專利名稱：一種恒流逆變方法及恒流逆變系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子技術領域，尤其涉及一種恒流逆變方法及恒流逆變系統(tǒng)。
背景技術：
目前大功率人工場源(120KW以上)儀器采用恒壓式供電，如圖I所示，為現(xiàn)有技術逆變系統(tǒng)結構示意圖，其包括發(fā)電機、變壓器、切換控制器、整流逆變裝置和主控機，在這種供電方式下，由于電極的發(fā)熱，接地電阻產生很大變化，使得供電電流產生相應波動，采集的數(shù)據(jù)一致性變差，給后期數(shù)據(jù)歸一化處理帶來一定的困難。另外由于勘探地區(qū)的不同，接地電阻差異很大，想要滿足一定的電流供電，就要求發(fā)射系統(tǒng)供電范圍不但要寬，而且檔位要多。由于大功率系統(tǒng)換檔，不但變壓成本高，而且設備龐大，不利于野外作業(yè)，且供電電流抗干擾能力很弱。

發(fā)明內容
本發(fā)明實施例提供一種恒流逆變方法及恒流逆變系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有電法勘探儀器在使用中逆變電流隨負載變化的波動、電壓擋位少、體積龐大、成本高、供電電流抗干擾能力弱等問題。一方面，本發(fā)明實施例提供了一種恒流逆變方法，所述方法包括獲取發(fā)電機電流；將所述發(fā)電機電流與預置電流進行比較，獲取比較結果；利用所述比較結果調整勵磁控制器里的可控硅導通時間，從而調整勵磁電流以確保輸出到負載的電流恒定；利用偽隨機碼發(fā)生器控制整流逆變裝置按偽隨機碼的波形恒流輸出逆變掃頻。另一方面，本發(fā)明實施例提供了一種恒流逆變系統(tǒng)，所述恒流逆變系統(tǒng)由發(fā)電機、整流逆變裝置、主控機構成，其中，所述恒流發(fā)電機除包括發(fā)電機外，所述恒流發(fā)電機還包括電流傳感器，用于獲取發(fā)電機電流；勵磁控制器，用于將所述發(fā)電機電流與預置電流進行比較，獲取比較結果；利用所述比較結果調整勵磁控制器里的可控硅導通時間，從而調整勵磁電流以確保輸出到負載的電流恒定；所述主控機包括一偽隨機碼發(fā)生器，利用其控制整流逆變裝置按偽隨機碼的波形恒流輸出逆變掃頻。上述技術方案具有如下有益效果因為恒流逆變系統(tǒng)內部的恒流發(fā)電機與普通發(fā)電機的根本區(qū)別在于其輸出電壓不是恒定值，一旦設置好勵磁電壓(即發(fā)射電流)，發(fā)電機的輸出電壓隨負載的變化而變化，確保輸出到負載的電流恒定，輸出到負載的電壓調節(jié)范圍IOOVac IOOOVa。，最大輸出功率120KW，電流輸出范圍為IOA 150A，恒流精度可達到
I%，且利用偽隨機碼發(fā)生器控制整流逆變裝置按偽隨機碼的波形恒流輸出逆變掃頻，增強了系統(tǒng)的抗干擾能力。在原來設備的基礎上省去了變壓器(150kW，重量I噸)、切換控制器等設備，使得恒流逆變系統(tǒng)儀器體積小，成本低，便于野外流動式作業(yè)。本發(fā)明還提高了電法勘探數(shù)據(jù)的一致性，增強了數(shù)據(jù)解釋的準確性、可靠性。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為現(xiàn)有技術逆變系統(tǒng)結構不意圖；圖2為本發(fā)明實施例一種恒流逆變方法流程圖；圖3為本發(fā)明實施例勵磁調節(jié)流程控制原理示意圖；圖4為本發(fā)明實施例η級線性反饋移位寄存器示意圖；圖5為本發(fā)明實施例m序列的產生示意圖；圖6為本發(fā)明實施例C語言編程得到m序列的流程圖；
