下桥臂直流控制开关分别为S
1B
、S
2B
、
…
、S
nB
，与n相半桥单元的桥臂中点对应相连的滤波电感分别为L1、L2、
…
、L
n
；其中，在电容器充电模式中的磁体充电阶段，控制电路控制n相半桥单元中的直流控制开关S
1A
、S
2A
、
…
、S
nA
和全桥单元中的直流控制开关S5、S7导通，使低压直流电源向各滤波电感及磁体供能，为储能电容器组电压泵升储存能量；在电容器充电模式中的电容器充电阶段，控制电路控制n相半桥单元中的直流控制开关S
1A
、S
2A
、
…
、S
nA
和全桥单元中的直流控制开关S5、S8导通，使低压直流电源、滤波电感L1、L2、
…
、L
n
及磁体电感所储存的能量共同向储能电容器组充能，实现储能电容器组电压泵升，为磁体重频模式中电流的快速上升储存能量；在电容器充电模式中的磁体泄能阶段，控制电路控制n相半桥单元中的直流控制开关S
1A
、S
2A
、
…
、S
nA
关断，全桥单元中直流控制开关S5、S8导通，当全桥单元中的直流控制开关S6、S7的内部续流二极管承受反压截止时，低压直流电源停止供能，将滤波电感L1、L2、
…
、L
n
及磁体电感所储存的剩余能量全部充电至储能电容器组。
[0010]在其中一个实施例中，m条串联支路中的储能电容分别为C1、C2、
…
、C
m
，m条串联支路中的换流开关分别为S
c1
、S
c2
、
…
、S
cm
；所述储能电容器组采用顺序充电方式，所述顺序充电方式为：首先导通换流开关S
c1
，关断换流开关S
c2
、S
c3
、
…
、S
cm
，使低压直流电源向储能电容C1充电，在检测电路检测到储能电容C1电压到达阈值后，关断换流开关S
c1
，导通换流开关S
c2
，重复上述过程，使得检测电路检测储能电容C2电压，依次类推至完成储能电容器组充电。
[0011]在其中一个实施例中，在磁体重频模式中的磁体电流上升阶段，所述控制电路控制换流开关S
c1
、S
c2
、
…
、S
cm
导通，n相半桥单元中的直流控制开关S
1A
、S
2A
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种重频平顶脉冲磁场发生装置，其特征在于，包括：主电路，包括全桥单元和并联的n相半桥单元，每相半桥单元的输入端均与低压直流电源的正、负极相连，每相半桥单元的桥臂中点均通过一滤波电感与全桥单元其中一桥臂的中点相连，全桥单元另一桥臂的中点与磁体的一端相连，磁体的另一端与低压直流电源的负极相连；且所述全桥电路中的两个桥臂通过m条储能电容和换流开关的串联支路连接，m条串联支路并联构成储能电容器组；检测电路，用于采集各串联支路中储能电容的端电压、磁体的电流和各滤波电感的电流，并将其反馈到控制电路中；控制电路，用于根据设定的目标磁场波形参数、磁体故障阈值、运行方式和运行模式，完成目标参考波形的生成以及运行方式的判断，并根据检测电路的采集值进行闭环调节；若运行方式为手动运行方式时，则根据运行模式配置主电路中2n+4路直流控制开关的PWM控制信号及m路换流开关的控制信号，若运行方式为自动运行方式时，则通过定时器及检测电路的采集值自动切换运行模式；其中，各相半桥单元中的两个直流控制开关和全桥单元各桥臂中的两个直流控制开关的PWM控制信号均互补，每相半桥电路中的直流控制开关的PWM控制信号相角分别为0
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、360
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1)/n；所述运行模式包括电容器充电模式和磁体放电模式，电容器充电模式分为磁体充电阶段、电容器充电阶段和磁体泄能阶段，磁体重频模式分为磁体电流上升阶段、磁体电流平顶阶段和磁体电流下降阶段。2.根据权利要求1所述的重频平顶脉冲磁场发生装置，其特征在于，所述全桥电路其中一桥臂包括串联的上桥臂直流控制开关S5和下桥臂直流控制开关S6，全桥电路另一桥臂包括串联的上桥臂直流控制开关S7和下桥臂直流控制开关S8；n相半桥单元中的上桥臂直流控制开关分别为S
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，n相半桥单元中的下桥臂直流控制开关分别为S
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，与n相半桥单元的桥臂中点对应相连的滤波电感分别为L1、L2、
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；其中，在电容器充电模式中的磁体充电阶段，控制电路控制n相半桥单元中的直流控制开关S
1A
、S
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和全桥单元中的直流控制开关S5、S7导通，使低压直流电源向各滤波电感及磁体供能，为储能电容器组电压泵升储存能量；在电容器充电模式中的电容器充电阶段，控制电路控制n相半桥单元中的直流控制开关S
1A
、S
2A
、
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、S
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和全桥单元中的直流控制开关S5、S8导通，使低压直流电源、滤波电感L1、L2、
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、L
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及磁体电感所储存的能量共同向储能电容器组充能，实现储能电容器组电压泵升，为磁体重频模式中电流的快速上升储存能量；在电容器充电模式中的磁体泄能阶段，控制电路控制n相半桥单元中的直流控制开关S
1A
、S
2A
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、S
nA
关断，全桥单元中直流控制开关S5、S8导通，当全桥单元中的直流控制开关S6、S7的内部续流二极管承受反压截止时，低压直流电源停止供能，将滤波电感L1、L2、
…
、L
n
及磁体电感所储存的剩余能量全部充电至储能电容器组。3.根据权利要求2所述的重频平顶脉冲磁场发生装置，其特征在于，m条串联支路中的储能电容分别为C1、C2、
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，m条串联支路中的换流开关分别为S
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、S
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；所述储能电容器组采用顺序充电方式，所述顺序充电方式为：首先导通换流开关S
c1
，关断换流开关S
c2
、S
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、S
cm
，使低压直流电源向储能电容C1充电，在检测电路检测到储能电容C1电压到达阈值后，关断换流开关S
c1
，导通换流开关S
c2
，重复上述过程，使得检测电路检
测储能电容C2电压，依次类推至完成储能电容器组充电。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张绍哲，樊俊显，韩小涛，杨春辉，姜涛，梁嘉豪，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：