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一種平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置及平頂脈沖電流產(chǎn)生裝置制造方法

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一種平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置及平頂脈沖電流產(chǎn)生裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置及平頂脈沖電流產(chǎn)生裝置,其中平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置包括變壓器,由變壓器的原邊線圈、第一電容器、第一開(kāi)關(guān)和磁體依次串聯(lián)構(gòu)成的第一回路,以及由變壓器的副邊線圈、第二電容器和第二開(kāi)關(guān)依次串聯(lián)構(gòu)成的第二回路;第一回路還包括并聯(lián)在第一電容器兩端的第一續(xù)流回路;第二回路還包括并聯(lián)在第二電容器兩端的第二續(xù)流回路。第一續(xù)流回路包括依次連接在第一電容器兩端的第一電阻和第一單向?qū)ㄔ?。第二續(xù)流回路包括依次連接在第二電容器兩端的第二電阻和第二單向?qū)ㄔ?。本?shí)用新型通過(guò)電壓器原副邊線圈的耦合作用產(chǎn)生平頂電流/磁場(chǎng),具有造價(jià)低,工藝簡(jiǎn)單、電路控制便捷、平頂電流/磁場(chǎng)無(wú)紋波的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置及平頂脈沖電流產(chǎn)生裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于強(qiáng)磁場(chǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】,更具體地,涉及一種平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置及平頂脈沖電流產(chǎn)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)軌型電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已成為電磁發(fā)射領(lǐng)域的熱點(diǎn),采用固體電樞的導(dǎo)軌型電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在工作過(guò)程中,固體電樞的滑行性能與其自身的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、材料特性有關(guān)外,還有脈沖電流的輸出波形相關(guān)。為了使固體電樞能夠承受更高的充放電能量,達(dá)到更高的出口速度,電磁發(fā)射中應(yīng)盡可能按照平頂原則對(duì)輸出的脈沖電流進(jìn)行調(diào)制。同時(shí),平頂電流也有利于固體電樞與導(dǎo)軌良好的接觸,電樞的滑行性能將表現(xiàn)得更好。
[0003]導(dǎo)軌型電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出的脈沖電流通常由多個(gè)單脈沖按照出發(fā)時(shí)序疊加而成,其波形的調(diào)制是利用脈沖形成網(wǎng)絡(luò)(PFN)實(shí)現(xiàn)的,通過(guò)調(diào)整PFN參數(shù)來(lái)獲得不同的輸出波形。本實(shí)用新型提出一種產(chǎn)生平頂脈沖電流的新方案,為電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中脈沖電源的設(shè)計(jì)提供了一種新方法,也有望運(yùn)用于其他需要平頂脈沖電流的場(chǎng)合。
[0004]強(qiáng)磁場(chǎng)已成為現(xiàn)代科學(xué)研究中一種極為重要的實(shí)驗(yàn)條件。除了磁場(chǎng)強(qiáng)度之外,脈沖波形和磁場(chǎng)穩(wěn)定度也是關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)參數(shù),特別是對(duì)于比熱測(cè)量、核磁共振等科學(xué)實(shí)驗(yàn)。因此,平頂脈沖磁場(chǎng)的概念被提出并取得很大的進(jìn)展。