圖7為本發(fā)明實施例一種恒流逆變系統(tǒng)組成示意圖；圖8為本發(fā)明實施例一種恒流發(fā)電機組成示意圖；圖9所示，為本發(fā)明實施例一種恒流系統(tǒng)工作原理框圖；圖10為本發(fā)明實施例經偽隨機碼發(fā)生器調整前后的逆變控制示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。為了解決現(xiàn)有電法勘探儀器在使用中逆變電流隨負載變化的波動、電壓擋位少、體積龐大、成本高等問題。本發(fā)明實施例設計了輕便、穩(wěn)流精度高(可達1%)、電流可任意設置(10A 150A)、電壓可連續(xù)自動調節(jié)(IOOVac IOOOVac)的恒流發(fā)電逆變系統(tǒng)，該系統(tǒng)在原來設備的基礎上省去了變壓器(150kW，重量I噸)、切換控制器等設備，使得恒流逆變系統(tǒng)儀器體積小，成本低，便于野外流動式作業(yè)。如圖2所示，為本發(fā)明實施例一種恒流逆變方法流程圖，所述方法包括201、獲取發(fā)電機電流；202、將所述發(fā)電機電流與預置電流進行比較，獲取比較結果；203、利用所述比較結果調整勵磁控制器里的可控硅導通時間，從而調整勵磁電流以確保輸出到負載的電流恒定；204、利用偽隨機碼發(fā)生器控制整流逆變裝置按偽隨機碼的波形恒流輸出逆變掃頻?？蛇x的，當負載增大時，獲取的所述發(fā)電機電流下降，此時所述發(fā)電機電流與預置電流進行比較，所述發(fā)電機電流小于預置電流，增加所述整勵磁控制器里的可控硅導通時間，使勵磁電流增大，發(fā)電機輸出電壓升高，負載電流上升，從而確保輸出到負載的電流恒定。可選的，當負載減少時，獲取的所述發(fā)電機電流上升，此時所述發(fā)電機電流與預置電流進行比較，所述發(fā)電機電流大于預置電流，減少所述整勵磁控制器里的可控硅導通時間，使勵磁電流下降，發(fā)電機輸出電壓降低，負載電流下降，從而確保輸出到負載的電流恒定。可選的，所述偽隨機碼波形采用最小周期62. 8 μ s，最大24元碼，反饋系數(shù)8進制碼為100000207的偽隨機方案?？蛇x的，所述偽隨機碼發(fā)生器通過一現(xiàn)場可編程門陣列FPGA或一數(shù)字信號處理器DSP實現(xiàn)。如圖3所示，為本發(fā)明實施例勵磁調節(jié)流程控制原理示意圖系統(tǒng)工作時，電流傳感器(例如霍爾傳感器)將三相取樣電流Iu、Iv、、Iw與主控機設置的勵磁電位Vm不斷進行調整。當負載增大，發(fā)電機電流下降，這時勵磁控制器里的移相觸發(fā)脈沖前移，增加可控硅的導通時間，使勵磁電流增大，發(fā)電機輸出電壓升高，負載電流上升，反之發(fā)電機電壓降低，電流下降，從而維持發(fā)電機輸出到負載的電流不變。在大功率恒流電磁儀系統(tǒng)中，我們?yōu)榱嗽鰪娤到y(tǒng)的抗干擾能力，提高系統(tǒng)的信噪比和施工效率，在儀器設計中，增加了偽隨機碼掃頻。
傳統(tǒng)的電法勘探一般采用不同頻率的階躍信號加載給大地，然后在遠端實施精確測量和后期分析。它需要多次改換發(fā)射機信號頻率，每個頻率需要發(fā)出多個波形，通過疊加抑制噪聲。這樣的過程效率很低。能否進行一次發(fā)射，覆蓋更多的頻點信息，將是決定電法勘探效率的關鍵。方波中包含基波頻率、3次諧波頻率、5次諧波……頻率等，但是其諧波幅度是按照1/3、1/5衰減的，能量是按照1/9、1/25衰減的。也就是說，發(fā)射機發(fā)出方波，在測量端獲得的其他頻率點能量是迅速下降的，難以做到發(fā)射一次，獲得多個頻點信息。