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当前很多前沿科学研究如NMR,MRI等对磁场强度和磁场稳定度的要求越来越高,而稳态强磁场因为投资,功耗及散热等问题限制了磁场强度的提高。因此脉冲平顶磁场成了研究和发展的新方向。国家脉冲强磁场科学中心(筹)研制了基于蓄电池电源系统的高稳定度脉冲平顶磁场控制装置,能够实现极高磁场稳定度的脉冲平顶磁场。 本文对蓄电池电源系统的放电特性及旁路分流实现脉冲平顶磁场的方案进行分析,完成对高稳定度脉冲平顶磁场控制装置(基于IGBT-PWM控制的无源旁路装置)的方案设计及实现。详细阐述高稳定度脉冲平顶磁场装置的工作原理并脉冲平顶磁场电源系统建模分析,根据仿真结果进行元器件的参数设计和元件选型,对装置的控制系统和控制策略进行分析,完成装置的搭建和调试。 对搭建的高稳定度脉冲平顶磁场控制装置进行各种实验调试研究,包括单支路IGBT模块的测试实验,每个支路都完成检测并满足设计要求;旁路装置开环时系统放电调试,检测装置在固定占空比和模拟PI可变占空比条件下能否正常工作,探索最可靠的控制策略;最后进行装置闭环放电调试,实现不同磁场强度的多种脉冲平顶磁场,并进行脉冲平顶磁场重复性和可靠性测试。经过实验调试研究,高稳定度脉冲平顶磁场装置能够稳定可靠地实现脉冲平顶磁场,目前实现最高稳定度100ppm的脉冲平顶磁场,以及最高磁场强度25.6T的平顶磁场。 对装置研制和调试过程中发现的主回路晶闸管直流开关关断尖峰电压问题进行大量实验分析,最终通过在主晶闸管开关并联RCD支路,有效地限制了尖峰电压,确保系统的安全可靠运行。 最后对装置目前存在的局限性进行分析,提出装置未来优化升级方案。