[0005]脈沖發(fā)電機(jī)通過(guò)整流器對(duì)磁體放電是產(chǎn)生平頂脈沖磁場(chǎng)的一種理想電源,其具有儲(chǔ)能大、輸出電流波形可通過(guò)整流器觸發(fā)角控制的特點(diǎn)。美國(guó)國(guó)家強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室(NHMFL)采用1430MVA/650MJ的脈沖發(fā)電機(jī)產(chǎn)生了不同形狀的磁場(chǎng)波形,其中包括60T/100ms的平頂磁場(chǎng)??茖W(xué)家在此平頂磁場(chǎng)下進(jìn)行了比熱測(cè)量實(shí)驗(yàn),并取得了極好的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。2012年,武漢國(guó)家脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心(籌)的100MVA/100MJ脈沖發(fā)電機(jī)和配套的整流器系統(tǒng)投入運(yùn)行,此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 50T/100ms的平頂磁場(chǎng)。為實(shí)現(xiàn)更高穩(wěn)定度的磁場(chǎng),武漢國(guó)家脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心(籌)開(kāi)發(fā)了蓄電池型脈沖電源,通過(guò)加入可控的旁路系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定度達(dá)IOOppm的25T/400ms平頂脈沖磁場(chǎng)。
[0006]雖然脈沖發(fā)電機(jī)和蓄電池型電源能用于產(chǎn)生平頂脈沖磁場(chǎng),但是其整流系統(tǒng)或旁路系統(tǒng)帶來(lái)的紋波卻無(wú)法通過(guò)濾波器完全消除,部分科學(xué)實(shí)驗(yàn)的信號(hào)測(cè)量會(huì)受到這些紋波的干擾;相反,電容器電源放電產(chǎn)生的脈沖波形是相當(dāng)平滑的。如果脈沖波形的脈寬很長(zhǎng),那么峰值時(shí)刻附近一段時(shí)間內(nèi)的磁場(chǎng)可看成是近似穩(wěn)定的?;诖?,德累斯頓強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室(HLD)開(kāi)發(fā)了電容器電源驅(qū)動(dòng)的60T長(zhǎng)脈沖磁體。為了增大磁體的電感從而得到較大的時(shí)間常數(shù),該磁體由26層銅導(dǎo)線繞制而成,裝配后磁體總質(zhì)量超過(guò)1200kg,為了給該磁體供電,使用了高達(dá)43MJ的電容儲(chǔ)能。目前,此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 55.2T的峰值磁場(chǎng),脈寬達(dá)1500ms,在約70ms的時(shí)間里,磁場(chǎng)的波動(dòng)穩(wěn)定在±1T內(nèi)。該磁體產(chǎn)生的平頂磁場(chǎng)已運(yùn)用于比熱測(cè)量和核磁共振實(shí)驗(yàn)。由于體積龐大,此系統(tǒng)一個(gè)顯著的缺點(diǎn)是其冷卻時(shí)間長(zhǎng)達(dá)8小時(shí)。
[0007]總體來(lái)說(shuō),目前世界上的平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置有以下幾個(gè)方面的缺點(diǎn):(I)電源系統(tǒng)的建造成本高;(2)磁體的體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,磁體的冷卻時(shí)間長(zhǎng);(3)脈沖發(fā)電機(jī)和蓄電池供電的平頂裝置需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求,本實(shí)用新型提供了一種平頂脈沖電流及磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置,其目的在于產(chǎn)生無(wú)紋波的平頂磁場(chǎng),由此解決產(chǎn)生平頂脈沖磁場(chǎng)需要脈沖發(fā)電機(jī)、蓄電池組或高儲(chǔ)能電容器等電源,需要設(shè)計(jì)和建造體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的磁體等技術(shù)問(wèn)題。
[0009]本實(shí)用新型提供了一種平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置,包括變壓器,由所述變壓器的原邊線圈、第一電容器、第一開(kāi)關(guān)和磁體依次串聯(lián)構(gòu)成的第一回路,以及由所述變壓器的副邊線圈、第二電容器和第二開(kāi)關(guān)依次串聯(lián)構(gòu)成的第二回路。
[0010]更進(jìn)一步地,所述第一回路還包括并聯(lián)在所述第一電容器兩端的第一續(xù)流回路;所述第二回路還包括并聯(lián)在所述第二電容器兩端的第二續(xù)流回路。