如果采用傳統(tǒng)方法，發(fā)射機發(fā)出IW的功率，絕大多數(shù)功率出現(xiàn)在基波頻點——比如10Hz，試圖在諧波頻點30Hz、50Hz、70Hz處獲得信息，難度很大。因為在接收端接收到的這些頻點的能量已經非常微弱。偽隨機碼的關鍵好處在于，當偽隨機碼最小周期(Λ t)、隨機碼長度周期N、采樣率等參數(shù)匹配合適時，一次發(fā)射即可包含多個頻率信息，且諧波能量的衰減很小。當它的最小周期為100ms，它可以使得IOHz、30Hz、50Hz、70Hz等頻點的功率大致相同——細致的頻譜分析可以顯現(xiàn)這個特點。這樣，就可以做到一次發(fā)射，獲得多個頻點的能量信息，而且這些能量都足夠大，足以讓遠端測量設備分辨，自然就提高了效率。偽隨機碼的種類很多，電法勘探中常用m序列實現(xiàn)。以下為偽隨機碼的關鍵參數(shù)I)最小時鐘周期At偽隨機碼發(fā)生器是一個移位寄存器輸出，它發(fā)出的任何一個隨機信號O或者1，都將保持At時間。這個時間的長短，對輸出信號基波和譜分布有影響，根據(jù)計算，一般最小為62.8ys。偽隨機碼發(fā)生器來自一個FPGA (Field-Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列)或者DSP(Digital Signal Processor，，數(shù)字信號處理器)，其時間最小精度只要能夠在O. Ius,即可輕松實現(xiàn)這個要求。2)長度周期N偽隨機碼不是真正的隨機。它在按照自己的規(guī)則，以看似隨機的序列輸出一定的最小周期個數(shù)N以后，會重復發(fā)生以前的序列。比如它發(fā)出了 127個看似隨機的0、1序列后，從第128個開始，它又重復從第一個數(shù)開始，那么它的長度周期N就是127。3)碼元或者級數(shù)r
偽隨機碼的發(fā)生規(guī)則來自于一個前人探索出的多項式，簡言之，它是一個多級異或計算器。它把此前輸出的r個O、I序列值，按照特征多項式的公式，進行異或計算，形成一個看似隨機，其實確定的O、1，實施輸出。下一次重復這個計算，又形成一個新的看似隨機的數(shù)值O或者I。顯然，當偽隨機碼發(fā)生器選擇的此前數(shù)值數(shù)量r越大，它表現(xiàn)出的隨機性就越強，形成的重復周期N也就越長。結論是，N = Z-I。
以下以一個3元碼(r = 3)為例，說明偽隨機碼的產生過程。設有Iv 3似的移似寄存器，初值為111。a3 = I, a2 = I, a1 = Io有Iv反饋系數(shù)C3C2C1,那么偽隨機碼的輸出來自于當前狀態(tài)a3 = I, a2 = I, B1 = I和C3C2C1的異或計算out=a3 C30a2C20aiCi根據(jù)前人的總結，3元碼中，反饋系數(shù)為101(1)時，可以實現(xiàn)偽隨機輸出。此3元碼的輸出序列為O 10 0 11 1，此后不斷重復O 10 0 111。最后一個(I)是所有m序列為計算方便都需要補充的。這個1011寫成8進制就成了 13。注意，反饋系數(shù)不合適時，偽隨機碼發(fā)生器會很快進入不隨機的確定性狀態(tài)。因此，查表可以獲得，當級數(shù)為r級，或稱r元碼時，前人找到了若干個多項式反饋系數(shù)，形成了 8進制數(shù)。將8進制數(shù)拆成2進制序列，就形成了反饋系數(shù)，根據(jù)這個反饋系數(shù)形成的表達式，就可以計算出偽隨機輸出。實現(xiàn)偽隨機碼的方案根據(jù)計算，本系統(tǒng)可以選擇最小周期62. 8 μ S，最大24元碼，反饋系數(shù)8進制碼為100000207的偽隨機方案。它的周期長度為224-1 = 16777215，折合成時間為1054s左右。