高穩(wěn)定度平頂長脈沖強磁場電源系統(tǒng)的研究.pdf

1、常用的穩(wěn)態(tài)強磁場和脈沖強磁場具有各自的優(yōu)勢及其局限性：穩(wěn)態(tài)強磁場波動小、持續(xù)時間長，但場強通常低于50 T，且運行費用高昂；脈沖強磁場場強高，運行費用較低，但持續(xù)時間短，且磁場隨時間變化。具有高穩(wěn)定度平頂?shù)拈L脈沖強磁場，能夠較好地綜合穩(wěn)態(tài)和脈沖強磁場的優(yōu)勢，可以滿足材料比熱測試、高參數(shù)核磁共振等科學實驗對磁場高場強和高穩(wěn)定度的雙重要求，其研究具有重要的科學意義。
　　電源系統(tǒng)是產(chǎn)生強磁場的核心部件之一，其類型一般包括電容器型電源、

2、電感儲能型電源、脈沖發(fā)電機型電源、電網(wǎng)整流型電源等等。脈沖磁體供電方案的設計、電源參數(shù)的選型、控制策略的實施，將決定磁場的波形和質(zhì)量，從而對科學實驗研究產(chǎn)生直接的影響。因此，本文將針對一些科學實驗對強磁場高場強和高穩(wěn)定度的雙重要求，以高穩(wěn)定度平頂長脈沖強磁場電源系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)作為主要研究內(nèi)容。
　　在由電動機和發(fā)電機共軸組成的脈沖發(fā)電機型電源研究方面：建立了基于定子磁鏈定向的異步電動機等效模型，提出了將雙閉環(huán)解耦控制策略應用于轉(zhuǎn)

3、子側(cè)變頻器的方案，較好地解決了脈沖發(fā)電機由于達不到額定轉(zhuǎn)速而不能充分釋放能量的問題；分析了交流側(cè)系統(tǒng)阻抗對脈沖發(fā)電機型電源相控整流器的影響；針對交流側(cè)電纜等值電路特性可能引起的系統(tǒng)諧振問題，提出了并聯(lián)RC濾波支路以改變系統(tǒng)參數(shù)的方法來消除諧振；分析了相控整流器的輸入輸出特性，結(jié)合消除高頻諧振的要求，提出了一種分時段投切單調(diào)諧濾波器組的措施，既能夠改善相控整流器交流側(cè)電流波形，又較好地解決了僅并聯(lián)單調(diào)諧濾波器可能引起的無功倒送問題。

4、>　　在平頂長脈沖強磁場紋波抑制研究方面：針對同軸電纜雜散電容引起的高頻諧振現(xiàn)象，提出了并聯(lián)RC濾波支路的方法來消除該諧振；針對相控整流器給直流側(cè)負載帶來的紋波電流，在對直流側(cè)無源電力濾波器的方案設計、參數(shù)選擇詳細介紹的基礎上，結(jié)合消除高頻諧振的要求，提出了一種能夠有效衰減紋波的改進型組合濾波器方案；為了進一步提高磁場的穩(wěn)定度，提出了直流側(cè)并聯(lián)有源電力濾波器的濾波方案，對檢測方法、控制策略進行了詳細闡述；仿真分析驗證了該濾波方案的正確性

5、。
　　在由單線圈磁體產(chǎn)生的平頂長脈沖強磁場研究方面：首先借助專業(yè)磁體設計軟件設計了兩套單線圈準穩(wěn)態(tài)磁體；在充分考慮磁體電阻隨溫升而上升的因素上，將重復控制應用于觸發(fā)角開環(huán)、磁體電流（或磁場）閉環(huán)的復合控制策略，通過逐次減小相控整流器跟蹤誤差來實現(xiàn)高穩(wěn)定度平頂強磁場；在此基礎上，提出了一種將蓄電池組和相控整流器串聯(lián)給單線圈準穩(wěn)態(tài)磁體供電的新型供電拓撲結(jié)構(gòu)，來產(chǎn)生平頂更寬的平頂長脈沖強磁場。
　　在由雙線圈磁體產(chǎn)生的平頂長脈沖

6、強磁場研究方面：結(jié)合準穩(wěn)態(tài)磁體的設計要點，設計了一套雙線圈準穩(wěn)態(tài)磁體，闡述了雙線圈準穩(wěn)態(tài)磁體互感耦合問題；提出了采用去耦變壓器來實現(xiàn)雙線圈準穩(wěn)態(tài)磁體互感解耦的方法，在此基礎上，提出了多種與雙線圈準穩(wěn)態(tài)磁體配套的組合供電方案，包括相控整流器和電容器組合供電方案，相控整流器和蓄電池組合供電方案和兩組相控整流器的組合供電方案；提出了一種雙線圈平頂長脈沖磁場控制方法，該方法不需要串聯(lián)去耦變壓器，而是將重復控制策略應用于兩組相控整流器，使其分別輸