[0011]更進(jìn)一步地,所述第一續(xù)流回路包括依次連接在所述第一電容器兩端的第一電阻和第一單向?qū)ㄔ?br> [0012]更進(jìn)一步地,所述第一單向?qū)ㄔ榈谝欢O管,所述第一二極管的陰極與所述第一電容器與所述第一開(kāi)關(guān)的連接端連接,所述第一二極管的陽(yáng)極通過(guò)所述第一電阻與所述第一電容器與所述變壓器的連接端連接。
[0013]更進(jìn)一步地,所述第二續(xù)流回路包括依次連接在所述第二電容器兩端的第二電阻和第二單向?qū)ㄔ?br> [0014]更進(jìn)一步地,所述第二單向?qū)ㄔ榈诙O管,所述第二二極管的陽(yáng)極與所述第二電容器與所述第二開(kāi)關(guān)的連接端連接,所述第二二極管的陰極通過(guò)所述第二電阻與所述第二電容器與所述變壓器的連接端連接。
[0015]更進(jìn)一步地,所述第一回路中第一電流I1的脈寬大于所述第二回路中第二電流I2的脈寬。
[0016]更進(jìn)一步地,所述變壓器為空心變壓器。
[0017]本實(shí)用新型還提供了一種平頂脈沖電流產(chǎn)生裝置,包括變壓器,由所述變壓器的原邊線圈、第一電容器和第一開(kāi)關(guān)依次串聯(lián)構(gòu)成的第一回路,以及由所述變壓器的副邊線圈、第二電容器和第二開(kāi)關(guān)依次串聯(lián)構(gòu)成的第二回路。
[0018]更進(jìn)一步地,所述第一回路還包括并聯(lián)在所述第一電容器兩端的第一續(xù)流回路;所述第二回路還包括并聯(lián)在所述第二電容器兩端的第二續(xù)流回路。
[0019]本實(shí)用新型相比于其他平頂裝置,具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)該裝置磁體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小,避免了高儲(chǔ)能電源的使用,所以其磁體冷卻時(shí)間更短、整體造價(jià)更低;(2)裝置不需使用整流器、旁路電路或任何有源補(bǔ)償設(shè)備,所以產(chǎn)生的磁場(chǎng)無(wú)紋波,能減少對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)信號(hào)測(cè)量的干擾;(3)由于電容器幾乎是大部分脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)配置,且該系統(tǒng)對(duì)磁體無(wú)額外要求,因此本裝置可在各大脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室使用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖;
[0021]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的放電過(guò)程中裝置第一回路的等效電路圖;[0022]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的平頂脈沖電流產(chǎn)生裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖;
[0023]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置的電流仿真結(jié)果;
[0024]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置的磁場(chǎng)測(cè)試結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實(shí)施例,對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型,并不用于限定本實(shí)用新型。此外,下面所描述的本實(shí)用新型各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0026]本實(shí)用新型屬于電磁裝置,更具體地涉及了 一種平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置和平頂脈沖電流產(chǎn)生裝置,平頂電流有望運(yùn)用于電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等需要平頂大脈沖電流的場(chǎng)合,平頂磁場(chǎng)則可用于核磁共振和比熱測(cè)量等科學(xué)實(shí)驗(yàn)。
[0027]脈沖磁場(chǎng)是指利用脈沖電流流過(guò)線圈繞組在線圈空間產(chǎn)生的磁場(chǎng),其脈寬在毫秒至數(shù)秒之間,脈沖磁場(chǎng)波形通常只包含不可控的磁場(chǎng)上升階段和下降階段。平頂脈沖磁場(chǎng)則是指通過(guò)加入電路控制使得脈沖磁場(chǎng)在一段時(shí)間內(nèi)維持相對(duì)穩(wěn)定并具有一定穩(wěn)定度的磁場(chǎng)。