這種方案對硬件系統(tǒng)的要求是I)系統(tǒng)能夠在62. 8 μ s以及其整數(shù)時間倍數(shù)處發(fā)出數(shù)字量改變信號。2)系統(tǒng)能夠在62. 8 μ s內對24位數(shù)字量進行異或運算，得到輸出值O或者I。本系統(tǒng)可以用DSP實現(xiàn)這個功能。其主振頻率高達50MHz，定時器可以實現(xiàn)O. 1μ s的最小分辨，能夠在628個最小分辨到來時，給出動作。另外，DSP在62. 8μ s內完成這個運算，是綽綽有余的。偽碼發(fā)生I、m序列產生移位寄存器序列可以很方便的通過一個線性反饋移位寄存器得到，如圖4所示，為本發(fā)明實施例η級線性反饋移位寄存器示意圖。圖4中&1、…、^anYan分別表示各寄存器的狀態(tài)；Ci分別表示各寄存器反饋線的狀態(tài)，可以擁有反饋也可以沒有反饋，這些狀態(tài)值經過模2運算后又通過Ctl反饋到移位寄存器％的輸入端；時鐘控制移位寄存器的時序；an的輸出端即得到移位寄存器序列。因此，知道某時刻各級的狀態(tài)、…、ak、an_i、&11和反饋線Ci的狀態(tài)，移位寄存器序列下一時刻的輸入狀態(tài)Ctl可有如下遞推方程求得
ηco
w(1-1)
顯然，當寄存器的個數(shù)η—定時，Ci的狀態(tài)決定了移位寄存器序列的值，當Ci的狀態(tài)合適時，就可得到周期最長的移位寄存器序列，也即得到m序列。實際中，常用特征多項式f (x)表示η級移位寄存器的反饋線狀態(tài)和η級寄存器輸出結構[17]，如(1-2)式f (X) = C0Xc^C1X+...+ClriX1^kcnXn (1-2)特征多項式f (x)的x°的系數(shù)Ctl始終為I，表示始終有反饋，其Xk的系數(shù)為I時表示ak寄存器有反饋線，否則無反饋線，多項式本身的取值并無實際意義。理論和實踐證明，當特征多項式f (X)為本原多項式時，移位寄存器序列產生m序列。此外，m序列長度N和移位寄存器的級數(shù)η的關系是N = 2η_1，時鐘周期為m序列 的時鐘周期At，也可以稱之為碼元寬度。注意在以后章節(jié)中如無特殊說明，都用a表示m序列的幅度，Λ t表示m序列時鐘周期或者碼元寬度，N表示m序列長度。顯然當知道特征多項式f (X)的本原多項式時，就可以利用移位寄存器電路產生m序列。將f(x)的本原多項式列制成備查表，如表1，表中為了簡便將多項式的系數(shù)每3位二進制數(shù)字用一位八進制數(shù)值表示，把表內八進制數(shù)展開就得到特征多項式的系數(shù)，表中提供了 2 25級m序列偽隨機信號的特征多項式表I常用本原多項式備查表
權利要求
1.一種恒流逆變方法，其特征在于，所述方法包括 獲取發(fā)電機電流； 將所述發(fā)電機電流與預置電流進行比較，獲取比較結果； 利用所述比較結果調整勵磁控制器里的可控硅導通時間，從而調整勵磁電流以確保輸出到負載的電流恒定； 利用偽隨機碼發(fā)生器控制整流逆變裝置按偽隨機碼的波形恒流輸出逆變掃頻。
2.如權利要求I所述方法，其特征在于， 當負載增大時，獲取的所述發(fā)電機電流下降，此時所述發(fā)電機電流與預置電流進行比較，所述發(fā)電機電流小于預置電流，增加所述整勵磁控制器里的可控硅導通時間，使勵磁電流增大，發(fā)電機輸出電壓升高，負載電流上升，從而確保輸出到負載的電流恒定。
3.如權利要求I所述方法，其特征在于， 當負載減少時，獲取的所述發(fā)電機電流上升，此時所述發(fā)電機電流與預置電流進行比較，所述發(fā)電機電流大于預置電流，減少所述整勵磁控制器里的可控硅導通時間，使勵磁電流下降，發(fā)電機輸出電壓降低，負載電流下降，從而確保輸出到負載的電流恒定。
