一種大功率電磁勘探恒流發(fā)射裝置及其調(diào)制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及資源勘探技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種大功率電磁勘探恒流發(fā)射裝置及其 調(diào)制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代文明的不斷向前推進(jìn),科學(xué)技術(shù)日新月異,資源的消耗與日倶增。因此, 資源安全已經(jīng)成為國家安全的核心內(nèi)容之一,資源的勘探技術(shù)的高低將直接影響我國經(jīng)濟(jì) 社會(huì)的發(fā)展和穩(wěn)定。
[0003]電磁法勘探是一種新興的勘探技術(shù)。電法勘探發(fā)射裝置是通過利用地面電法來詳 查礦體的設(shè)備。地面電法即由發(fā)射裝置向大地注射頻率變化的大電流,然后再接收地球電 磁場響應(yīng)來獲取地下地質(zhì)體或礦體電導(dǎo)率分布信息,來構(gòu)建地下介質(zhì)電導(dǎo)率的結(jié)構(gòu)特征。 金屬礦通常具有良好的導(dǎo)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。 目前電磁法勘探采用的主要設(shè)備為電磁發(fā)射機(jī)。
[0004]現(xiàn)有的電磁發(fā)射機(jī)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要由以下部分組成:發(fā)電機(jī)組、不控整流橋以 及輸出逆變橋。由于整流橋的電壓無法控制,通常還在不控整流橋后加入一級(jí)升壓式DC/DC 變換器(包括:逆變橋,高頻變壓器,高頻整流橋)。DC/DC變換器的升壓功能,使母線電壓 可以達(dá)到后級(jí)逆變器的發(fā)射要求。
[0005]現(xiàn)有的電磁發(fā)射機(jī)雖然控制簡單,成本低廉實(shí)現(xiàn)容易。然而由于不控整流橋的存 在,使得發(fā)電機(jī)的輸出端功率因數(shù)較低。且當(dāng)發(fā)射機(jī)輸出端發(fā)射頻率較高且發(fā)射線較長時(shí), 發(fā)射線上無功損耗增大,電流畸變嚴(yán)重。同時(shí),逆變橋中開關(guān)管的開關(guān)頻率很高,增大了開 關(guān)器件的發(fā)熱量及損耗。此外,現(xiàn)有的電測發(fā)射機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,導(dǎo)致整個(gè)裝置體積較 大,不利于裝置在室外作業(yè)及移動(dòng)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:解決現(xiàn)有技術(shù)中的電磁發(fā)射裝置發(fā)電機(jī)的輸出端功 率因數(shù)低,電流易發(fā)生畸變,且裝置體積較大的問題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述的發(fā)明目的,本發(fā)明提供了一種大功率電磁勘探恒流發(fā)射裝置及其調(diào) 制方法。
[0008]-方面,本發(fā)明提供了一種大功率電磁勘探恒流發(fā)射裝置,包括依次連接的整流 器、逆變橋路以及發(fā)射電極;
[0009]所述整流器,與發(fā)電機(jī)相連,用于將所述發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能由交流變?yōu)橹绷鳎?br>[0010] 所述逆變橋路,用于將所述整流器輸出的直流逆變成矩形脈沖;
[0011] 所述發(fā)射電極,用于發(fā)射所述矩形脈沖;
[0012] 所述整流器和逆變橋路之間還串聯(lián)有濾波電感,用于穩(wěn)定所述整流器輸出的電 流;
[0013]所述恒流發(fā)射裝置還包括控制器,用于控制所述整流器;
[0014] 所述控制器包括:外環(huán)直流單元、內(nèi)環(huán)交流單元以及處理單元;
[0015]其中,
[0016] 所述外環(huán)直流單元一端與所述整流器的輸出端相連,另一端與所述處理單元相 連;所述內(nèi)環(huán)交流單元一端與所述發(fā)電機(jī)的輸出端相連,另一端與所述處理單元相連;所 述處理單元與所述整流器相連;
[0017] 所述外環(huán)直流單元,用于采集所述整流器輸出的直流電流;
[0018] 所述內(nèi)環(huán)交流單元,用于采集所述發(fā)電機(jī)輸出的交流電流;
[0019] 所述處理單元,用于控制所述整流器;
[0020] 所述整流器輸出的直流電流輸入到所述外環(huán)直流單元中,經(jīng)由所述外環(huán)直流單元 進(jìn)入所述處理單元中,最后經(jīng)由所述處理單元的輸出端輸出至所述整流器中;
[0021 ] 所述發(fā)電機(jī)輸出的交流電流輸入到所述內(nèi)環(huán)交流單元中,經(jīng)由所述內(nèi)環(huán)交流單元 進(jìn)入所述處理單元中,最后經(jīng)由所述處理單元的輸出端輸出至所述整流器中。
[0022] 優(yōu)選地,在所述發(fā)電機(jī)與整流器之間,還連接有濾波器,用于濾除所述發(fā)電機(jī)輸出 電流中的諧波。
[0023] 優(yōu)選地,所述外環(huán)直流單元,包括依次串聯(lián)的直流檢測電路和第一信號(hào)調(diào)理電路; 其中,