[0028]本實(shí)用新型提出了一種產(chǎn)生平頂脈沖電流/磁場(chǎng)的新方法,目的在于產(chǎn)生無(wú)紋波的平頂電流/磁場(chǎng);其具有造價(jià)低,工藝簡(jiǎn)單、電路控制便捷、平頂電流/磁場(chǎng)無(wú)紋波、可用于常規(guī)磁體等特點(diǎn)。
[0029]圖1示出了本實(shí)用新型實(shí)施例提供的平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu),為了便于說(shuō)明,僅示出了與本實(shí)用新型實(shí)施例相關(guān)的部分,詳述如下:
[0030]平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置包括變壓器5,由變壓器5的原邊線圈、第一電容器3a、第一開(kāi)關(guān)6a和磁體4依次串聯(lián)構(gòu)成的第一回路1,以及由變壓器5的副邊線圈、第二電容器3b和第二開(kāi)關(guān)6b依次串聯(lián)構(gòu)成的第二回路2。
[0031]在本實(shí)用新型實(shí)施例中,第一回路I還包括并聯(lián)在第一電容器3a兩端的第一續(xù)流回路7a ;第二回路2還包括并聯(lián)在第二電容器3b兩端的第二續(xù)流回路7b。
[0032]其中,第一續(xù)流回路7a包括依次連接在第一電容器3a兩端的第一電阻和第一單向?qū)ㄔ?。作為本?shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例,第一單向?qū)ㄔ梢詾榈谝欢O管D1,第一二極管Dl的陰極與第一電容器3a與第一開(kāi)關(guān)6a的連接端連接,第一二極管Dl的陽(yáng)極通過(guò)第一電阻與第一電容器3a與變壓器5的連接端連接。
[0033]其中,第二續(xù)流回路7b包括依次連接在第二電容器3b兩端的第二電阻和第二單向?qū)ㄔ?。作為本?shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例,第二單向?qū)ㄔ梢詾榈诙O管D2,第二二極管D2的陽(yáng)極與第二電容器3b與第二開(kāi)關(guān)6b的連接端連接,第二二極管D2的陰極通過(guò)第二電阻與所述第二電容器3b與變壓器5的連接端連接。
[0034]在本實(shí)用新型實(shí)施例中,第一回路I中第一電流I1的脈寬大于第二回路2中第二電流I2的脈寬。
[0035]在本實(shí)用新型實(shí)施例中,平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置包括兩個(gè)由變壓器原副邊線圈耦合起來(lái)的電路;其中第一回路的電流脈寬較長(zhǎng),而第二回路的電流脈寬較短;其中變壓器原邊線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓方向與第一回路電容器電壓方向相反,在第一回路電流上升沿的適當(dāng)時(shí)刻觸發(fā)第二回路,此時(shí)原邊線圈感應(yīng)電壓為正值,第一回路不斷增大的電流受到抑制;而在電流的下降沿,感應(yīng)電壓變?yōu)樨?fù)值,第一回路電流的下降得到補(bǔ)償;配置合適的電路參數(shù),使得第一回路的電流在一段時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定,從而得到平頂電流/磁場(chǎng)。本實(shí)用新型通過(guò)電壓器原副邊線圈的耦合作用產(chǎn)生平頂電流/磁場(chǎng),具有造價(jià)低,工藝簡(jiǎn)單、電路控制便捷、平頂電流/磁場(chǎng)無(wú)紋波的特點(diǎn)。
[0036]在本實(shí)用新型實(shí)施例中,根據(jù)平頂持續(xù)時(shí)間,結(jié)合現(xiàn)有的電容器規(guī)模確定電容器的配置;再根據(jù)平頂磁場(chǎng)強(qiáng)度,使用Matlab的Simulink模塊仿真確定電容器的充電電壓和回路的觸發(fā)時(shí)間間隔。
[0037]在本實(shí)用新型實(shí)施例中,平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置采用了空心變壓器進(jìn)行電路的耦合??招淖儔浩鞯慕Y(jié)構(gòu)與雙線圈磁體的結(jié)構(gòu)類似,外線圈為原邊線圈,內(nèi)線圈為副邊線圈;或者外線圈為副原邊線圈,內(nèi)線圈為原邊線圈;其具有耦合系數(shù)高,承受大電流而電磁力小、溫升低的特點(diǎn),可工作在室溫條件下。
[0038]在本實(shí)用新型實(shí)施例中,可以采用單個(gè)或多個(gè)電容器模塊,來(lái)調(diào)整兩個(gè)回路電流的脈沖寬度,從而實(shí)現(xiàn)特定持續(xù)時(shí)間的平頂脈沖電流/磁場(chǎng)。
