一种平顶脉冲磁场产生装置、方法、介质、设备及终端

1.本发明属于强磁场脉冲功率技术领域，尤其涉及一种平顶脉冲磁场产生装置、方法、介质、设备及终端。


背景技术：

2.目前，随着科技的飞速发展，脉冲强磁场作为一种极端的实验环境，已经成为基础前沿科学研究中必不可少的研究条件。比热测量、核磁共振、大功率回旋管太赫兹源等众多科学实验和前沿技术不但对磁场强度和磁场稳定度有极高要求，同时磁场持续时间越长越有利于科学研究的实现。平顶脉冲强磁场兼具稳态强磁场波动小、持续时间长及脉冲强磁场场强高、运行费用较低的优点。综上，提升平顶脉冲强磁场的平顶持续时间并保证其高稳定度和高场强对于基础前沿科学研究和大功率回旋管太赫兹源技术的发展具有重要意义。
3.目前，世界上引领平顶磁场研究的科研机构有二十多个，大多分布在欧洲、美国、日本等发达国家地区。各大强磁场实验室主要运用储能电容型、蓄电池型、脉冲发电机型作为平顶脉冲磁场的电源电路。
4.电容器型电源成本较低，结构简单，附属设施少，易于实现小型化和模块化，同时具有较高的输出电压，可以使得磁体电流迅速上升，减少了磁体在上升沿过程中的发热量，有利于延长磁体使用寿命。但是电容器本身储能密度较低，输出电压不可控，放电过程输出电压迅速跌落，难以维持平顶。中国的whmc建设完成了由22个1mj模块和2个0.8mj模块组成的电容器型电源系统，并且实现了64t/2000ppm/6ms的平顶脉冲强磁场。
5.蓄电池型电源输出电压稳定，有利于实现较长脉宽的放电，并且可以通过串并联方式提高其输出电压和电流的能力。目前，铅酸电池凭借着其稳定的性能、高倍率放电特性和较强的通用性而得到了广泛的应用。但受蓄电池输出功率限制，难以实现高场强的平顶脉冲强磁场。
6.脉冲整流器型电源为脉冲交流发电机或交流市电经变压器后对整流器供电，经整流后输出直流电压的电源，其输出能量大、输出电压可调，因此可实现长时间稳压。以脉冲发电机供电为例，目前国际上只有美国lanl和中国的whmfc各拥有一台脉冲发电机。whmfc使用100mw/100mj的脉冲发电机及两套67.5mw的12脉波整流器对双线圈磁体放电得到了50t/100ms/4000ppm的平顶脉冲强磁场，但对磁体的放电控制和时序提出来很高的要求。
7.总体来看，目前已有的平顶脉冲强磁场电源方案尚且存在一些不足，难以产生同时具备高场强、高稳定度、长平顶脉宽等优势的平顶脉冲强磁场。
8.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
9.(1)现有的单电容器型电源的优点在于输出功率没有限制，但是其本身储能密度较低，输出电压不可控，放电过程输出电压迅速跌落，难以维持平顶。
10.(2)脉冲发电机型电源输出电压可控，在储能足够的情况下可以通过调控输出电压产生多种脉冲波形，但是脉冲发电机本质上纹波是不可避免的，所以影响了最终磁场的稳定度，另外脉冲发电机的控制较为复杂，应用成本较高。
11.(3)蓄电池电源兼具脉冲发电机型电源储能高和电容器电源无纹波的优点，较为适合产生长脉冲磁场，但由于其输出功率较低，磁场上升时间长，在电流上升过程中磁体发热严重，影响磁体使用寿命。
12.(4)综上所述，目前已有的平顶脉冲强磁场电源方案尚且存在不足，难以产生同时具有高场强、高稳定度、长平顶脉宽等优势的平顶脉冲强磁场。


技术实现要素：

13.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种平顶脉冲磁场产生装置、方法、介质、设备及终端，尤其涉及一种基于双线圈磁体的平顶脉冲磁场产生装置、方法、介质、设备及终端，旨在解决现有平顶磁场难以兼顾高场强、高稳定度、长平顶脉宽的问题。
14.本发明是这样实现的，一种平顶脉冲磁场产生装置，所述平顶脉冲磁场产生装置包括多个并联而成的电容器型电源、脉冲整流器型电源和双线圈磁体。
