三环并联控制的电性源发射机及控制方法技术

本发明专利技术涉及一种三环并联控制的电性源发射机及控制方法，是由三相交流发电机经三相整流滤波电路、全桥逆变电路、高频隔离变压器、全桥整流电路、滤波电感、滤波电容器、脉冲电流发生器与大地负载连接，主控制器分别与全桥逆变电路、电流环检测电路、电压环检测电路、脉冲电流环检测电路和脉冲电流发生器连接构成。弥补了单一电流环无法适应宽频范围内大地负载特性变化的缺点，实现了输出电流实时控制，提高了高频时的控制精度。大幅度缩小了发射机体积，减轻了发射机重量，减少了元器件数量，使发射机更加便携。隔离电压大于发射机最大工作电压的2倍，保证了设备和操作人员的安全，同时防止信号之间干扰，使仪器工作更加稳定可靠。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种，是由三相交流发电机经三相整流滤波电路、全桥逆变电路、高频隔离变压器、全桥整流电路、滤波电感、滤波电容器、脉冲电流发生器与大地负载连接，主控制器分别与全桥逆变电路、电流环检测电路、电压环检测电路、脉冲电流环检测电路和脉冲电流发生器连接构成。弥补了单一电流环无法适应宽频范围内大地负载特性变化的缺点，实现了输出电流实时控制，提高了高频时的控制精度。大幅度缩小了发射机体积，减轻了发射机重量，减少了元器件数量，使发射机更加便携。隔离电压大于发射机最大工作电压的2倍，保证了设备和操作人员的安全，同时防止信号之间干扰，使仪器工作更加稳定可靠。【专利说明】
: 本专利技术涉及一种地球物理勘探中的电法仪器，尤其是适用于发射脉冲电流频率为nX KT1Hz?nX IO1Wk,发射脉冲电流幅值在几十安培，接地电极阻抗为10?80 Ω，相隔距离在0.5km一 3km之间的电磁发射机。
技术介绍
:在地球物理勘探方法中，可控源音频大地电磁法(Controlled SourceAudio-frequency MagnetotelIuric,CSAMT)因工作效率、探测精度及横向和纵向分辨率较高而被广泛应用于金属矿探测、地热资源勘查、煤田和油气构造勘查等领域。CSAMT采用电磁发射机形成人工场源，向目标区域发送电磁波场，通过接收机检测电场和磁场信号来探测地下结构。对于CSAMT电磁探测方法，当发射机负载为电感线圈时，称为磁性源CSAMT，当发射机负载为接地电极时，称之为电性源CSAMT，对应的发射机称之为电性源发射机。电性源发射机负载为大地负载，包括接地电极和连接两个接地电极之间的导线，通常两个接地电极相距I?3km，阻抗为10?80 Ω，因工作地区和接地条件的改变而不同，两个电极通过金属导线与发射机连接，导线等效电感为I?8mH，等效电阻为I?10 Ω，因导线的材质和铺设形状不同而改变。采用电性源CSAMT方法时，发射机向I?3km的接地导线中发射幅值恒定的双极性脉冲电流形成人工谐变场源，通常发射功率可以达到几十千瓦，收发距达至IJ十几km，发射频率为ηX KT1Hz到ηX IO3Hz。电性源CSAMT通过改变大地负载中脉冲电流的频率，可以实现不同深度的探测。在野外工程应用中，电性源发射机用于向大地负载发射频率、波形可变的脉冲电流。当向大地负载发射不同频率的脉冲电流波形时，接地电极呈现以下特性:a)电流正负脉冲对应的接地电极阻抗不相等；b)正负电流脉冲进行切换之后，接地电极阻抗有一定的变化，先为低阻，后为高阻；c)接地电极阻抗随着工作时间的增长会因产生的热能而变大。同时，当探测地下浅层区域时，发射机向大地负载发射高频电流脉冲波形，导线电感感抗随着脉冲电流频率的增大而迅速增大，大地负载上流过较大的无功功率，导线电感阻抗呈现以下特性:a)在低频时导线电感感抗远小于接地电极阻抗；b)在高频时与接地电极感抗接近或者大于接地电极阻抗。另外，考虑施工效率问题，电性源发射机通常放置在道路附近，连接接地电极的导线通常沿道路铺设，可能跨越人文环境复杂地区，导线可能因为人为因素造成突然开路现象。在实际测量过程中，为了保证测量结果的准确性，要求发射机能够根据大地负载的变化对发射电流进行实时调节和控制，在特定频率下脉冲电流的正极和负极幅值恒定且相等，发射电流的稳定性和准确性对获得数据的可信度、地质解释的精准度起着关键作用，同时为了保证仪器和周围人员的安全，要求电性源发射机和输出导线不能形成较高的过冲电压。