大功率恒流電性源發(fā)射系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電磁勘探技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及一種大功率恒流電性源發(fā)射系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及對(duì)能源需求的增加，礦產(chǎn)資源勘探成為地球物理領(lǐng)域的重要研宄課題。地下油氣資源所構(gòu)成的地質(zhì)結(jié)構(gòu)屬于高阻層，針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)下的油氣資源勘探，傳統(tǒng)的時(shí)間域方法探測(cè)能力有限。以不接地導(dǎo)線鋪設(shè)成回線通以脈沖電流為激勵(lì)場(chǎng)源的方法，屬于單純的磁性源發(fā)射，即恒電(TE)模式，這種發(fā)射模式主要應(yīng)用于地下導(dǎo)電層的探測(cè)，對(duì)油氣層之類的高阻層并不敏感。以接地導(dǎo)線通以脈沖電流為激勵(lì)場(chǎng)源的方法，稱為電性源瞬變電磁法，為恒磁(TM)模式，主要應(yīng)用于地下高阻層的探測(cè)。
[0003]大功率恒流電性源發(fā)射機(jī)發(fā)射雙極性方波，接收一次場(chǎng)方波斷電后從地下目標(biāo)體感應(yīng)的二次場(chǎng)信號(hào)，通過分析接收線圈觀測(cè)到的二次場(chǎng)時(shí)間與空間分布，獲取地下目標(biāo)體的信息。發(fā)射的關(guān)鍵指標(biāo)是構(gòu)建高質(zhì)量的入射場(chǎng)源，而獲得高質(zhì)量入射場(chǎng)源的關(guān)鍵是發(fā)射高質(zhì)量的電流波形。
[0004]現(xiàn)有的大功率發(fā)射機(jī)存在體積相當(dāng)龐大、儀器重量很大、不方便運(yùn)輸和野外施工的問題。由于大多采用恒壓發(fā)射，在發(fā)射頻率變化時(shí)，發(fā)射電極間的負(fù)載由于集膚效應(yīng)的影響，阻抗特性會(huì)有很大的改變。恒壓發(fā)射不能夠保證發(fā)射電流恒定，會(huì)影響輸出電壓電流波形，導(dǎo)致發(fā)射電流質(zhì)量不高。此外，在時(shí)間域的方法中，要求發(fā)射帶有一定占空比的波形，例如50%占空比的波形，現(xiàn)有大功率儀器工作在這種條件下大多采用額外的負(fù)載裝置，使發(fā)射儀器更復(fù)雜、龐大，也更加耗費(fèi)能量，突加突減負(fù)載時(shí)也會(huì)造成電壓電流輸出的不穩(wěn)定。
[0005]因此，迫切需要發(fā)明一種能夠采取可變發(fā)射占空比、可變發(fā)射頻率的大功率恒流電性源發(fā)射機(jī)來滿足地球物理勘探的儀器需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明的主要目的之一在于提供一種大功率恒流電性源發(fā)射系統(tǒng)和方法，以實(shí)現(xiàn)地球物理勘探系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的輕便和小型化，提高發(fā)射電壓電流波形的質(zhì)量，改善發(fā)射系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0008]一種大功率恒流電性源發(fā)射系統(tǒng)，包括交流電源、整流器、高頻逆變器、升壓整流器、發(fā)射H橋和發(fā)射電極，其特征在于，所述交流電源的輸出連接所述整流器的輸入，所述整流器的輸出連接所述高頻逆變器的輸入，所述高頻逆變器的輸出經(jīng)過電容濾波輸入到所述升壓整流器，所述升壓整流器的輸出連接到所述發(fā)射H橋的輸入，所述發(fā)射H橋的輸出連接到所述發(fā)射電極。
[0009]其中，所述交流電源是相電壓為IlOV或220V的三相交流發(fā)電機(jī)。
[0010]其中，所述整流器為不可控二極管整流橋。
[0011]其中，所述高頻逆變器為四個(gè)IGBT開關(guān)組成的H橋，工作頻率為20KHZ，采用軟開關(guān)的工作方式將直流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電。
[0012]其中，所述升壓整流器包括升壓變壓器和不可控單相整流器，所述升壓變壓器的變壓比為1: 2?5，優(yōu)選1: 2.5。
[0013]其中，所述發(fā)射H橋?yàn)樗膫€(gè)IGBT開關(guān)組成的H橋。
[0014]其中，所述高頻逆變器的輸出，串聯(lián)接入電容器進(jìn)行濾波。
[0015]其中，所述大功率恒流電性源發(fā)射系統(tǒng)還包括控制電路，所述控制電路包括人機(jī)接口、三相整流直流電壓檢測(cè)電路、發(fā)射電壓檢測(cè)電路、發(fā)射電流檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路、PWM控制單元和主控制器；以及
[0016]所述三相整流直流電壓檢測(cè)電路、發(fā)射電壓檢測(cè)電路、發(fā)射電流檢測(cè)電路分別采集輸出的電壓、電流和三相整流直流電壓，反饋給所述主控制器，與所述人機(jī)接口給定的輸出電流值進(jìn)行比較，比較的差值經(jīng)過運(yùn)算處理后，限幅處理，通過所述PWM控制單元產(chǎn)生高頻逆變器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過所述高頻逆變器的驅(qū)動(dòng)電路控制所述高頻逆變器工作；同時(shí)，所述主控制器將設(shè)定的發(fā)射波形和頻率轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過所述發(fā)射H橋驅(qū)動(dòng)電路控制所述發(fā)射H橋工作。