15.其中，所述电容器型电源，由电容器组及其保护电感、放电晶闸管和续流回路组成；所述电容器型电源输出端正极均与磁体外线圈的正极连接，输出端负极均与磁体外线圈的负极连接；
16.所述脉冲整流器型电源，由电源及配套的整流器组成，所述电源是脉冲发电机或市电；所述脉冲整流器型电源的整流器输出端正极与磁体内线圈的正极连接，整流器输出端负极与磁体内线圈的负极连接；
17.对磁体放电前，对电容器型电源充电储能；
18.对磁体放电时，电容器型电源对磁体外线圈供电，开始放电时，导通第一个电容器电源的触发晶闸管t，c开始放电，磁体电流上升建立磁场，达到峰值后开始下降，随后根据计算好的时序依次导通t1～tn，使得后续电容器依次放电，直至最后一个电容器放电提供电流下降沿，在外线圈上产生一个类似于多个“m”状组合而成的平顶波形；脉冲整流器电源对磁体内线圈放电，磁体电流上升建立磁场，进入平顶阶段后，将采样得到的内外线圈叠加磁场与目标磁场比较，经过逻辑控制器后利用pi控制调整脉冲整流器的导通与闭合，使得双线圈磁体产生的磁场与目标磁场保持一致；平顶阶段结束后，电容器电源上剩余能量经续流回路消耗，最终电容器电压降至零，脉冲整流器型电源输出功率逐渐降至零；所述磁体电流由磁体转换为平顶脉冲强磁场，转换系数为常数。
19.进一步，所述电容器型电源包括电容器组、触发晶闸管、续流二极管以及续流电阻。
20.其中，所述电容器组正极与触发晶闸管正极相连，电容器组负极与续流二极管正极相连，续流二极管负极经续流电阻与触发晶闸管负极相连，所述触发晶闸管的负极为电容器型电源输出的正极，所述电容器组的负极为电容器型电源输出的负极；
21.所述触发晶闸管为可编程晶闸管，触发时序通过计算得到；
22.所述电容器组需额外配备充电装置，充电电压通过计算得到。
23.进一步，当对脉冲发电机供电时，所述脉冲整流器型电源包括同轴的电动机和发电机、移相变压器、整流器和相应的控制保护辅助电路。
24.其中，所述电动机为绕线式转子三相感应电动机，额定电压为12kv，额定功率为1417kw，额定频率为60hz；
25.所述同步发电机额定输出电压为6.9kv，额定功率为100mva；
26.所述整流器系统由四台移相角分别为7.5
°
，-22.5
°
，22.5
°
和7.5
°
的移相变压器和四套六脉波整流器组成，将四个六脉波整流器两两并联，组成两个十二脉波整流器使用，两个十二脉波整流器可并联亦可串联使用，根据实际工作需要改变连接方式；
27.所述移相变压器的额定频率为80hz，工作频率范围为66～95hz，额定容量为10mva，短时容量达40mva，变压比为6.9kv/1.2kv/1kv；每个整流器支臂由四只晶闸管并联而成，整个整流器系统额定输出电流为25ka/3s，空载电压为1.6kv，满载电压为1.35kv。
28.进一步，所述平顶脉冲磁场产生装置还包括控制器以及电流传感器。
29.其中，所述电流传感器分别采集流经磁体内外线圈的电流；
30.根据所述控制器结合采样得到的电流，控制十二脉波整流器的开通和关断，从而保证线圈平顶阶段磁场的稳定度。
31.进一步，采集得到的电流值经过计算得到内外线圈叠加得到的实时场强；
32.所述电流经过系列逻辑控制电路后决定脉冲整流器的开通与关断；
33.所述控制器采用pi控制策略。
34.本发明的另一目的在于提供一种应用所述的平顶脉冲磁场产生装置的平顶脉冲磁场产生方法，所述平顶脉冲磁场产生方法包括：
35.高压电容器组按照预设的时序依次对磁体外线圈放电，使电流快速上升，随后依次导通后续电容器电源，使外线圈电流保持在一定水平，电容器型电源作为平顶磁场的基础；脉冲整流器型电源对内线圈供电，叠加磁场，得到高场强合成磁场，进入平顶阶段后，通过pi采样控制脉波整流器的开断，使得内外线圈叠加产生的磁场维持不变；放电结束后由续流回路释放磁体能量。
36.进一步，所述平顶脉冲磁场产生方法包括以下步骤：
