ITER极向场变流器是磁约束聚变堆工程中的重要子系统，具有四象限十二脉波整流、负载电流大等特点。外旁通设备是极向场变流器中的重要组成部分，在变流器出现故障时进入工作，对磁体和电源提供过流和过压保护。在最恶劣情况下，外旁通设备会通过大约350kA的电流，但目前并无同类成熟的系统或产品提供类似功能。因此，保证在大电流下外旁通设备晶闸管支路的均流特性和结构的稳定性，对提高极向场变流器的可靠性，有很重要的意义。　　首先，本文针对外旁通设备的工作特点，分析了极向场电源系统可能出现的各种故障及在各种故障下外旁通设备相应的运行方式和设计参数要求，并将这些分析结果作为外旁通设备的设计依据，得到最恶劣情况下外旁通设备所需要承受的电流，并依此确定了外旁通设备桥臂的晶闸管型号与并联数。　　其次，根据外旁通设备的设计要求，提出并建立了三种主要的桥臂均流模型，结合ITER现场的安装与位置情况，选择了同侧进出的均流结构。比较了暂态均流与稳态均流的不同特点，以及影响暂态和稳态均流的主要因素，试验结果证明了该设计方法可行。在试验后，针对动态均流试验结果进行了具体的优化，提高了同步开通特性和均流系数。在前述基础上，提供了外旁通桥臂晶闸管的建议模型，得到了外旁通均流设计的整套方案。设计方案完整，有效，简便，为同类晶闸管或其他大功率器件均流设计提供了设计方法与工程指导。　　然后，通过解析法和数值分析法分别对外旁通结构模型进行了分析和比较。首先通过解析法基于蒙特卡诺积分计算方法估算了电磁力数值，然后通过有限元的方法基于Maxwell软件建立了外旁通设备的电磁场全三维数值模型，将电磁模型导入ANSYS进行多物理场耦合分析，研究了外旁通设备的电磁场、电磁力及固定点受力的分布规律。仿真计算表明，桥臂上下支撑点的电磁力较其他位置要大。　　最后，针对外旁通设备最终结构设计制造了试验样机并对外旁通的振动加速度和各位置点偏移情况进行了试验测量。通过仿真结果与试验结果的对比分析，验证了数值计算模型的正确性。给出了振动加速度与电流之间的趋势图，在试验中，高达367kA的大电流环境下，外旁通整体结构没有变形，证明了外旁通设备结构设计合理。同时，这次多物理场耦合分析的新研究方法和所得结论也可以推广应用到其它的大功率母排设备。