频率域电法勘探高压发射装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种频率域电法勘探高压发射装置及控制方法，是由三相交流发电机a经隔离直流稳压电源Ⅰ和高压逆变桥路与大地负载的正极连接，三相交流发电机c经隔离直流稳压电源Ⅲ和高压逆变桥路与大地负载的负极连接，三相交流发电机b经隔离直流稳压电源Ⅱ的正极与隔离直流稳压电源Ⅰ的负极连接，隔离直流稳压电源Ⅱ的负极与隔离直流稳压电源Ⅲ正极连接，高压逆变桥路与主控单元连接构成。与现有技术相比，用低耐压小功率器件完成高压大功率输出，与现有的两电平输出相比具有较低dv/dt，降低了绝缘冲击和电磁干扰，具有功率器件数目低，控制方法简易，不存在电容均压问题。接线复杂度低，故障率低，具有较高的可靠性，满足野外应用需求。

【技术实现步骤摘要】
频率域电法勘探高压发射装置及控制方法
：本专利技术涉及一种地球物理探测中的电法勘探发射装置及控制方法，尤其适用于发射强脉冲方波信号的频率域高压大功率发射场合。
技术介绍
：在地球物理探测中，人工源频率域电法探测仪器由发射机与接收机两部分组成。发射机用于向探测区域发射具有不同频率的周期性的双极性方波信号，作为电法探测的可控人工场源。接收机采集并记录对应的电磁响应数据，通过对采集到的数据分析处理，最终实现目标区域地质结构的反演解释。在上述的电法勘探过程中，提高发射装置的输出电压，能提高发射机的发射功率，增强大地电磁场响应信号，提高接收机采集信号的信噪比，加大探测仪器的分辨率和探测深度。图9为现有H桥逆变桥路示意图，现有的人工场源通常采用单级直流电源串联H桥逆变结构来发射双极性的脉冲方波信号，H桥一般选用高压快速电力电子器件IGBT作为开关器件，通常选用IGBT的电压等级为1200V或1700V。实际应用中，为了保证电力电子器件具有安全可靠的工作范围，IGBT耐压等级的选取一般为直流母线电压的2～3倍。如今也有3.3kV，4.5kV，6.5kV的高压IGBT，虽然选用更高耐压等级的IGBT可以达到高压逆变的目的，但是由于IGBT的自身结构及工艺水平的限制，较高耐压的IGBT对应较高导通损耗和开关损耗。较高的热损耗同时也会造成更复杂的散热问题，使用较大的散热装置将增大仪器设备的体积及重量，对野外应用造成极大的困难。同时，高耐压等级的IGBT对应更高的成本。此外，由于上述IGBT等功率电力电子器件的限制，致使H桥逆变桥路的前级直流稳压电源设计困难。这些原因导致采用传统的单级直流电源与单级H桥逆变相结合的发射机难以实现高压大功率输出的目的。目前一种常用的解决办法为选用低电压等级IGBT串联方式来提高发射电压等级。直接将IGBT串联应用需要对其进行动态和静态均压，IGBT的开关速度较快使均压电路变得复杂，同时，添加的均压电路也将造成损耗上升，导致效率下降。此外，多电平逆变技术通过改进自身拓扑结构可实现高压大功率输出，多电平逆变器通过产生周期性对称阶梯状方波逼近正弦波，被广泛应用于电力系统和大型电机驱动。基本拓扑结构分为二极管箍位型，电容箍位型和级联型三种。相同电压等级下，图10为二极管箍位型多电平逆变桥路示意图，其需要的箍位二极管和开关管数目较多，成本高；直流母线端输入大电容存在均压问题，均压电路及均压控制复杂。图11为电容箍位型多电平逆变桥路示意图，由于其使用电容数目多，电容体积大，可靠性差，成本高且各电容需要均压，导致目前研究较少，缺乏实用意义。图12为级联型多电平逆变桥路示意图，其采用模块单元串联的方法，每个模块串联单元包括发射桥路和隔离稳压电源。通常级联型逆变器对各级联模块单元进行独立控制，导致接线繁多，易受外界因素干扰。特别是当某一级联模块单元发生驱动故障(即驱动失效，无驱动信号)，故障单元母线电压将变为其它级联单元电压的总和，导致故障单元桥路前端直流稳压电源因输出端高压而损坏。以上原因致使级联型发射系统稳定性下降，故障率提高，间接的降低了野外施工效率，增加了勘探成本。