37.步骤一，利用充电后的电容器型电源对磁体外线圈放电，使外线圈电流迅速上升，电容器型电源的初始电压和触发时间均由仿真计算得到；
38.步骤二，脉冲整流器型电源在第一组电容器投入一段时间后开始工作，此时触发角被调整为一个固定的小角度，脉冲发电机开始对磁体内线圈放电；
39.步骤三，当磁场进入平顶阶段，pi控制器开始工作，根据采样得到的内外线圈电流得到实时磁场，并以与目标磁场的差值作为pi控制器的输入；
40.步骤四，调整脉冲发电机的触发角，触发角信号经同步六脉冲发生器后决定所述四套六脉波整流器的闭合和关断，从而保证平顶阶段磁场的稳定性；
41.步骤五，平顶阶段结束后，电容器型电源输出电压缓慢下降，能量在续流回路上被消耗，整流器触发角稳定在140
°
，此时整流器输出不断下降直至零。
42.本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
43.平顶上升沿，电容器型电源和脉冲整流器型电源分别对磁体的外、内线圈放电，叠加磁场快速上升，在第一组电容器型电源放电电流达到峰值附近，电路进入平顶阶段后，电容器型电源按照设定好的时序依次放电，脉冲整流器型电源在pi控制器的控制下维持内外线圈叠加磁场与目标磁场保持一致；平顶阶段结束后，电容器内剩余能量经续流回路消耗，
脉冲整流器型电源输出功率逐渐降至零。
44.本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
45.平顶上升沿，电容器型电源和脉冲整流器型电源分别对磁体的外、内线圈放电，叠加磁场快速上升，在第一组电容器型电源放电电流达到峰值附近，电路进入平顶阶段后，电容器型电源按照设定好的时序依次放电，脉冲整流器型电源在pi控制器的控制下维持内外线圈叠加磁场与目标磁场保持一致；平顶阶段结束后，电容器内剩余能量经续流回路消耗，脉冲整流器型电源输出功率逐渐降至零。
46.本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述的平顶脉冲磁场产生装置。
47.结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
48.第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
49.本发明的双线圈外线圈和内线圈分别由电容器型电源和脉冲整流器型电源供电，解决了现有平顶磁场难以兼顾高场强、高稳定度、长平顶脉宽的问题。
50.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术方案相比，能够取得以下有益效果：
51.(1)本发明将已有的时序电容器型电源与脉冲整流器型电源相结合，利用磁场线性叠加原理在保证平顶磁场脉宽的情况下有效提升了平顶阶段的磁场场强。
52.(2)针对脉冲整流器输出电压难以快速响应的特点，通过提前计算使得平顶阶段流经磁体内外线圈的电流变化量很小，因此内外线圈的互感可以省略不计，极大简化了计算过程。
53.(3)电容器型电源有着成本低、攻略高、控制简单的优势，利用电容器电源作为合成磁场的基础可以缩短磁场上升沿时间，减小放电过程中磁体的发热，提升整体系统的效率并延长磁体使用寿命。
54.(4)将两个十二脉波整流器的接法串联使用时，脉冲整流器型电源可提供二十四脉波波形，其纹波小，保证了平顶阶段波形的稳定度。
55.第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
56.针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于双线圈磁体的平顶脉冲磁场产生装置及方法，基于双线圈磁体的平顶脉冲磁场产生装置能够产生高稳定度、高场强、长平顶脉宽的平顶脉冲磁场，解决了现有平顶脉冲磁场在平顶持续时间和平顶阶段磁场强度难以兼顾和平顶波形上升沿时间较长、系统效率低下的问题，为核磁共振、比热测量等科学实验提供必要的强磁场环境。本发明脉冲整流电源与高压电容器组结合供电可产生平顶脉冲磁场。
