一种稳恒磁场产生装置的设计

摘要

磁场在工业生产和科学实验中具有广泛的应用，针对不同的使用环境需要设计出不同的磁场产生装置。本设计是为某科研单位开发一种稳恒磁场产生装置，用于产生材料测试时所需要的外加磁场。该磁场产生装置具有磁场强度大小可调、均匀度高、磁场稳定性好等优点。 本论文根据材料测试要求，选择轴对称空心线圈作为磁场线圈。以磁场的基本理论为基础研究了空心线圈的轴向磁场分布与线圈参数的关系，并用MATLAB软件对磁场分布进行了计算和仿真，确定了空心圆柱线圈的设计方案。论文研究了空心圆柱线圈参数与磁场中心点场强、磁场均匀度以及空间轴向磁场的关系，从线圈质量和线圈消耗功率两个方面对线圈进行了优化设计。对优化设计结果进行了分析和比较，在此基础上确定了空心圆柱线圈的优化设计参数，最后给出了实际的绕制参数。 根据线圈供电要求，本论文设计了一种基于开关技术的恒流电源。对电源的整流滤波电路、斩波电路、控制电路、保护电路、测量和显示电路及辅助电源电路进行了详细的分析和设计。所设计的恒流源输出电流0～5A可调，输出最大功率1000W，电流稳定度优于0.1％，长时间运行可靠。 最后对线圈磁场进行了测试，给出了测试数据。磁场产生装置可实现磁场中心点磁感应强度0~0.1T可调，磁场的中心区的均匀度小于0.15％，轴线上磁感应强度在80mm内均匀分布，各项指标达到设计要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1课题的来源、目的和意义

1.2磁场产生装置的发展和研究现状

1.3本文的研究内容和结构

2轴对称线圈的磁场建模与分析

2.1磁场的理论基础

2.2轴线磁场强度方程的建模

2.3磁场的仿真分析

2.3.1圆环线圈磁场的仿真分析

2.3.2螺线管线圈磁场的仿真分析

2.3.3空心圆柱线圈磁场的仿真分析

2.4本章小结

3空心圆柱线圈的设计与优化

3.1线圈中心点附近的磁场强度

3.2磁场均匀度分析

3.3空心圆柱线圈的优化设计

3.3.1线圈质量的优化设计

3.3.2线圈功率的优化设计

3.3.3线圈参数的确定

3.3.4线圈的绕制参数

3.4本章小结

4恒流源设计

4.1电流稳定性相关指标

4.2电路整体设计

4.3主电路的设计

4.3.1电网滤波电路的设计

4.3.2整流滤波电路的设计

4.3.3斩波电路的设计

4.3.4电路元件参数选择

4.3.5开关管的散热设计

4.4控制电路的设计

4.4.1 PWM电路

4.4.2功率MOSFET的驱动电路

4.5检测与保护电路

4.6显示电路

4.7辅助电源电路

4.8本章小结

5磁场产生装置测试

5.1恒流源测试结果

5.2线圈磁场测试结果

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