[0017]其中，所述發(fā)射的波形為雙極性方波，發(fā)射波形的頻率從直流到1KHz的范圍內(nèi)變化。
[0018]以及，一種如上所述大功率恒流電性源發(fā)射系統(tǒng)的大功率恒流電性源發(fā)射方法，包括以下步驟:
[0019]三相交流電源將三相交流電輸入到三相整流器，所述三相整流器將所述三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并使用電解電容濾波；
[0020]將所述電容濾波后的直流電輸入到高頻逆變器中，所述高頻逆變器將所述直流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電，并輸入到升壓整流器；
[0021]所述升壓整流器中的升壓變壓器將所述高頻交流電升壓后，通過單相不可控整流器整流，再使用電容濾波得到直流電；
[0022]將所述升壓整流器得到的直流電輸入到發(fā)射H橋，所述發(fā)射H橋根據(jù)主控制器設(shè)定波形，通過發(fā)射電極將能量發(fā)射出去。
[0023]基于上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的技術(shù)方案具備以下有益效果:
[0024]1、本發(fā)明的發(fā)射系統(tǒng)與現(xiàn)有發(fā)射系統(tǒng)相比體積小，重量輕，主要是因?yàn)橥ㄟ^電力電子高頻化的方法，減小了元件的體積和重量，通過軟開關(guān)技術(shù)減小了散熱器的體積和重量，因此達(dá)到了減小發(fā)射系統(tǒng)體積和重量的效果；
[0025]2、本發(fā)明的發(fā)射系統(tǒng)采用恒流發(fā)射技術(shù)，通過對(duì)發(fā)射電流波形的直接控制，能夠在負(fù)載阻抗變化的情況下，保持電流恒定，達(dá)到保證高質(zhì)量入射場(chǎng)源的效果；
[0026]3、本發(fā)明的發(fā)射系統(tǒng)在發(fā)射帶有一定占空比的波形時(shí)，不使用額外的負(fù)載，通過對(duì)發(fā)射電壓的控制，本發(fā)明的發(fā)射系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)射電壓相對(duì)穩(wěn)定，降低了發(fā)射儀器的復(fù)雜程度和體積，降低了能源的消耗。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明的大功率恒流電性源發(fā)射系統(tǒng)的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖2是本發(fā)明的三相整流器的一部分的電路圖；
[0029]圖3是本發(fā)明的高頻逆變器和升壓整流器的一部分的電路圖；
[0030]圖4是本發(fā)明的發(fā)射H橋的一部分的電路圖；
[0031]圖5是本發(fā)明的大功率恒流電性源發(fā)射系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)射的方法流程圖；
[0032]圖6是本發(fā)明的大功率恒流電性源發(fā)射系統(tǒng)的控制電路結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0034]本發(fā)明公開了一種大功率恒流電性源發(fā)射系統(tǒng)，包括交流電源、整流器、高頻逆變器、升壓整流器、發(fā)射H橋和發(fā)射電極，其中，交流電源的輸出連接整流器的輸入，整流器的輸出連接高頻逆變器的輸入，高頻逆變器的輸出經(jīng)過電容濾波輸入到升壓整流器，升壓整流器的輸出連接到發(fā)射H橋的輸入，發(fā)射H橋的輸出連接到發(fā)射電極。
[0035]其中，交流電源是相電壓為IlOV或220V的三相交流發(fā)電機(jī)。整流器為不可控二極管整流橋。高頻逆變器為四個(gè)IGBT開關(guān)組成的H橋，工作頻率為20KHz，采用軟開關(guān)的工作方式將直流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電。升壓整流器包括升壓變壓器和不可控單相整流器，升壓變壓器的變壓比為1: 2?5，優(yōu)選1: 2.5。發(fā)射H橋?yàn)樗膫€(gè)IGBT開關(guān)組成的H橋。高頻逆變器的輸出，串聯(lián)接入電容器進(jìn)行濾波。
[0036]其中，大功率恒流電性源發(fā)射系統(tǒng)還包括控制電路，所述控制電路包括人機(jī)接口、三相整流直流電壓檢測(cè)電路、發(fā)射電壓檢測(cè)電路、發(fā)射電流檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路、PWM控制單元和主控制器；
[0037]三相整流直流電壓檢測(cè)電路、發(fā)射電壓檢測(cè)電路、發(fā)射電流檢測(cè)電路分別采集輸出的電壓、電流和三相整流直流電壓，反饋給主控制器，與人機(jī)接口給定的輸出電流值進(jìn)行比較，比較的差值經(jīng)過運(yùn)算處理后，限幅處理，通過PWM控制單元產(chǎn)生高頻逆變器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過高頻逆變器的驅(qū)動(dòng)電路控制高頻逆變器工作；同時(shí)，主控制器將設(shè)定的發(fā)射波形和頻率轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過發(fā)射H橋驅(qū)動(dòng)電路控制發(fā)射H橋工作。
[0038]其中，發(fā)射波形為雙極性方波，發(fā)射波形的頻率從直流到1KHz的范圍內(nèi)變化。
[0039]此外，本發(fā)明還公開了一種如上所述大功率恒流電性源發(fā)射系統(tǒng)的大功率恒流電性源發(fā)射方法，包括以下步驟:
[0040]三相交流電源將三相交流電輸入到三相整流器，三相整流器將三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并使用電解電容濾波；
[0041]將電容濾