57.第三，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：
58.(1)本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：本方案的应用价值主要
体现在：以廉价的高压电容器电源作为主要供能电源，辅以pi控制的脉冲整流器电源，大大降低了平顶脉冲磁场电源的成本和控制难度。
59.(2)本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：目前本方案仿真所得到的平顶脉冲磁场的参数为60t、110ms、10000ppm(见补充表2)，同现有方案相比，脉冲强度、平顶脉宽时间都具有相当的优势，而稳定度可以通过调整电气参数进一步提高，因此极具潜力。
附图说明
60.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
61.图1是本发明实施例提供的平顶脉冲磁场产生方法流程图。
62.图2是本发明实施例提供的整体示意图。
63.图3是本发明实施例提供的平顶脉冲磁场产生装置结构示意图。
64.图4是本发明实施例提供的电容器模块示意图。
65.图5是本发明实施例提供的实际放电时磁场波形示意图。
66.图6是本发明实施例提供的实际放电时磁体温升示意图。
具体实施方式
67.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
68.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种平顶脉冲磁场产生装置、方法、介质、设备及终端，下面结合附图对本发明作详细的描述。
69.一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
70.实施例1
71.针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于双线圈磁体的平顶脉冲磁场产生装置及方法，所述双线圈外线圈和内线圈分别由电容器型电源和脉冲整流器型电源供电，旨在解决现有平顶磁场难以兼顾高场强、高稳定度、长平顶脉宽的问题。
72.为实现上述目的，本发明提供了一种基于双线圈磁体的平顶脉冲磁场产生方法。如图1所示，本发明实施例提供的平顶脉冲磁场产生方法包括以下步骤：
73.s101，利用充电后的电容器型电源对磁体外线圈放电，使外线圈电流迅速上升，电容器型电源的初始电压和触发时间均由仿真计算得到；
74.s102，脉冲整流器型电源在第一组电容器投入一段时间后开始工作，此时触发角被调整为固定的小角度，脉冲发电机开始对磁体内线圈放电；
75.s103，当磁场进入平顶阶段，pi控制器开始工作，根据采样得到的内外线圈电流得到实时磁场，并以与目标磁场的差值作为pi控制器的输入；
76.s104，调整脉冲发电机的触发角，触发角信号经同步六脉冲发生器后决定所述四
套六脉波整流器的闭合和关断，从而保证平顶阶段磁场的稳定性；
77.s105，平顶阶段结束后，电容器型电源输出电压缓慢下降，能量在续流回路上被消耗，整流器触发角稳定在140
°
，此时整流器输出不断下降直至零。
78.本发明实施例提供的整体示意图如图2所示。
79.第二方面，本发明提供了一种基于双线圈磁体的平顶脉冲磁场产生装置，包括：电容器型电源、脉冲整流器型电源以及磁体；
80.所述脉冲整流器型电源的整流器输出端正极与磁体内线圈的正极连接，整流器输出端负极与磁体内线圈的负极连接；
81.所述电容器型电源输出端正极均与磁体外线圈的正极连接，输出端负极均与磁体外线圈的负极连接；