在控制方法上，传统的多电平逆变器采用复杂的控制方法，目的是使得输出正弦波形具有更低失真度和谐波率。而在电法勘探领域，输出波形并不要求是正弦波，实际需要的是基频方波脉冲信号，所以传统的多电平逆变器的控制方法并不适用于电法勘探。CN101634719A提出了一种适用于电法勘探的输出级联式高压逆变装置，该装置采用级联式模块单元，将每一级采用低电压设计，然后多级单元串联，由于母线电压为各级级联电源电压的总和，故实现了高电压输出的目的。但是，由于在控制方法上，各级桥路采用同步驱动信号控制，输出电压为二电平的双极性方波，在相同的直流母线电压条件下，较之多电平逆变装置，该逆变装置在工作过程中将产生较大的dv/dt，造成严重的电磁干扰问题和较高的绝缘要求。同时，需要对各级联模块单元进行独立控制，接线繁多。最为致命的是：当某一级联模块单元发生驱动故障(即驱动失效，无驱动信号)，故障单元母线电压将变为其它级联单元电压的总和，导致故障单元桥路前端直流稳压电源因输出端高压而损坏。
技术实现思路
：本专利技术的目的就是针对上述技术的不足，提供一种频率域电法勘探高压发射装置。本专利技术的另一目的是提供一种频率域电法勘探高压发射装置的控制方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种频率域电法勘探高压发射装置，是由三相交流发电机a1经隔离直流稳压电源Ⅰ4和高压逆变桥路7与大地负载9的正极连接，三相交流发电机c3经隔离直流稳压电源Ⅲ6和高压逆变桥路7与大地负载9的负极连接，三相交流发电机b2经隔离直流稳压电源Ⅱ5的正极与隔离直流稳压电源Ⅰ4的负极连接，隔离直流稳压电源Ⅱ5的负极与隔离直流稳压电源Ⅲ6正极连接，高压逆变桥路7与主控单元8连接构成。主控单元8是由电压互感器、电流互感器和热敏电阻分别经故障检测与变压器隔离驱动Ⅰ连接，复位键经锁存器与故障显示连接，人机交互界面经微处理器、光耦隔离电路与或非门电路连接，或非门电路输出分为两路，一路连接死区电路，另一路连接延时电路，死区电路经变压器隔离驱动1与驱动并口连接，延时电路经变压器隔离驱动2与驱动并口连接构成。所述的变压器隔离驱动1分别对VT11、VT42、VT22、VT31的集电极和发射极间的电压VCE进行信号检测，当VT11、VT42、VT22、VT31中任意一支开关管的VCE超过设定保护阀值时，立即将相应开关管的驱动信号置低，将控制驱动信号A和B均置低；对于VT12、VT41、VT21、VT32，均不检测集电极和发射极间的电压VCE，开关管VT12的驱动信号Drive12和开关管VT41的驱动信号Drive41只受控于驱动信号A，开关管VT21的驱动信号Drive21和开关管VT32的驱动信号Drive32只受控于驱动信号B；当发生过压、过流、过热故障时，将控制驱动信号A和B均置低。高压逆变桥路7由三个电容C1、C2和C3，四个二极管D1、D2、D3和D4，八个开关管VT11、VT12、VT21、VT22、VT31、VT32、VT41和VT42构成；电容C1的正极与HH端连接，电容C1的负极与HL端连接，电容C2的正极与HL端连接，电容C2的负极与LH端连接，电容C3的正极与LH端连接，电容C2的负极与LL端连接；VT11的集电极与HH端连接，VT11的发射极与VT12的集电极连接，VT12的发射极与VT21的集电极和输出端OUTA连接，VT21的发射极与VT22的集电极连接，VT22的发射极与LL端连接，VT31的集电极与HH端连接，VT31的发射极与VT32的集电极连接，VT32的发射极与VT41的集电极和输出端OUTB连接，VT41的发射极与VT42的集电极连接，VT42的发射极与LL端连接；D1的阳极与LH端连接，D1的阴极与VT12的集电极连接，D2的阳极与VT21的发射极连接，D2的阴极与HL端连接，D3的阳极与LH端连接，D3的阴极与VT32的集电极连接，D4的阳极与VT41的发射极连接，D4的阴极与HL端连接构成。