[0039]在脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)技術(shù)中,電容器放電具有速度快,電流大的特點(diǎn),所以其放電電流通常認(rèn)為是不可控的。本實(shí)用新型裝置創(chuàng)新地提出通過(guò)變壓器耦合,采用電容器放電產(chǎn)生感應(yīng)電壓來(lái)調(diào)控電容器的放電電流,裝置具有下列若干優(yōu)點(diǎn):相比于其他平頂裝置,該裝置一是磁體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小,避免了高儲(chǔ)能電源的使用,所以其磁體冷卻時(shí)間更短、整體造價(jià)更低;二是裝置不需使用整流器、旁路電路或任何有源補(bǔ)償設(shè)備,所以產(chǎn)生的磁場(chǎng)無(wú)紋波,能減少對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)信號(hào)測(cè)量的干擾;三是由于電容器幾乎是大部分脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)配置,且該系統(tǒng)對(duì)磁體無(wú)額外要求,因此本裝置可在各大脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室使用;最后,采用本裝置提出的方法,有望產(chǎn)生60T以上的平頂脈沖磁場(chǎng)。為了更進(jìn)一步的說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例提供的平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置,現(xiàn)參照附圖并結(jié)合具體實(shí)施例詳述如下:
[0040]如圖1所示,本實(shí)用新型由第一回路和第二回路構(gòu)成,第一回路11包括:由電容器3a、開(kāi)關(guān)6a、磁體4和變壓器5的原邊線圈依次串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)回路以及并聯(lián)在電容器3a兩端的續(xù)流回路7a ;其中續(xù)流回路7a的作用是增加第一回路中電流Il的脈寬,同時(shí)避免電容器3a承受過(guò)高的反壓;續(xù)流回路7a包括電阻Rl和二極管D1,二極管Dl的陰極與電容器3a與開(kāi)關(guān)6a的連接端連接;二極管Dl的陽(yáng)極與電阻Rl的一端連接,電阻Rl的另一端與電容器3a和變壓器5的連接端連接。
[0041]第二回路12包括:由電容器3b、變壓器5的副邊線圈和開(kāi)關(guān)6b依次串聯(lián)構(gòu)成的回路以及并聯(lián)在電容器3b兩端的續(xù)流回路7b ;;其中續(xù)流回路7b的作用是增加第二回路中電流I2的脈寬,同時(shí)避免電容3b承受過(guò)高的反壓;續(xù)流回路7b包括電阻R2和二極管D2,二極管D2的陽(yáng)極與電容3b與變壓器5的連接端連接,二極管D2的陰極與電阻R2的一端連接,電阻R2的另一端與電容3b和開(kāi)關(guān)6b的連接端連接。
[0042]第一回路11中電流I1的脈寬大于第二回路12中電流I2的脈寬。
[0043]電容器3a、3b的容值參數(shù)根據(jù)需要選擇,可以采用多個(gè)固定容值的電容器模塊并聯(lián);
[0044]在本實(shí)用新型實(shí)施例中,平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置的工作方式如下:
[0045]準(zhǔn)備階段:將磁體4浸入液氮冷卻至77K,通過(guò)測(cè)量磁體4的電阻的阻值變化來(lái)監(jiān)測(cè)磁體4的冷卻過(guò)程;對(duì)電容器3a、3b進(jìn)行充電至設(shè)定電壓值。設(shè)定電壓值是根據(jù)待產(chǎn)生的平頂磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)確定。
[0046]第一回路11放電:閉合開(kāi)關(guān)6a,電容器組3a對(duì)磁體放電,第一回路11中的電流Il逐漸上升。
[0047]第二回路12放電:根據(jù)設(shè)置的電路觸發(fā)延時(shí),在第一回路11電流的上升沿時(shí),閉合開(kāi)關(guān)6b,電容器3b開(kāi)始放電,第二回路中的電流快速上升,此時(shí)第一回路的等效電路如圖2所示。第二回路12中快速上升的電流產(chǎn)生一個(gè)突然增大的磁通,根據(jù)楞次定律,第一回路11將產(chǎn)生感應(yīng)電壓阻止磁通的增大。由于此感應(yīng)電壓方向和電容器3a電壓方向相反,因此第一回路11中電流的上升受到抑制;而在電流的下降沿,感應(yīng)電壓變?yōu)樨?fù)值,第二回路12下降的電流將補(bǔ)償?shù)谝换芈?1電流的下降。配置合適的電路參數(shù),使得第一回路11的電流在一段時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定,從而產(chǎn)生平頂電流/磁場(chǎng)。