82.对磁体放电前，需要对电容器型电源充电储能；
83.对磁体放电时，电容器型电源对磁体外线圈供电，开始放电时，导通第一个电容器电源的触发晶闸管t，c开始放电，磁体电流上升建立磁场，达到峰值后开始下降，随后根据计算好的时序依次导通t1～tn，使得后续电容器依次放电，直至最后一个电容器放电提供电流下降沿，在外线圈上产生一个类似于多个“m”状组合而成的平顶波形；脉冲整流器电源对磁体内线圈放电，磁体电流上升建立磁场，进入平顶阶段后，将采样得到的内外线圈叠加磁场与目标磁场比较，经过逻辑控制器之后利用pi控制调整脉冲整流器的导通与闭合，使得双线圈磁体产生的磁场与目标磁场保持一致；平顶阶段结束后，电容器电源上剩余能量经续流回路消耗，最终电容器电压降至零，脉冲整流器型电源输出功率逐渐降至零；所述磁体电流由磁体转换为平顶脉冲强磁场，其转换系数为常数。
84.更进一步地，所述电容器型电源包括：电容器组、触发晶闸管、续流二极管以及续流电阻；
85.所述电容器组正极与触发晶闸管正极相连，电容器组负极与续流二极管正极相连，续流二极管负极经续流电阻与触发晶闸管负极相连，所述触发晶闸管的负极为电容器型电源输出的正极，所述电容器组的负极为电容器型电源输出的负极；
86.所述触发晶闸管为可编程晶闸管，其触发时序通过计算得到；
87.所述电容器组需额外配备充电装置，充电电压通过计算得到；
88.更进一步地，所述脉冲整流器型电源包括(以脉冲发电机供电为例)：同轴的电动机和发电机、移相变压器、整流器和相应的控制保护辅助电路；
89.所述电动机为绕线式转子三相感应电动机，额定电压为12kv，额定功率为1417kw，额定频率为60hz；
90.所述同步发电机额定输出电压为6.9kv，额定功率为100mva；
91.所述整流器系统由四台移相角分别为7.5
°
，-22.5
°
，22.5
°
和7.5
°
的移相变压器和四套六脉波整流器组成，通常将四个六脉波整流器两两并联，组成两个十二脉波整流器使用，两个十二脉波整流器可并联亦可串联使用，根据实际工作需要可以改变其连接方式；
92.所述移相变压器的额定频率为80hz，工作频率范围为66～95hz，额定容量为10mva，短时容量可达40mva，变压比为6.9kv/1.2kv/1kv。每个整流器支臂由四只晶闸管并联而成，整个整流器系统额定输出电流为25ka/3s，空载电压为1.6kv，满载电压为1.35kv。
93.更进一步地，该装置包括：控制器以及电流传感器；
94.所述电流传感器分别采集流经磁体内外线圈的电流；
95.根据所述控制器结合采样得到的电流，控制十二脉波整流器的开通和关断，从而保证线圈平顶阶段磁场的稳定度；
96.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术方案相比，能够取得以下有益效果：
97.本发明装置将已有的时序电容器型电源与脉冲器型电源相结合，利用磁场线性叠加原理在保证平顶磁场脉宽的情况下有效提升了平顶阶段的磁场场强；
98.针对脉冲整流器输出电压难以快速响应的特点，通过提前计算使得平顶阶段流经磁体内外线圈的电流变化量很小，因此内外线圈的互感可以省略不计，极大简化了计算过程；
99.电容器型电源有着成本低、攻略高、控制简单的优势，利用电容器电源作为合成磁场的基础可以缩短磁场上升沿时间，减小放电过程中磁体的发热，提升整体系统的效率并延长磁体使用寿命。
100.将两个十二脉波整流器的接法串联使用时，脉冲整流器型电源可提供二十四脉波波形，其纹波小，保证了平顶阶段波形的稳定度。
101.实施例2
102.针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于双线圈磁体的平顶脉冲磁场产生装置及方法，旨在解决现有平顶脉冲磁场在平顶持续时间和平顶阶段磁场强度难以兼顾和平顶波形上升沿时间较长、系统效率低下的问题，为核磁共振、比热测量等科学实验提供必要的强磁场环境。
