【摘 要】
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强磁场已成为现代科学领域越来越重要的极端实验条件之一。同时,随着大功率太赫兹源、核磁共振等前沿大科学实验的发展,人们对磁场稳定度、强度和持续时间的要求也越来越高,因此同时具有高场强、高稳定度特点的平顶脉冲强磁场技术被提出并得到深入研究。为了实现高稳定度的平顶脉冲磁场,一般采用高频补偿电源与大电流主电源结合的方式,补偿电源在主电源电流（磁场）达到平顶阶段后,对其进行补偿,提高纹波水平。但现有的平顶脉
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强磁场已成为现代科学领域越来越重要的极端实验条件之一。同时,随着大功率太赫兹源、核磁共振等前沿大科学实验的发展,人们对磁场稳定度、强度和持续时间的要求也越来越高,因此同时具有高场强、高稳定度特点的平顶脉冲强磁场技术被提出并得到深入研究。为了实现高稳定度的平顶脉冲磁场,一般采用高频补偿电源与大电流主电源结合的方式,补偿电源在主电源电流（磁场）达到平顶阶段后,对其进行补偿,提高纹波水平。但现有的平顶脉冲磁场产生方案均未实现磁体负载电流交直流通路的有效分离,两电源相互耦合,控制难度大,补偿效果欠佳。本文提出了一种基于磁耦合有源补偿的高稳定度平顶磁场技术方案,该方案利用磁耦合滤波原理,使流经磁耦合变压器两侧的交流电流互相抵消,补偿磁体负载中的大部分基频交流分量;同时在耦合变压器二次侧加入补偿电源,进一步补偿磁体负载中的其他交流分量;可以实现负载电流交直流通路的有效分离,理论上可以使输出负载电流零纹波。在理论分析的基础上,本文利用MATLAB Simulink进行了仿真验证,并搭建了样机实验平台。实验平台使用本文提出的一种跨平台的综合测量控制系统,该系统充分利用FPGA、ARM、DSP等控制平台各自的优势,可以高速高精度测量磁场信息,同时可以进行电源的控制与数据的存储、实时显示。实验结果表明该系统可以实现跨平台的综合测量控制。同时样机实验实现了纹波率±0.80%的脉冲平顶电流波形,验证了本文提出的基于磁耦合的高稳定度平顶脉冲磁场实现方法的可行性和正确性。另外,在实验调试过程中存在一些问题,对这些问题进行了分析并提出了解决方法。最后,本文分析总结了相关实验结果,对目前样机中可以继续提高的部分提出了建议,为进一步提升平顶磁场的稳定度奠定了基础。
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