【摘 要】
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近年来，随着技术的飞速发展，科学研究对磁场系统提出了更高的要求，较高的磁场强度和磁场稳定性成为近年来的研究热点，其中平顶磁场因其较低的开发成本、高磁场强度和高稳定度成为
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近年来，随着技术的飞速发展，科学研究对磁场系统提出了更高的要求，较高的磁场强度和磁场稳定性成为近年来的研究热点，其中平顶磁场因其较低的开发成本、高磁场强度和高稳定度成为了强磁场的重点研究方向。基于太赫兹辐射等研究对重复脉冲强磁场的需求，本文设计了电容型电源耦合供电的重复脉冲平顶磁场系统。 由于电容型电源耦合供电的脉冲平顶磁场的系统几乎无法求解放电解析式，采用了定性分析加仿真验证的方式解析了系统中各个参数和产生脉冲平顶磁场的关系，分析了主辅电路放电电压和触发时间间隔与系统电路参数的近似解析关系，在给定磁体和目标磁场强度、平顶持续时长和稳定度的条件下，给出了电源系统的设计准则，以及采用参数扫描对主辅电路放电电压和触发时间间隔参数求解的一般计算流程。 针对磁体和电源的相互耦合关系，采用遗传算法对重复脉冲平顶系统分别实现了最大放电次数的单目标优化和整体系统关于最大放电脉冲次数、电源装备总容量和放电电压等多目标的优化，根据优化结果在COMSOL软件中设计了相应的磁体和耦合变压器，并对磁体在强场下的力学性能进行了优化处理和验证。参数设计完成后，提出了采用遗传算法单目标优化方式求解放电参数，极大缩短了放电参数的求解时间。对由于在脉冲放电过程中导线中的涡流引起的磁体温度变化曲线在有限元仿真软件和系统仿真软件的较大差异，提出了在重复脉冲系统下，基于磁体放电平均温度对磁体参考电阻的修正模型，实现了在两个软件中磁体电阻变化的一致性，有利于对准确放电参数的求解。 考虑电容型电源耦合供电产生脉冲平顶磁场对放电配合参数的要求较高而难以实现更高稳定度的平顶磁场，提出了两种有源调控方案，分别为调节MOSFET栅极驱动电压的有源补偿方案和基于全桥PWM变换器的有源补偿方案，对磁场强度30T，持续时长8ms，磁场稳定度为1500ppm的背景磁场进行高频补偿，并设计了相应的补偿线圈，对补偿效果进行了验证对比，均成功将背景磁场的稳定度从1500ppm提高至50ppm。
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