103.为产生高场强、高稳定度、长平顶脉宽的平顶脉冲强磁场，本发明采用以下技术方案：本装置采用高压电容器型电源和脉冲整流器型电源分别对磁体外、内线圈供电，这两种电源的组合相比蓄电池型电源可以大大缩短平顶脉冲磁场上升沿所需的时间，从原有的500ms缩减至50ms；平顶期间，高压电容器型电源和脉冲整流器型电源同时供电，其中电容器型电源提供平顶脉冲强场的主要部分，约40t，脉冲整流器电源提供平顶脉冲强磁场的次要部分，约20t，并且通过pi控制实时调整整流器触发角，保证叠加磁场与目标磁场(60t)保持一致。高压电容器型电源的优势在于功率密度大、控制简单、平顶稳定度高、脉宽可控、成本低等优势，脉冲整流器电源输出能量大、输出电压可调，可实现长时间稳压，但系统响应速度相对较慢。本发明充分利用二者的优点，电容器型电源作为主要输出，脉冲整流器型电源作为次要输出，通过matlab/simulink的仿真计算精确得到各电容器的放电参数，以实现平顶阶段磁体内外线圈的解耦。脉冲发电机配套的四套六脉波整流器两两并联，相当于两套十二脉波整流器，两套十二脉波整流器并联工作，在平顶阶段通过实时采样磁体内外线圈的电流，采用负反馈pi调节实时调整整流器的触发角，以调整脉冲整流器电源的输出电流，补偿因为电容器模块切换过程带来的外线圈电流波动，同时补偿磁体温升过程中内阻变化所带来的电流变化，使得叠加磁场维持在60t。综上，产生高场强、高稳定度、长平顶脉宽的平顶脉冲强磁场。
104.本发明提供了一种基于双线圈磁体的平顶脉冲磁场产生装置，如图3所示，主要包括：脉冲发电机供电的脉冲整流器电源，其由一台100mw脉冲发电机、四台移相角分别为 7.5
°
、-22.5
°
、 22.5
°
、-7.5
°
的移相变压器和四套六脉波整流器、主放电开关及rc滤波支路
构成；高压电容器型电源，在本实例中，更具体地，包括一个启动模块和十二个辅助模块，如图4所示，每个模块由对应的蓄能电容器、触发开关、续流二极管和续流电阻构成；双线圈磁体；精密电流传感器；控制器。
105.如图3所示，本发明由第一回路和第二回路构成，第一回路11包括：整流器正极、放电二极管、磁体内线圈、整流器负极、精密电流采样器整流器负极依次串联构成一个回路以及并联在整流器正负极的滤波回路；其中滤波回路包括电阻和电容，用以滤除整流器输出直流电压中所包含的高频噪声；
106.第二回路12包括，十三个并联而成的电容器电源模块，其输出端正负极分别与磁体外线圈正负极相连接；
107.更进一步地，如图3所示，对于特定电容器电源模块，电容器正极、触发晶闸管阳极、触发晶闸管阴极、续流电阻、续流二极管阴极、续流二极管阳极、电容器负极依次串联构成回路，触发晶闸管阴极作为电容器电源模块输出的正极，电容器负极作为电容器电源模块输出的负极，其中高压电容器组为电容器电源模块的储能部件，晶闸管为电容器电源模块的控制开关，续流回路的存在使得电容器电源模块切换时中存在换流过程；磁体线圈用于将电流转化磁场；
108.更进一步地，续流回路中二极管和电阻的位置可以互换；
109.精密电流传感器ct分别采集磁体内外线圈电流ii和io，传输至控制器，控制器输出四路六脉冲信号分别控制前文所述的四套六脉波整流器。
110.在本发明实例中，平顶脉冲磁场产生装置的工作如下：
111.将放电过程划分为磁体电流上升阶段、磁体电流平顶阶段和磁体电流下降阶段，通过matlab/simulink计算提前确定各状态开始和结束时间；
112.准备阶段：将磁体浸入液氮冷却至77k，通过测量磁体的电阻阻值变化来检测磁体的冷却过程；对电容器模块1～13充电至设定电压值，设定电压值可通过仿真计算得到；
113.磁体电流上升阶段，首先触发电容器型电源中的启动模块，电容器组开始对磁体外线圈放电，第二回路12中的电流逐渐上升；