[0048]磁體4冷卻:使用恒流源和納伏表測(cè)量磁體放電后的電阻變化,監(jiān)測(cè)磁體的冷卻過(guò)程。在磁體冷卻至77K后,根據(jù)電流/磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果調(diào)整電容器組的充電電壓和電路的觸發(fā)延時(shí),得到理想的平頂電流/磁場(chǎng)。
[0049]本實(shí)用新型通過(guò)測(cè)量磁體放電后的電阻變化,監(jiān)測(cè)磁體的冷卻過(guò)程,從而保證各次實(shí)驗(yàn)前磁體的初始狀態(tài)一致。
[0050]本實(shí)用新型還提供了一種平頂脈沖電流產(chǎn)生裝置,如圖3所示,平頂脈沖電流產(chǎn)生裝置包括變壓器5,由變壓器5的原邊線圈、第一電容器3a和第一開(kāi)關(guān)6a依次串聯(lián)構(gòu)成的第一回路21,以及由所述變壓器5的副邊線圈、第二電容器3b和第二開(kāi)關(guān)6b依次串聯(lián)構(gòu)成的第二回路22。
[0051]作為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例,第一回路21還包括并聯(lián)在所述第一電容器3a兩端的第一續(xù)流回路7a ;所述第二回路22還包括并聯(lián)在所述第二電容器3b兩端的第二續(xù)流回路7b。
[0052]本實(shí)用新型提供的平頂脈沖電流產(chǎn)生裝置與上述平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置相比,在第一回路中缺少了磁體4,其它都沒(méi)變,因此在此不再贅述。
[0053]本實(shí)用新型提供的平頂脈沖電流產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的平頂電流要比脈沖形成網(wǎng)絡(luò)(PFN)產(chǎn)生的電流穩(wěn)定度更高,因此可達(dá)到更高的出口速度、更好的電樞滑行性能。
[0054]為了更進(jìn)一步的說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例提供的平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置能夠產(chǎn)生無(wú)紋波的平頂磁場(chǎng),現(xiàn)通過(guò)實(shí)例詳述如下:
[0055]第一回路11:電容器3a的容值為22.4mF、續(xù)流電阻Rl的阻值為0.04 Ω、磁體4的電感值3.49mH、磁體4的電阻值為49.6m Ω (77K)/223.2m Ω (300Κ)、磁體4的磁場(chǎng)電流比377Α/Τ、線路電感0.2mH、線路電阻20m Ω。
[0056]第二回路12:電容器3b的容值為12.8mF、續(xù)流電阻R2的阻值為0.08 Ω、線路電感0.2mH、線路電阻20ι?Ω。
[0057]變壓器5:原邊線圈的阻值為34.78m Ω、原邊線圈的電感值為1.59mH、副邊線圈的電阻值為37m Ω、副邊線圈的電感值為1.81mH、互感值為1.60mH。
[0058]仿真得到的回路電流及磁場(chǎng)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4、圖5。如圖4所示,在無(wú)第二回路12的作用時(shí),第一回路11中的電流I1為典型的脈沖波形,包含上升和下降兩個(gè)階段;而在設(shè)定的延時(shí)時(shí)刻觸發(fā)第二回路12后,第一回路11中的電流I1將包含一個(gè)持續(xù)時(shí)問(wèn)7ms左右的平頂階段。圖5所示是測(cè)量得到的不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下的平頂脈沖磁場(chǎng)波形。以41.4T的平頂磁場(chǎng)為例,仿真得到的電容器3a、3b的充電電壓分別為10.58kV、5.8kV,觸發(fā)延時(shí)為
8.78ms ;實(shí)際測(cè)試中電容器3a、3b的充電電壓分別為10.58kV、6.17kV,觸發(fā)延時(shí)為8.6ms,對(duì)比可以看到仿真數(shù)據(jù)和測(cè)試結(jié)果吻合的很好。本裝置采用Simulink仿真為實(shí)驗(yàn)測(cè)試提供電容器充電電壓和觸發(fā)延時(shí)這兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù),可以有效地減少實(shí)驗(yàn)次數(shù),相比于采用脈沖發(fā)電機(jī)和蓄電池供電的平頂裝置,本裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需額外控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。
