基于飛輪儲能的重復平頂脈沖強磁場系統(tǒng)的研究.pdf

1、重復平頂脈沖強磁場具有磁場強度高、平頂紋波系數(shù)小、重復平頂和能夠較長時間運行等優(yōu)點，在中子衍射、太赫茲輻射、磁制冷、污水處理等研究領域均有廣泛的應用空間，能夠更好地滿足一些科學實驗對于磁場的越來越高的要求，因此重復平頂脈沖強磁場將是未來磁場研究和發(fā)展的新方向之一。本文根據(jù)重復平頂脈沖強磁場的特點，并結合華中科技大學國家脈沖強磁場科學中心現(xiàn)有電源及磁體條件，選擇脈沖發(fā)電機作為電源，重點研究了重復平頂脈沖強磁場產生的實際電路設計、磁場平頂紋

2、波分析及控制策略和遠程監(jiān)控系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方案。
　　本研究在重復平頂脈沖強磁場電源系統(tǒng)設計方面，選擇了儲能高、可控性好的100MVA/185MJ脈沖發(fā)電機型電源，經串聯(lián)12脈波整流器系統(tǒng)給長脈沖磁體供電產生磁場。并設計了逆變饋能階段，在彌補飛輪脈沖發(fā)電機儲能效率低的劣勢的同時提高了能量的利用效率。在磁場平頂紋波分析及控制策略研究中，根據(jù)發(fā)電機電源特性及磁體電阻發(fā)熱模型，采用了在傳統(tǒng)PID控制的基礎上引入分段前饋加閉環(huán)的控制系統(tǒng)，保

3、持了反饋系統(tǒng)能克服多個不確定擾動和對被控制變量反饋檢驗，減少超調的同時提高了控制系統(tǒng)的跟蹤性能，增加了反應的速度與精度。分別計算出重復脈沖磁場進入平頂階段的初始觸發(fā)角以及保持平頂磁場的補償觸發(fā)角。使得重復平頂脈沖磁場能夠準確地達到磁場設定值，并快速地穩(wěn)定于平頂磁場。在重復平頂脈沖磁場的遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計方面，分析了實際設備及現(xiàn)場環(huán)境，采用了基于OPC和Profibus_DP現(xiàn)場總線的遠程控制系統(tǒng)。以MCGS為上位機監(jiān)控軟件，PLC300與

4、PLC200為主從站控制器，在MCGS與S7-300的通訊中，利用OPC服務器為中介平臺，解決了西門子產品通信協(xié)議不公開的難題，而S7-300與S7-200之間采用Profibus_DP現(xiàn)場總線技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，搭建了控制實驗平臺。實現(xiàn)了對脈沖強磁場裝置的充電、勵磁、放電、泄能等工作的遠程控制及運行狀態(tài)的實時監(jiān)控。最后，在Matlab中對放電電路及相關控制策略進行仿真驗證之后，通過實驗調試得到了5T/10T/15T/20T（80ms）的