【摘 要】
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脉冲强磁场作为现代科学研究中的一种极端实验条件,为凝聚态物理学、化学、材料科学等学科研究提供了特殊的实验环境,同时也广泛应用于回旋管太赫兹源、电磁成形、整体充磁等工程领域。随着脉冲电源、磁体以及控制技术的快速发展,脉冲强磁场装置正在逐步实现小型化与集成化。为此,国家脉冲强磁场科学中心研制了基于电容器型电源的集成式脉冲强磁场装置,能够实现单脉冲放电、连续脉冲放电等磁场波形。本文首先给出了脉冲磁体的等
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脉冲强磁场作为现代科学研究中的一种极端实验条件,为凝聚态物理学、化学、材料科学等学科研究提供了特殊的实验环境,同时也广泛应用于回旋管太赫兹源、电磁成形、整体充磁等工程领域。随着脉冲电源、磁体以及控制技术的快速发展,脉冲强磁场装置正在逐步实现小型化与集成化。为此,国家脉冲强磁场科学中心研制了基于电容器型电源的集成式脉冲强磁场装置,能够实现单脉冲放电、连续脉冲放电等磁场波形。本文首先给出了脉冲磁体的等效电路与放电过程中的参数变化模型,并基于电容器型电源设计了集成式脉冲强磁场装置的主电路拓扑。在此基础上,详细阐述了脉冲电源系统的工作原理,根据脉冲磁体参数对电源系统的主要元器件进行了参数设计和选型。最后,基于主电路拓扑建立了电路仿真模型,仿真分析结果表明,所设计的120 k J/10 k V脉冲电源系统最大放电电流为37.7 k A,可实现不超过30 T的脉冲磁场。针对集成式脉冲强磁场装置的控制系统需求,本文提出了基于EPICS（Experimental Physics and Industrial Control System）的控制系统架构,主要由DSP（Digital Siginal Processor）设备控制器和EPICS控制软件系统组成。DSP设备控制器主要实现主电路的设备控制、状态监视以及数据采集功能;EPICS软件系统与设备控制器通讯,负责整个装置的实验流程控制,并提供了OPI操作界面。为解决重复搭建EPICS IOC环境的问题,本文提出了一种使用Docker容器技术的EPICS软件运行方法。在上述工作基础上,本文完成了集成式脉冲强磁场装置的搭建与调试。开展了充电电压、晶闸管驱动波形、高低压充放电以及磁场波形重复性等一系列测试实验,验证了所设计脉冲电源及控制系统的有效性、可靠性,满足集成式脉冲强磁场装置的设计需求。
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