一種大功率電磁勘探發射機系統技術方案

本發明專利技術公開了一種大功率電磁勘探發射機系統，包括發電機組、三相整流橋、濾波電容、H型逆變橋、升壓變壓器、單相整流橋、發射橋、電極、溫度檢測電路、第一電壓檢測電路、第二電壓檢測電路、第一電流檢測電路、第二電流檢測電路、第一中央處理單元、第二中央處理單元、發射控制平臺。通過通信傳輸發射電壓、發射電流參數，并通過參數回傳實時顯示實際發射電壓和發射電流；接收發射控制平臺的發射參數，控制發射橋的發射，并采集發射電壓、發射電流信號，實時回傳至發射控制平臺；實現對H型逆變橋的PWM調制，以獲得穩定、可靠的發射信號；電極是系統信號發射口。提高了發射波形精度和響應速度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及電磁勘探發射機系統，特別涉及一種電磁勘探發射機，屬電力電子整流逆變器。
技術介紹
電磁勘探發射機是通過獲取大地介質對入射電磁場的響應，來構建地下介質電導率的分布信息。金屬礦通常具有良好的導電性，因此電磁法是尋找金屬礦最為有效的地球物理勘探手段。隨著現代電力電子技術和器件的快速發展，電磁勘探發射機主電路的拓撲結構也在發生變化。常用的是二極管不控整流橋和H型逆變橋。二極管不控整流橋完成從交流到直流的AC/DC變換；H型逆變橋執行從直流到正負發射；并且穩定發射電流的措施是通過 調節發電機的勵磁電流完成的。但發電機機電時間常數大，勵磁穩流方法會導致發電磁轉速不穩定造成電壓波動太大，響應時間長，穩流效果有限，而且發射電流的關斷時間也將延長。這將大大降低發射機的穩流精度，甚至對整個系統造成勘探缺陷。Zonge公司的GGT系列發射機采用半控型的晶閘管代替了不控型的大功率二極管，通過控制和調節晶閘管的開通時刻，達到穩定發射電流的目的。但也存在產品質量和體積較大，大功率應用場合發射機中的能量不能完全利用，資源不能更加有效利用，存在諧波及無功功率高的問題。作為電法勘探儀器場源的產生裝置，其發射波形的質量對探測結果的影響顯而易見。因此發射機的關鍵技術在于發射電流性能指標的提升。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對現有技術的不足，從提高電磁勘探發射機發射電流穩定性能的角度出發，研制一種大功率電磁勘探發射機系統。該電磁勘探發射機控制任務分工明確合理，可提高穩流精度和響應速度。為實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案—種大功率電磁勘探發射機系統,發電機組輸出端口與三相整流橋輸入端口相連，三相整流橋的輸出端口連接H型逆變橋輸入端口，H型逆變橋的輸出端口與升壓變壓器的輸入端口相連，升壓變壓器的輸出端口連接單相整流橋輸入端口，單相整流橋的輸出端口連接發射橋的輸入端口，發射橋的輸出端口連接電極端口 ；還設有第一電壓檢測電路(OVl)、第一電流檢測電路(OCl)、第二電壓檢測電路(0V2)、第二電流檢測電路(0C2)、溫度檢測電路(OT)、第一中央處理單元、第二中央處理單元、發射控制平臺和保護電路；第一電壓檢測電路的輸入端口與所述的三相整流橋的輸出端口連接，第一電壓檢測電路的輸出端口分別連接第一中央處理單元、保護電路的一個輸入端口 ；第一電流檢測電路的輸入端口與單相整流橋的輸出端口連接，第一電流檢測電路的輸出端口分別連接第一中央處理單元、保護電路的一個輸入端口 ；第二電壓檢測電路的輸入端口與單相逆變橋的輸出端口連接，第二電壓檢測電路的輸出端口分別連接第一中央處理單元、第二中央處理單元、保護電路的一個輸入端口 ；第二電流檢測電路的輸入端口與發射橋的輸入端口連接，第二電流檢測電路的輸出端口分別連接第一中央處理單元、第二中央處理單元、保護電路的一個輸入端口 ；溫度檢測電路的輸出端口分別連接第一中央處理單元、保護電路的一個輸入端口 ；第一中央處理單元輸出端口與H型逆變橋輸入端口連接；第二中央處理單元輸出端口與發射橋輸入端口連接；所述的發射控制平臺與第二中央處理單元連接；第一中央處理單元包括DSPl控制單元、第一 PWM驅動模塊、保護電路；第二中央處理單元包括DSP2控制單元和第二 PWM驅動模塊；系統中發電機組為系統提供頻率為50HZ、電壓為380V的三相不穩定電源，進入三相整流橋整流濾波，獲得第一級直流母線電壓；第一級的直流母線電壓通過H型逆變橋逆變成20KHZ的單相交流電，20KHZ的單相交流電通過變比為1:2. 3的升壓變壓器升壓，然后進入單相整流橋整流濾波獲得第二級直流母線電壓；第二級直流母線電壓進入發射橋輸出恒定電壓或者恒定電流；發射控制平臺通過人機交互來實現對直流母線電壓、發射信號的電流、頻率以及發射時間、時長的控制，DSP2控制單元接受來自發射控制平臺的電壓電流頻率等參數，將電壓電流傳送到DSPl控制單元，同時也傳遞開始發射指令；DSP1控制單元收到電壓電流參數，并且接收到開始發射指令后，采集三相整流橋整流濾波電壓、單相整流橋整流濾波電壓和電流、發射橋發射電壓和發射電流，監測電壓電流異常，出現過壓或者過流，立即封鎖第一 PWM驅動模塊，同時發射電壓電流信號還作為反饋信號，與接收到的電壓電流參數做PI運算，計算控制逆變橋中開關管開通和關斷PWM波的占空比；DSP2控制單元采集發射電壓和發射電流，回傳發射控制平臺，進行實現和監控；溫度檢測電路、第一電壓檢測電路、第一電流檢測電路、第二電壓檢測電路、第二電流檢測電路的輸出信號分別進入保護電路，同時第一 PWM驅動模塊的短路檢測輸出信號也進入保護電路，一旦發生過溫、過壓、過流、短路等故障，保護電路和第一中央處理單元立即封鎖第一 PWM驅動模塊的輸出，短路情況下實施PWM的軟關斷，實現對逆變橋、發射橋和系統的冗余保護。前述的三相整流橋為一個三相不控整流橋模塊或者一個晶閘管三相整流全橋。前述的H型逆變橋為二個絕緣柵雙極性晶體管模塊，或者一個智能功率模塊。前述的單相整流橋為一個單相不控整流橋模塊。前述的發射橋為兩個絕緣柵雙極性晶體管模塊，或者一個智能功率模塊。系統所述的H型逆變橋和發射橋采用絕緣柵雙極型晶體管(Insulated GateBipolar Transistor)，因為IGBT集成了功率MOSFET和GTR的優點，既具有功率MOSFET的輸入阻抗高、電壓控制、驅動功率小、開關速度快，工作頻率可達1CT60KHZ，飽和壓降低，又具有GTR的電壓電流容量大，安全工作區寬的優點。本專利技術與現有技術相比，具有以下明顯的優勢和有益效果本專利技術在電磁勘探中電磁勘探發射機借鑒開關電源技術的最新成果，發電機組為系統提供不穩定的三相交流電源，采用三相整流橋AC-DC變換技術進行整流濾波，以獲得穩定的直流電壓，之后采用DC-AC逆變技術，通過逆變橋將濾波后的電壓逆變為占空比可·調的20KHZ單相交流電、經過升壓變壓器升壓之后進入單相整流橋整流濾波，建立穩定的直流母線電壓，發射橋執行恒電壓或者恒電流發射。發射控制平臺傳遞發射電壓電流頻率參數，并實時顯示實際發射電壓電流頻率等參數；DSP2控制單元接收發射電壓電流頻率參數，控制發射橋開關管的開關頻率和PWM占空比；DSP1控制單元接收發射電壓電流信號，并利用發射電壓、發射電流反饋信號進行PI調節，通過PWM調制實現對H型逆變橋中開關器件的開關控制，以獲得高穩定、高線性度以及高頻率的發射信號。電壓電流檢測電路、溫度檢測電路的信號分別進入DSPl控制單元和保護電路，DSPl控制單元在監測到電壓電流或溫度異常時能進入優先級別最高的功率保護中斷，封鎖第一PWM驅動模塊的PWM輸出；保護電路監測電壓電流或溫度異常時，封鎖第一 PWM驅動模塊的PWM輸出。