超高磁场核磁图像具备超高分辨率和信噪比,已成为探索生命科学和物质科学的重要手段。超导磁体是核磁共振设备（Magnetic Resonance Imaging,MRI）的核心,是提供成像主磁场的必要条件。磁体电源和失超保护系统是超导磁体的重要部件,二者协同配合以保障超导磁体稳定运行。针对此,论文设计并研制出磁体电源和失超保护系统,对磁体电源中双有源桥变换器（Dual-Active-Brideg,DAB）和失超保护中关键部件展开研究。主要研究工作如下:开展7TMRI超导磁体电源样机设计与研制。基于磁体电源性能要求即输出可调可控性、高功率密度性、能量可回馈电网性,架构了磁体电源设计准则和技术方案。重点设计了磁体电源中间级DAB变换器,搭建了实验样机。研制出磁体电源整体样机,带载测试了电源性能,测试结果满足设计要求。所研磁体电源是国内鲜有的高功率密度、能量可回馈电网的10 kW功率等级超导磁体电源,为该类型超导磁体电源的研制提供了借鉴和参考。磁体电源功率突变时,DAB变换器会出现偏置电流,导致变压器偏磁,可能引起磁芯饱和,造成电源故障。针对这一隐患,开展磁体电源DAB变换器偏置电流的分析和研究。探究了偏置电流形成机理,定量分析了偏置电流与功率突变之间的映射关系,提出了优化控制策略。实验验证了偏置电流理论分析的合理性,表明了优化策略抑制了偏磁的可行性。将偏置电流理论校核磁芯饱和裕度,分析得出磁芯仍有安全裕量,变换器可安全运行,磁体电源亦能正常工作。磁体电源运行在低功率区间,DAB变换器MOS管为硬开通,产生了开关损耗,导致温升增加,效率降低。针对这一问题,开展磁体电源DAB变换器软开关策略的研究。量化了零电压开通（软开关）所需的最小电感能量,以电流峰值最小为目标,结合运行模态、零电压开通约束条件,分析求解出优化控制策略。实验结果表明了在低功率区间,MOS管实现了零电压开通。将优化策略应用到电源样机中,测试表明,磁体电源温升降低,效率提高（输出20 V/40A时,温升降低29℃,效率提高3%）。开展MRI超导磁体失超保护系统的设计与分析。超导磁体线圈分段,能有效地限制端电压,抑制热量积聚,避免失超线圈的损伤。初步设计了 MRI失超保护系统。因超导磁体仍在装配,以结构类似的15 T/78 mm孔径螺管超导磁体为研究对象,设计出失超保护系统。开展了 16次失超锻炼测试,结果表明了失超保护系统的有效性。分析了线圈失超时序;计算了储能在组件中的泄放量,并以线圈温升实测值校核了计算结果的可靠性。开展失超保护系统关键部件的研究。二极管和超导开关组件,处于4.2K温区及0-3 T杂散磁场的工况中下,其特性直接关系到失超保护系统的可靠性。搭建了二极管性能测试平台,测试并表征了二极管在低温区磁场环境中的特性。研制了 NbTi超导开关,研究了失超电阻与加热功率之间的映射关系。研究成果为失超保护系统的分析和设计提供了关键性能参数,进一步保障了超导磁体运行的可靠性。磁体电源和失超保护系统是高场超导磁体运行的重要保障。本文以磁体电源和失超保护系统为对象,开展相关的设计与研制工作,并对关键部件开展研究,以提升磁体运行的可靠性。本文的研究成果为超导磁体的稳定、可靠运行提供了重要支撑,并为未来的性能优化提供了借鉴和参考。