频率域电法勘探高压发射装置的控制方法：由主控单元8输出两路互为反相的驱动控制信号A和B，将信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种频率域电法勘探高压发射装置，其特征在于，是由三相交流发电机a(1)经隔离直流稳压电源Ⅰ(4)和高压逆变桥路(7)与大地负载(9)的正极连接，三相交流发电机c(3)经隔离直流稳压电源Ⅲ(6)和高压逆变桥路(7)与大地负载(9)的负极连接，三相交流发电机b(2)经隔离直流稳压电源Ⅱ(5)的正极与隔离直流稳压电源Ⅰ(4)的负极连接，隔离直流稳压电源Ⅱ(5)的负极与隔离直流稳压电源Ⅲ(6)正极连接，高压逆变桥路(7)与主控单元(8)连接构成。

【技术特征摘要】
1.一种频率域电法勘探高压发射装置，其特征在于，由三相交流发电机a(1)与隔离直流稳压电源Ⅰ(4)连接，三相交流发电机b(2)与隔离直流稳压电源Ⅱ(5)连接，三相交流发电机c(3)与隔离直流稳压电源Ⅲ(6)连接，隔离直流稳压电源Ⅱ(5)输出正极与隔离直流稳压电源Ⅰ(4)输出负极HL端连接，隔离直流稳压电源Ⅱ(5)输出负极与隔离直流稳压电源Ⅲ(6)输出正极LH端连接，隔离直流稳压电源Ⅰ(4)输出正极HH端和负极HL端与隔离直流稳压电源Ⅲ(6)输出正极LH端和负极LL端共4个端子均与高压逆变桥路(7)的直流输入端连接，高压逆变桥路(7)的交流输出端OUTA与大地负载(9)的正极连接，高压逆变桥路(7)的交流输出端OUTB与大地负载(9)的负极连接；所述的高压逆变桥路(7)由三个电容C1、C2和C3，四个二极管D1、D2、D3和D4，八个开关管VT11、VT12、VT21、VT22、VT31、VT32、VT41和VT42构成；电容C1的正极与HH端连接，电容C1的负极与HL端连接，电容C2的正极与HL端连接，电容C2的负极与LH端连接，电容C3的正极与LH端连接，电容C3的负极与LL端连接；开关管VT11的集电极与HH端连接，开关管VT11的发射极与开关管VT12的集电极连接，开关管VT12的发射极与开关管VT21的集电极和输出端OUTA连接，开关管VT21的发射极与开关管VT22的集电极连接，开关管VT22的发射极与LL端连接，开关管VT31的集电极与HH端连接，开关管VT31的发射极与开关管VT32的集电极连接，开关管VT32的发射极与开关管VT41的集电极和输出端OUTB连接，开关管VT41的发射极与开关管VT42的集电极连接，开关管VT42的发射极与LL端连接；D1的阳极与LH端连接，D1的阴极与开关管VT12的集电极连接，D2的阳极与开关管VT21的发射极连接，D2的阴极与HL端连接，D3的阳极与LH端连接，D3的阴极与VT32的集电极连接，D4的阳极与开关管VT41的发射极连接，D4的阴极与HL端连接构成。2.按照权利要求1所述的频率域电法勘探高压发射装置，其特征在于，主控单元(8)是由电压互感器、电流互感器和热敏电阻分别经故障检测和锁存器与或非门电路连接，复位键经锁存器与故障显示连接，人机交互界面经微处理器、光耦隔离电路与或非门电路连接，或非门电路输出分为两路，一路连接死区电路，另一路连接延时电路，死区电路经变压器隔离驱动Ⅰ与驱动并口连接，延时电路经变压器隔离驱动Ⅱ与驱动并口连接，变压器隔离驱动Ⅰ与故障检测连接构成。3.按照权利要求2所述的频率域电法勘探高压发射装置，其特征在于，所述的变压器隔离驱动Ⅰ分别对开关管VT11、VT42、VT22、VT31的集电...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡越，孙彩堂，周逢道，周海根，薛开昶，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22