在磁性材料高场磁滞测试、磁光效应、磁致伸缩研究、大样品磁化标定等科研场景中，往往需要宽气隙调节范围、大均匀磁场区域、高场强的稳态水平磁场。常规中小功率电磁铁受散热与磁路限制，很难同时兼顾大气隙与高磁场输出。本文介绍一套由 WD-250W 水冷电磁铁、HAP81-180D 直流恒流励磁电源、MC-80 循环冷水机配套组成的磁场发生系统。整套系统采用水冷散热方案，支持双向气隙调节、电子换向，具备较大的均匀工作区域，适合材料、物理方向的强磁场静态测试实验。下文基于设备原始参数，从设备介绍、结构组成、工作原理、性能特点、核心参数、应用领域、配套定制优势展开说明。

一、设备介绍

本套磁场发生系统为大功率水冷式强磁场发生平台，主要由电磁铁本体、大功率双极性励磁电源、独立循环冷水机三部分组成。主体 WD-250W 电磁铁采用直立座放布局，输出水平方向磁场，支持双向同步调节磁极气隙，调节区间 0～140mm，适配不同尺寸样品与测试工装。极柱直径 φ250mm、极面直径 160mm，可形成大面积均匀磁场区，有效均匀区域达到 80×65×10mm，均匀度 ±2%，能够放置尺寸更大的样品、光学通路组件或者复合测试夹具。

电磁铁自带可移动底车，便于设备整体移位、定位与对位调试；搭配独立循环水冷机组带走线圈焦耳热，支撑大功率励磁工况。配套 HAP81-180D 恒流励磁电源支持正负电流输出、电子换向，可平滑切换磁场方向；MC-80 冷水机独立控温，保障线圈工作温度稳定。整套系统重量较大，适合固定实验室工位部署，用于需要高场、大面积均匀磁场的稳态磁学测试。设备附带仿真数据，可辅助预判气隙、电流对应的磁场分布，为前期实验方案设计提供参考。

磁场发生系统设计方案

一、水冷电磁铁

产品规格

· WD-250W型电磁铁，直立座放，磁场方向水平；

· 气隙双向可调，可调范围0-140mm；

· 极柱直径φ250mm，极面直径160mm；

· 电磁铁配可移动底车

电气参数

· 线圈冷态直流电阻3.45Ω；

· 线圈绝缘电阻优于10MΩ；

冷却方式

· 电磁铁水冷冷却；

尺寸及质量

· 外形尺寸见图；

· 整体重量约1320Kg；

磁场参数

· 20mm气隙时中心磁场优于2.2T；

· 70mm气隙时中心磁场优于1.0T；

· 中心80*65*10mm区域，磁场均匀度±2%；

· 工作时间：当气隙为70mm，磁场1T时，电磁铁持续工作时间20min；

仿真数据

二、直流励磁电源

产品参数

· HAP81-180D电磁铁恒流励磁电源

· 交流输入，三相380V±10%（50Hz/60Hz）

· 输出电压范围0-180V，输出电流范围0-±45A，最大输出功率8100W

输出

· 分辨率10mA

· 准确度 ±0.5%设置值

· 噪声/纹波：≤0.5%

· 稳定率 ≤0.5%（1 Hour）

电流换向

· 电子换向

负载适应性

· 输出阻抗>1MW

· 内部配置输出补偿网络

负载保护

· 可控的输出端状态

· 线性渐变方式处理突变电流设置

· 内部过功率保护

自动控制

· 配备RS232计算机接口

· 完备的计算机接口命令集

交互能力

· 数字显示器

· 必备的LED状态指示器

· 与显示器和指示器配合的2´4键交互型功能键盘操作

使用环境

·室内使用设计，温度： 0℃～40℃；湿度：10％～85％ RH

·温度：-20℃～70℃；湿度：10％～90％ RH

三、循环冷水机

产品主要参数

· MC-80循环冷水机；

· 交流输入，三相380V±10%（50Hz/60Hz），输入功率3.28KW；

· 温度范围5-35℃，控温精度±1℃，制冷量8.5KW；

尺寸及重量

· 宽深高640*640*1263mm；

· 重量178kg。

三、工作原理

整套系统依托电流磁效应与闭合磁路原理运行。励磁电源向电磁铁线圈通入可控直流励磁电流，线圈产生的磁通经由高导磁磁轭、极柱汇聚，在两极气隙之间形成水平方向的稳态磁场。通过双向调隙机构改变磁极间距，即可改变磁路磁阻，实现磁场强度大范围调节：气隙越小，汇聚磁场越高；气隙增大，磁场随之降低。