[0059]本實(shí)用新型通過(guò)仿真模擬,為兩個(gè)回路選取合適的電源模塊配置,保證兩個(gè)回路的時(shí)間常數(shù)匹配,使裝置可用于不同的脈沖磁體或者其他負(fù)載。
[0060]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解,以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已,并不用以限制本實(shí)用新型,凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置,其特征在于,包括變壓器(5),由所述變壓器(5)的原邊線圈、第一電容器(3a)、第一開(kāi)關(guān)(6a)和磁體(4)依次串聯(lián)構(gòu)成的第一回路(11),以及由所述變壓器(5)的副邊線圈、第二電容器(3b)和第二開(kāi)關(guān)(6b)依次串聯(lián)構(gòu)成的第二回路(12)。
2.如權(quán)利要求1所述的平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置,其特征在于,所述第一回路(11)還包括并聯(lián)在所述第一電容器(3a)兩端的第一續(xù)流回路(7a);所述第二回路(12)還包括并聯(lián)在所述第二電容器(3b)兩端的第二續(xù)流回路(7b)。
3.如權(quán)利要求2所述的平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置,其特征在于,所述第一續(xù)流回路(7a)包括依次連接在所述第一電容器(3a)兩端的第一電阻和第一單向?qū)ㄔ?br> 4.如權(quán)利要求3所述的平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置,其特征在于,所述第一單向?qū)ㄔ榈谝欢O管D1,所述第一二極管Dl的陰極與所述第一電容器(3a)與所述第一開(kāi)關(guān)(6a)的連接端連接,所述第一二極管Dl的陽(yáng)極通過(guò)所述第一電阻與所述第一電容器(3a)與所述變壓器(5)的連接端連接。
5.如權(quán)利要求2所述的平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置,其特征在于,所述第二續(xù)流回路(7b)包括依次連接在所述第二電容器(3b)兩端的第二電阻和第二單向?qū)ㄔ?br> 6.如權(quán)利要求5所述的平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置,其特征在于,所述第二單向?qū)ㄔ榈诙O管D2,所述第二二極管D2的陽(yáng)極與所述第二電容器(3b)與所述第二開(kāi)關(guān)(6b)的連接端連接,所述第二二極管D2的陰極通過(guò)所述第二電阻與所述第二電容器(3b)與所述變壓器(5)的連接端連接。
7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置,其特征在于,所述第一回路(11)中第一電流I1的脈寬大于所述第二回路(12)中第二電流I2的脈寬。
8.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的平頂脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置,其特征在于,所述變壓器(5)為空心變壓器。
9.一種平頂脈沖電流產(chǎn)生裝置,其特征在于,包括變壓器(5),由所述變壓器(5)的原邊線圈、第一電容器(3a)和第一開(kāi)關(guān)(6a)依次串聯(lián)構(gòu)成的第一回路(21),以及由所述變壓器(5)的副邊線圈、第二電容器(3b)和第二開(kāi)關(guān)(6b)依次串聯(lián)構(gòu)成的第二回路(22)。
10.如權(quán)利要求9所述的平頂脈沖電流產(chǎn)生裝置,其特征在于,所述第一回路(21)還包括并聯(lián)在所述第一電容器(3a)兩端的第一續(xù)流回路(7a);所述第二回路(22)還包括并聯(lián)在所述第二電容器(3b)兩端的第二續(xù)流回路(7b)。
【文檔編號(hào)】H02M9/04GK203660921SQ201320864885
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】李亮, 彭濤, 蔣帆, 趙健龍, 丁洪發(fā) 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)
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