海洋电磁探测发射装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种海洋电磁探测发射装置及控制方法，包括：依次连接的整流器和逆变H桥输出电路，所述整流器包括LC滤波电路和电流型整流桥，所述逆变H桥输出电路包括发射桥和发射电极。所述发射装置还包括控制装置，所述控制装置包括正弦波及同步信号产生电路、DSP数据处理电路和多路PWM信号发生电路。本发明专利技术的整体拓扑结构为BUCK电路拓扑结构，使得在海洋电阻较小的环境下，更容易实现海洋电磁发射装置的小电压大电流的发射目标。本发明专利技术采用了间接SVPWM和移相技术相结合的PWM生成技术，能够利用多个电平台阶合成阶梯波以逼近正弦输出电流，这种变换得到的输出波形具有更好谐波频谱，使得发射装置内的开关器件所承受的电流应力小，损耗小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及资源勘探
，尤其涉及一种海洋电磁探测发射装置及控制方法。
技术介绍
随着社会经济的不断发展，人类面临人口膨胀、资源匾乏、环境恶化的形势越来越严峻。重返海洋已成为人类解决这些问题的重要出路之一，而现代海洋探测技术是必不可少的手段之一。深海大洋蕴藏着丰富的固体矿产资源，包括海底多金属结核、富钴结壳、多金属硫化物、天然气水合物等，部分金属矿产在海底储量是陆地上的数十倍，具有很好的商业开发前景。但是，由于深水勘探环境及深水盆地和前新生代残留盆地等深部结构的复杂性，埋藏深度很大，海洋油气勘探具有高风险。海洋电磁场勘探及海洋可控源电磁勘探技术作为一种油气勘探新技术，具有能够区分圈闭内油水性质、揭露火山岩覆盖下的高阻体的特点，尤其是在深水油气资源潜在区，可以大幅提高钻井成功率，降低钻井开发中的干井率和投资风险。可控源海洋电磁勘探系统(MCSEM)通过由拖船拖曳的发射机向海底供电激发，将多分量电磁接收机布设在海底测量电磁场值。通过计算视电阻率和相位，或者直接利用所观测的电场和磁场达到探测地下电性分布特征的目的。如图1所示，传统海洋电磁发射机拓扑结构主要由以下部分组成：发电机组，调压器，不控整流桥，逆变桥(H1桥)，高频变压器，高频整流桥，输出逆变桥(H2桥)。由于整流电压无法控制，通常在不控整流桥后加入一级降压式式DC/DC变换器(逆变桥(H1桥)，高频变压器，高频整流桥)。DC/DC变换器的降压功能，使母线电压可以达到后级逆变器的发射要求。这种拓扑结构虽然控制简单，成本低廉，实现容易，然而它也存在如下缺点：(1)由于不控整流装置的存在，使得发电机的输出端功率因数较低；(2)为了降低高频变压器的体积，逆变桥(H1桥)的开关频率会很高，这会增大开关器件的发热量及损耗；(3)海洋负载为阻感性负载，而传统发射机输出端为恒压源，这会使得发射电流出现明显畸变。
技术实现思路
本专利技术提供一种海洋电磁探测发射装置及控制方法，用于解决现有技术中发电机输出功率因数低，发热及损耗大的问题。第一方面，本专利技术提供一种海洋电磁探测发射装置，包括：依次连接的整流器和逆变H桥输出电路；整流器，与交流发电机连接，用于将所述发电机产生的电能由交流变为直流；逆变H桥输出电路，与所述整流器的直流输出端连接，用于将所述整流器输出的直流逆变成矩形脉冲，并发射所述矩形脉冲；所述整流器为电流型五电平整流器，其包括LC滤波电路和电流型整流桥，所述电流型整流桥包括两个三相整流桥，所述三相整流桥的直流输出端各串联一个电感；所述逆变H桥输出电路包括发射桥和发射电极，所述发射桥包括与所述电流型整流桥直流输出端连接的并联的四个开关管，所述发射电极连接所述发射桥的输出端；所述发射装置还包括用于控制所述整流器的控制装置，所述控制装置包括正弦波及同步信号产生电路、DSP数据处理电路和多路PWM信号发生电路，其中，所述正弦波及同步信号产生电路，与发电机的三相输出端连接，用于对三相输出端电压进行检测获取方波同步信号，并根据方波同步信号生成三相正弦波发送给所述DSP数据处理电路；DSP数据处理电路，与所述正弦波及同步信号产生电路连接，用于获得三相正弦波的各相占空比数据和时钟信号，并发送给所述多路PWM信号发生电路；PWM信号发生电路，与所述正弦波及同步信号产生电路和所述DSP数据处理电路连接，用于根据各相占空比数据、时钟信号和同步信号获取控制整流器开关管通断的多路SVPWM信号，并作用于所述整流器。