电源支持正负电流输出与电子换向，可无冲击切换磁场方向，满足磁滞回线、正反磁化对比实验需求。大功率工况下线圈产热量大，循环冷水机持续输送恒温冷却水，带走线圈热量，抑制温升带来的电阻变化、磁场漂移。系统提供配套磁场仿真数据，可提前评估不同气隙、电流条件下磁场空间分布，辅助样品定位、光路布局。在指定工况下，设备有对应的额定持续工作时长，避免超时长运行造成线圈过热。

四、设备性能特点

1. 双向宽范围调隙，适配多样品尺寸气隙 0～140mm 双向可调，可灵活放置薄样品、厚样品、光学样品台、探针组件，适配不同实验的样品空间需求。
2. 大极面、大面积均匀磁场区域φ250mm 极柱搭配 160mm 极面，中心 80×65×10mm 区域磁场均匀度控制在 ±2%，适合需要大均匀区的测试，避免样品不同位置磁场差异带来测试误差。
3. 水冷散热设计，支持大功率高场输出区别于自然冷却机型，独立冷水机持续控温散热，在 20mm 小气隙条件下中心磁场优于 2.2T；70mm 气隙下磁场仍优于 1.0T，满足高场稳态磁化实验。
4. 电子换向，磁场切换平滑励磁电源采用电子换向方式，相较于继电器换向冲击更小，适合磁滞、正反磁化循环测试，便于连续采集磁化曲线。
5. 带移动底车，整机便于部署对位电磁铁自重较大，配置移动底车，方便在实验室内部移位、对准光路、对接其他测试仪器，减少吊装调试难度。
6. 完善保护机制，支持计算机程控电源具备电流渐变输出、过功率保护，RS232 接口配套完整指令集，可接入上位机实现自动化扫描测试；冷水机独立控温，保障整套系统运行稳定性。

五、应用领域

1. 磁性材料高场磁滞特性测试软磁、永磁、磁致伸缩材料在高稳态水平磁场下磁化曲线、磁滞回线测试，适配 VSM、磁转矩测试系统联用。
2. 磁光相关科研实验磁光克尔、法拉第效应等光学磁测实验，大均匀区便于光路搭建，保证光斑范围内磁场一致。
3. 大尺寸样品、组件磁化实验尺寸较大的磁元件、磁结构样品的稳态磁化、退磁预处理。
4. 磁传感器、磁场探头标定为大型磁场探头、阵列传感器提供大面积标准均匀磁场，完成多点标定。
5. 高校与科研院所强磁场方向基础研究用于磁学机理、磁场梯度效应、大气隙磁场分布等基础物理实验。

六、设备定制与配套优势

1. 大面积均匀磁场，适配光学与大样品测试相较于小型电磁铁，大极面带来更大均匀工作区间，适合光路穿过磁极间隙的磁光实验，样品摆放容错空间更高。
2. 双向调隙结构，通用性强双向同步调节磁极，气隙调节平稳，两侧磁极同步进退，对位精度稳定，不用单独单侧调整，减少磁场倾斜。
3. 水冷分体配套，散热能力充足独立大功率冷水机组，换热能力充足，满足电磁铁大功率励磁产热的散热需求；整套水冷回路独立，便于维护、检修。
4. 双极性电源支持自动化测试正负电流连续可调、电子换向，搭配上位机接口，可搭建自动化磁滞扫描流程，减少人工操作，实验数据可复现。
5. 模块化组合，拓展灵活电磁铁、电源、冷水机相互独立，可单独维护更换；可根据实验需求搭配高斯计、位移台、光学平台、各类磁测试仪器。
6. 配套仿真前置评估出厂提供不同工况磁场仿真结果，提前掌握磁场衰减、均匀范围，减少前期试错，缩短实验调试周期。