常规电性源发射机，采用的控制方法主要包括单一电压闭环控制方法、单一电流闭环控制方法和电流内环电压外环的双闭闭环控制方法。单一电压闭环控制方法通过保持脉冲电流发生器母线电压恒定的方法来实现大地负载电流幅值恒定，该方法无法适应大地负载阻抗值的改变。单一电流环的控制原理包括两类:一类是通过控制滤波电感上的输出电流平均值值恒定来间接保证大地负载电流幅值恒定，该方法可以适应低频时大地负载接地电极阻抗值的变化，但是无法适应频率改变引起的导线电感阻抗值的变化，其原因在于:在高频时，导线电感阻抗值增大，大地负载中无功功率增加，导致滤波电感上电流平均值与大地负载上的脉冲电流有效值相差较大，从而使电流环失去对大地负载上脉冲电流的控制作用，使发射机处于开环状态，输出端始终处于最高电压，无法适应负载变化，无稳流效果；另一类是直接控制流过大地负载上的脉冲电流，该方法可以对大地负载上的脉冲电流进行实时监测，但是需要对脉冲电流进行整流滤波变换后才能形成反馈控制信号，存在着响应速度慢的固有特性，该特性可能导致发射机中半导体开关器件瞬时过载现象，进而烧毁器件，使发射机产生致命性损伤。电流内环电压外环的双闭环控制方法可以适应低频时大地负载接地电极阻抗值的变化，也可以避免高频时直流电源输出端产生过高的电压，但是无法适应高频时导线电感感抗值的增加，无法对大地负载上的电流进行控制，另外该控制方法中，电流环串联于电压环之中，在进行电压外环设计时，参数需要根据电流内环进行确定，受限制因素较多，导致电路参数设计复杂，电路调试困难。CN201146485Y提出了一种产生宽恒幅交流方波电流的频域电磁发射装置，该装置采用嵌位电压源调节高频交流方波电流的换向过程，采用恒流电感、“能量补充电路”，通过滞环控制的方法实现负电流幅值恒定，属于单一电流闭环控制方法。该装置要求负载为感性负载，要求线圈电阻和电感值较小，无法适用于向大地负载提供大功率的脉冲电流。CN102510233A公布了一种多功能电流脉冲发射机及控制方法，该专利技术通过两档直流电源对输出电压进行粗调，通过降压斩波稳流电路控制流过负载的电流幅值，通过嵌位电路来控制电流脉冲的换向过程。该专利技术通过不同的拓扑结构分别进行独立的稳压控制和稳流控制，属于单一稳压闭环控制和单一稳流控制相串联的控制方法。该方法可以适应低频时大地负载接地电极阻抗值的变化，但是无法适应高频时导线电感感抗值的变化，在高频时，随着大地负载无功功率的增加，降压斩波稳流电路无法对大地负载上电流值的大小进行调节和控制。另外，装置采用两档直流电源、降压斩波稳流电路和嵌位电路对大地负载上的输出电流进行控制，采用器件较多，成本较高，设计和研发周期较长。
技术实现思路
:本专利技术的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种电性源发射机三环并联控制装置；本专利技术的另一目的是提供一种电性源发射机三环并联控制方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的:三环并联控制的电性源发射机，是由三相交流发电机I经三相整流滤波电路2、全桥逆变电路3、高频隔离变压器4与全桥整流电路5连接，全桥整流电路5的正输出端经滤波电感6、滤波电容器7、脉冲电流发生器8与大地负载9的正极连接，全桥整流电路5的负输出端经滤波电容7、脉冲电流发生器8与大地负载9的负极连接，滤波电感6的输出端经电流环检测电路11与主控制器10连接，滤波电容7的输出端经电压环检测电路12与主控制器10连接，脉冲电流发生器8的正极经脉冲电流环检测电路13与主控制器10连接，主控制器10分别与全桥逆变电路3和脉冲电流发生器8连接构成。电流环检测电路11是由直流电流传感器11-1与电流环放大调理电路11-2连接构成；电压环检测电路1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

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