4.如權利要求I所述方法，其特征在于， 所述偽隨機碼波形采用最小周期62. 8 μ S，最大24元碼，反饋系數(shù)8進制碼為100000207的偽隨機方案。
5.如權利要求1-4任一所述方法,其特征在于， 所述偽隨機碼發(fā)生器通過一現(xiàn)場可編程門陣列FPGA或一數(shù)字信號處理器DSP實現(xiàn)。
6.一種恒流逆變系統(tǒng)，其特征在于，所述恒流逆變系統(tǒng)由發(fā)電機、整流逆變裝置、主控機構成，其中，所述恒流發(fā)電機除包括發(fā)電機外，所述恒流發(fā)電機還包括 電流傳感器，用于獲取發(fā)電機輸出電流； 勵磁控制器，用于將所述發(fā)電機電流與預置電流進行比較，獲取比較結果；利用所述比較結果調整勵磁控制器里的可控硅導通時間，從而調整勵磁電流以確保輸出到負載的電流恒定； 所述主控機包括一偽隨機碼發(fā)生器，用于控制整流逆變裝置按偽隨機碼的波形恒流輸出逆變掃頻。
7.如權利要求6所述恒流逆變系統(tǒng)，其特征在于， 當負載增大時，所述電流傳感器獲取的所述發(fā)電機電流下降，此時所述勵磁控制器將所述發(fā)電機電流與預置電流進行比較，所述發(fā)電機電流小于預置電流，增加所述整勵磁控制器里的可控硅導通時間，使勵磁電流增大，發(fā)電機輸出電壓升高，負載電流上升，從而確保輸出到負載的電流恒定。
8.如權利要求6所述恒流逆變系統(tǒng)，其特征在于， 當負載減少時，所述電流傳感器獲取的所述發(fā)電機電流上升，此時所述勵磁控制器將所述發(fā)電機電流與預置電流進行比較，所述發(fā)電機電流大于預置電流，減少所述整勵磁控制器里的可控硅導通時間，使勵磁電流下降，發(fā)電機輸出電壓降低，負載電流下降，從而確保輸出到負載的電流恒定。
9.如權利要求6所述恒流逆變系統(tǒng)，其特征在于， 所述偽隨機碼波形采用最小周期62. 8 μ S，最大24元碼，反饋系數(shù)8進制碼為.100000207的偽隨機方案。
10.如權利要求6-9中任一所述恒流逆變系統(tǒng)，其特征在于， 所述偽隨機碼發(fā)生器通過一現(xiàn)場可編程門陣列FPGA或一數(shù)字信號處理器DSP實現(xiàn)；所述電流傳感器包括霍爾傳感器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種恒流逆變方法及恒流逆變系統(tǒng)，所述恒流逆變系統(tǒng)由發(fā)電機、整流逆變裝置、主控機構成，其中，恒流發(fā)電機除包括發(fā)電機外，恒流發(fā)電機還包括電流傳感器，用于獲取發(fā)電機電流；勵磁控制器，用于將發(fā)電機電流與預置電流進行比較，獲取比較結果；利用比較結果調整勵磁控制器里的可控硅導通時間，從而調整勵磁電流以確保輸出到負載的電流恒定；所述主控機包括一偽隨機碼發(fā)生器，用于控制整流逆變裝置按偽隨機碼的波形恒流輸出逆變掃頻，增強了系統(tǒng)的抗干擾能力，提高儀器的工作效率以及資料的信噪比。本發(fā)明調節(jié)范圍100VAC～1000VAC，最大輸出功率120kW，電流輸出范圍為10A～150A，恒流精度可達到1％。
文檔編號H02P9/38GK102891645SQ201110202240
公開日2013年1月23日 申請日期2011年7月19日 優(yōu)先權日2011年7月19日
發(fā)明者龐恒昌, 陳維琪, 劉自強, 羅鳳強, 吳銳, 朱從武, 王軍, 王霞 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司