优选地，所述正弦波及同步信号产生电路包括电压相位检测单元、正弦波发生单元和解耦预处理单元，其中，电压相位检测单元，与发电机的三相输出端连接，用于对三相输出端电压进行零检测处理获得方波同步信号；正弦波发生单元，与所述电压相位检测单元连接，用于根据方波同步信号生成三相正弦波；解耦预处理单元，与所述正弦波发生单元连接，用于对三相正弦波进行解耦控制并发送给所述DSP数据处理电路，同时生成同步信号发送给所述PWM信号发生电路。优选地，所述DSP数据处理电路包括A/D采样单元和占空比处理单元，其中，A/D采样单元，与所述解耦预处理单元的输出端连接，用于对三相正弦波进行模数转换处理，并发送给所述占空比处理单元；占空比处理单元，与所述A/D采样单元连接，用于将转换后的三相正弦波进行处理获取各相占空比数据和时钟信号，并发送给所述PWM信号发生电路。优选地，所述PWM信号发生电路包括相移载波发生器、数据锁存器、二值逻辑PWM发生器和三值逻辑PWM发生器，其中，相移载波发生器，与所述占空比处理单元连接，用于根据时钟信号生成正弦波的相移信息；数据锁存器，与所述占空比处理单元连接，用于对三相正弦波的占空比数据进行存储；二值逻辑PWM发生器，分别与所述相移载波发生器和数据锁存器连接，用于根据相移信息和占空比数据生成适用于电压型PWM整流器的二值逻辑脉冲驱动信号；三值逻辑PWM发生器，分别与电压相位检测单元、解耦预处理单元和二值逻辑PWM发生器连接，用于根据二值逻辑脉冲驱动信号和同步信号生成适用于电流型PWM整流器的三值逻辑SVPWM信号，并作用于所述整流器。另一方面，本专利技术提供一种基于海洋电磁探测发射装置的控制方法，包括：正弦波及同步信号产生电路检测发电机的三相输出端电压获取方波同步信号，并根据方波同步信号生成三相正弦波；DSP数据处理电路分析处理三相正弦波获得各相占空比数据及时钟信号；PWM信号发生电路根据各相占空比数据、时钟信号和同步信号获得控制整流器开关管通断的多路SVPWM信号，并作用于所述整流器。优选地，在生成三相正弦波的过程中，设置正弦波及同步信号产生电路包括电压相位检测单元、正弦波发生单元和解耦预处理单元，以使：电压相位检测单元检测发电机的三相输出端电压获取方波同步信号；正弦波发生单元根据方波同步信号生成三相正弦波；解耦预处理单元对三相正弦波进行解耦处理。优选地，在获取各相占空比数据的过程中，设置DSP数据处理电路包括A/D采样单元和占空比处理单元，以使：A/D采样单元对三相正弦波进行模数转换处理并发送给占空比处理单元；占空比处理单元对转换后的三相正弦波进行计算获得各相真空比数据和时钟信号。优选地，在获取多路SVPWM信号的过程中，设置PWM信号发生电路包括相移载波发生器、数据锁存器、二值逻辑PWM发生器和三值逻辑PWM发生器，以使：相移载波发生器根据时钟信号生成正弦波的相移信息；数据锁存器对三相正弦波的占空比数据进行存储；二值逻辑PWM发生器根据相移信息和占空比数据生成适用于电压型PWM整流器的二值逻辑脉冲驱动信号；三值逻辑PWM发生器根据二值逻辑脉冲驱动信号和同步信号生成适用于电流型PWM整流器的三值逻辑SVPWM信号，并作用于所述整流器。