這種方案實施的優點在于發射控制平臺、DSPl控制單元、DSP2控制單元控制任務分工明確，單個DSP單元數據處理量較少，保證DSP較低的工作溫度，提高DSP的工作可靠性和工作壽命；H型逆變橋和發射橋的電氣連接均采用疊層母排技術，顯著減少強電線路的雜散電感，有效地減小了開關管關斷時的突波電壓，有助于減小突波吸收電容，節約成本；DSP1控制單元和保護電路分別監測電壓電流溫度等參數，出現過溫(0T)、過壓(0V)本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大功率電磁勘探發射機系統，發電機組輸出端口與三相整流橋輸入端口相連，三相整流橋的輸出端口連接H型逆變橋輸入端口，H型逆變橋的輸出端口與升壓變壓器的輸入端口相連，升壓變壓器的輸出端口連接單相整流橋輸入端口，單相整流橋的輸出端口連接發射橋的輸入端口，發射橋的輸出端口連接電極端口；其特征在于：還設有第一電壓檢測電路、第一電流檢測電路、第二電壓檢測電路、第二電流檢測電路、溫度檢測電路、第一中央處理單元、第二中央處理單元、發射控制平臺和保護電路；所述的第一電壓檢測電路的輸入端口與所述的三相整流橋的輸出端口連接，第一電壓檢測電路的輸出端口分別連接第一中央處理單元、保護電路的一個輸入端口；所述的第一電流檢測電路的輸入端口與單相整流橋的輸出端口連接，第一電流檢測電路的輸出端口分別連接第一中央處理單元、保護電路的一個輸入端口；所述的第二電壓檢測電路的輸入端口與單相逆變橋的輸出端口連接，第二電壓檢測電路的輸出端口分別連接第一中央處理單元、第二中央處理單元、保護電路的一個輸入端口；所述的第二電流檢測電路的輸入端口與發射橋的輸入端口連接，第二電流檢測電路的輸出端口分別連接第一中央處理單元、第二中央處理單元、保護電路的一個輸入端口；所述的第一中央處理單元輸出端口與逆變器輸入端口連接；第二中央處理單元輸出端口與發射橋輸入端口連接；所述的發射控制平臺與第二中央處理單元連接；所述的第一中央處理單元包括DSP1控制單元、第一PWM驅動模塊、保護電路；第二中央處理單元包括DSP2控制單元和第二PWM驅動模塊；電壓進入三相整流橋整流濾波，獲得第一級直流母線電壓；第一級的直流母線電壓通過逆變器逆變成20KHZ的單相交流電，20KHZ的單相交流電通過升壓變壓器升壓，然后進入單相整流橋整流濾波獲得第二級直流母線電壓；第二級直流母線電壓進入發射橋輸出恒定電壓或者恒定電流；發射控制平臺通過人機交互來實現對直流母線電壓、發射信號的電流、頻率以及發射時間、時長的 控制，DSP2控制單元接受來自發射控制平臺的電壓電流頻率等參數，將電壓電流傳送到DSP1控制單元，同時也傳遞開始發射指令；DSP1控制單元收到電壓電流參數，并且接收到開始發射指令后，采集三相整流橋整流濾波電壓、單相整流橋整流濾波電壓和電流、發射橋發射電壓和發射電流，監測電壓電流異常，出現過壓或者過流，立即封鎖第一PWM驅動模塊，同時發射電壓電流信號還作為反饋信號，與接收到的電壓電流參數做PI運算，計算控制逆變橋中開關管開通和關斷PWM波的占空比；DSP2控制單元采集發射電壓和發射電流，回傳發射控制平臺，進行實現和監控；溫度檢測電路、第一電壓檢測電路、第一電流檢測電路、第二電壓檢測電路、第二電流檢測電路的輸出信號分別進入保護電路，同時第一PWM驅動模塊的短路檢測輸出信號也進入保護電路，一旦發生過溫、過壓、過流、短路等故障，保護電路和第一中央處理單元立即封鎖第一PWM驅動模塊的輸出，短路情況下實施PWM的軟關斷，實現對逆變橋、發射橋和系統的冗余保護。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張一鳴，仝江濤，馮金蘭，王旭紅，高俊霞，
申請(專利權)人：北京工業大學，
類型：發明
國別省市：