114.在所述电容器模块启动后，根据设置的电路触发延时，将脉冲整流器电源投入工作，并将整流器触发角固定，此时流经磁体内线圈的电流近似呈线性上升；
115.磁体电流平顶阶段，电容器型电源中启动模块所提供的磁体电流达到峰值后开始跌落，依照设定好的时序依次启动后续辅助电容器电源模块，需要注意的是，由于电容器保护电感以及线路电感等原因，前一个电容器模块上的电流不会瞬间降至零，此时相邻的两组电容器电源模块共同为磁体外线圈供电，直至前一模块所提供的电流降至零，
116.这一过程成为换流；
117.同时，根据预设好的平顶开始时间，控制器开始工作：已知磁体内外线圈将电流转化为磁场的转换系数，精准电流采样器将测得的流经磁体内外线圈电流传输至控制器，控制器经计算后得到当前磁场与目标磁场的差值，作为pi控制器的输入，随后pi控制器输出四路六脉波整流器的触发角，该触发信号经六脉冲发生器后分别控制前文所述四套六脉波整流器的晶闸管闭合和关断，使得脉冲整流器电源输出电流补偿外线圈电容器换流过程中的电流跌落和磁体内阻变化引起的磁体电流变化，保证电流平顶阶段的稳定度；
118.磁体电流下降阶段，此时磁体外线圈两端电压为负，剩余磁场能量经续流回路消
耗；
119.此时pi控制器不再工作，脉冲整流器电源的触发角被固定为90
°
，随后被调整至140
°
，输出电流下降至零。
120.为了更进一步说明本发明实施例提供的平顶脉冲磁场能够产生高场强、高稳定度、长平顶脉宽的平顶脉冲强磁场，现通过实例详述如下：
121.第一回路11：脉冲发电机工作频率为80hz，整流器滤波电阻阻值为3ω，滤波电容为100μf，线路电感和线路电阻忽略不计，磁体内线圈阻值为0.01728ω(77k)，电感3.6mh；
122.第二回路12：线路电感和线路电阻忽略不计，磁体内线圈阻值为0.04632ω(77k)，电感40.6mh，各电容器电源模块所采用的储能电容参数一致，电容量为3.84mf，内阻和电感分别为0.1ω、1mh，单个电容器电源模块所配套的续流电阻为6ω，各模块电容器电源的储能电容并联数、初始电压、触发时间如表1所示。
123.表1各模块电容器电源的储能电容并联数、初始电压和触发时间
[0124][0125]
图5、图6分别给出了本发明实例仿真得到的平顶磁场波形和线圈的温升波形。如图4所示，b1和b2分别为外、内线圈的磁场强度，两磁场叠加得到60t平顶脉冲磁场，其平顶时间约为110ms左右，平顶磁场阶段的稳定度为1％左右。
[0126]
二、实施例相关效果的证据。本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。
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本方案仿真结果见图5，将所得到的平顶脉冲强磁场同现有技术方案对比(表2)，可以看出，本方案在场强和平顶时间上具备优势，另外其电源类型为高压电容器组为主、脉冲整流器为辅，大大降低了成本，同时减小了对电网的冲击，调整相关电气参数后，其稳定度可进一步提高，满足各类实验的应用需求。
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表2现有平顶脉冲磁场类型及参数对比
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本发明中电容器型电源和脉冲整流器型电源的电路参数可调，可通过仿真软件进一步优化以得到场强更高、稳定度更好的平顶脉冲磁场。
[0131]
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd-rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
[0132]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。