由上述技术方案可知，本专利技术的整体拓扑本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海洋电磁探测发射装置，其特征在于，包括：依次连接的整流器和逆变H桥输出电路；整流器，与交流发电机连接，用于将所述发电机产生的电能由交流变为直流；逆变H桥输出电路，与所述整流器的直流输出端连接，用于将所述整流器输出的直流逆变成矩形脉冲，并发射所述矩形脉冲；所述整流器为电流型五电平整流器，其包括LC滤波电路和电流型整流桥，所述电流型整流桥包括两个三相整流桥，所述三相整流桥的直流输出端各串联一个电感；所述逆变H桥输出电路包括发射桥和发射电极，所述发射桥包括与所述电流型整流桥直流输出端连接的并联的四个开关管，所述发射电极连接所述发射桥的输出端；所述发射装置还包括用于控制所述整流器的控制装置，所述控制装置包括正弦波及同步信号产生电路、DSP数据处理电路和多路PWM信号发生电路，其中，所述正弦波及同步信号产生电路，与发电机的三相输出端连接，用于对三相输出端电压进行检测获取方波同步信号，并根据方波同步信号生成三相正弦波发送给所述DSP数据处理电路；DSP数据处理电路，与所述正弦波及同步信号产生电路连接，用于获得三相正弦波的各相占空比数据和时钟信号，并发送给所述多路PWM信号发生电路；PWM信号发生电路，与所述正弦波及同步信号产生电路和所述DSP数据处理电路连接，用于根据各相占空比数据、时钟信号和同步信号获取控制整流器开关管通断的多路SVPWM信号，并作用于所述整流器。...

【技术特征摘要】
1.一种海洋电磁探测发射装置，其特征在于，包括：依次连接的整流器和逆变H桥输出电路；
整流器，与交流发电机连接，用于将所述发电机产生的电能由交流变为直流；
逆变H桥输出电路，与所述整流器的直流输出端连接，用于将所述整流器输出的直流逆变成矩形脉冲，并发射所述矩形脉冲；
所述整流器为电流型五电平整流器，其包括LC滤波电路和电流型整流桥，所述电流型整流桥包括两个三相整流桥，所述三相整流桥的直流输出端各串联一个电感；
所述逆变H桥输出电路包括发射桥和发射电极，所述发射桥包括与所述电流型整流桥直流输出端连接的并联的四个开关管，所述发射电极连接所述发射桥的输出端；
所述发射装置还包括用于控制所述整流器的控制装置，所述控制装置包括正弦波及同步信号产生电路、DSP数据处理电路和多路PWM信号发生电路，其中，
所述正弦波及同步信号产生电路，与发电机的三相输出端连接，用于对三相输出端电压进行检测获取方波同步信号，并根据方波同步信号生成三相正弦波发送给所述DSP数据处理电路；
DSP数据处理电路，与所述正弦波及同步信号产生电路连接，用于获得三相正弦波的各相占空比数据和时钟信号，并发送给所述多路PWM信号发生电路；
PWM信号发生电路，与所述正弦波及同步信号产生电路和所述DSP数据处理电路连接，用于根据各相占空比数据、时钟信号和同步信号获取控制整流器开关管通断的多路SVPWM信号，并作用于所述整流器。
2.根据权利要求1所述的海洋电磁探测发射装置，其特征在于，所述正弦波及同步信号产生电路包括电压相位检测单元、正弦波发生单元和解耦预处理单元，其中，
电压相位检测单元，与发电机的三相输出端连接，用于对三相输出端电压进行零检测处理获得方波同步信号；
正弦波发生单元，与所述电压相位检测单元连接，用于根据方波同步信号生成三相正弦波；
解耦预处理单元，与所述正弦波发生单元连接，用于对三相正弦波进行解耦控制并发送给所述DSP数据处理电路，同时生成同步信号发送给所述PWM信号发生电路。
3.根据权利要求2所述的海洋电磁探测发射装置，其特征在于，所述DSP数据处理电路包括A/D采样单元和占空比处理单元，其中，
A/D采样单元，与所述解耦预处理单元的输出端连接，用于对三相正弦波进行模数转换处理，并发送给所述占空比处理单元；
占空比处理单元，与所述A/D采样单元连接，用于将转换后的三相正弦波进行处理获取各相占空比数据和时钟信号，并发送给所述PWM信号发生电路。
4.根据权利要求3所述的海洋电磁探测发射装置，其特征在于，所述PWM信号发生电路包括相...

【专利技术属性】
技术研发人员：张一鸣，张加林，原大康，刘蔚，高俊侠，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11