[0024] 所述直流檢測電路,用于采集所述整流器輸出的直流模擬信號(hào);
[0025] 所述第一信號(hào)調(diào)理電路,用于將所述直流檢測電路采集的直流模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號(hào)。
[0026] 優(yōu)選地,所述內(nèi)環(huán)交流單元,包括并聯(lián)的交流檢測電路和過零檢測電路,在所述交 流電流檢測電路后面還串聯(lián)有第二信號(hào)調(diào)理電路;其中,
[0027] 所述交流檢測電路,兩個(gè)輸出端分別與所述發(fā)電機(jī)的任意兩相相連,用于采集所 述任意兩相的交流模擬信號(hào);
[0028] 所述第二信號(hào)調(diào)理電路,用于將所述交流檢測電路采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信 號(hào);
[0029] 過零檢測電路,與所述發(fā)電機(jī)任意一相的輸出端相連,用于采集所述發(fā)電機(jī)的頻 率信號(hào)。
[0030] 優(yōu)選地,所述處理單元,包括串聯(lián)的處理器以及第一驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路。
[0031] 優(yōu)選地,還包括碼型控制電路,與所述逆變橋路相連,用于控制所述逆變橋路。
[0032] 優(yōu)選地,所述碼型控制電路包括串聯(lián)碼型生成電路及第二驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路。
[0033] 優(yōu)選地,
[0034] 所述整流器為三相橋式脈寬調(diào)制PWM整流器,每個(gè)橋上串聯(lián)有兩組開關(guān)器件。
[0035]另一方面,本發(fā)明提供了一種大功率電磁勘探恒流發(fā)射裝置的調(diào)制方法,包括:
[0036] 利用所述整流器將所述發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能由交流變?yōu)橹绷鳎?br>[0037] 利用所述逆變橋路將所述直流逆變成矩形脈沖;
[0038] 利用所述發(fā)射電極發(fā)射所述矩形脈沖;
[0039] 利用所述控制器控制所述整流器;
[0040]其中,
[0041] 利用所述控制器采集所述整流器輸出的直流電流;
[0042] 利用所述控制器采集所述發(fā)電機(jī)輸出的交流電流;
[0043] 利用所述控制器根據(jù)所述整流器輸出的直流電流以及所述發(fā)電機(jī)輸出的交流電 流,采用空間矢量調(diào)制算法生成脈寬調(diào)制PWM波形,所述脈寬調(diào)制PWM波形用于控制所述整 流器中開關(guān)器件的開啟關(guān)斷,對(duì)所述整流器輸出的直流以及所述發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)的實(shí)時(shí) 校正。
[0044] 本發(fā)明中,采用三相橋式脈寬調(diào)制PWM整流器,通過對(duì)整流器輸出電流的實(shí)時(shí)檢 測控制,使整流器輸出端可以提供穩(wěn)定的直流電流,不會(huì)因?yàn)樨?fù)載的變化以及輸出線的變 長產(chǎn)生電流畸變。且脈寬調(diào)制PWM整流器還控制發(fā)電機(jī)端的電流始終跟蹤指令電流,使發(fā) 電機(jī)輸出端的功率因數(shù)為單位功率因數(shù)。同時(shí),本發(fā)明的脈寬調(diào)制PWM整流器控制模塊采 用空間矢量調(diào)制方法,降低了整流器中開關(guān)管組的開關(guān)頻率,減小了開關(guān)器件的損耗和發(fā) 熱。此外,本發(fā)明為發(fā)電機(jī)、整流器、逆變橋路以及發(fā)射電極依序連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),相比于傳 統(tǒng)發(fā)射機(jī),本發(fā)明的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更加簡單,減小發(fā)射機(jī)體積,易于實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0045] 通過閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述,各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的,而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明 的限制。而且在整個(gè)附圖中,用相同的參考符號(hào)表示相同的部件。在附圖中:
[0046] 圖1是現(xiàn)有的電磁發(fā)射機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖;
[0047] 圖2是現(xiàn)有的電磁發(fā)射機(jī)發(fā)生電流畸變時(shí)的電流波形示意圖;
[0048]圖3是第一實(shí)施例提供的恒流發(fā)射裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖;
[0049]圖4是第一實(shí)施例提供的恒流發(fā)射裝置的硬件原理示意圖;
[0050] 圖5是第二實(shí)施例提供的裝置調(diào)制方法的控制結(jié)構(gòu)示意圖;
[0051] 圖6是第二實(shí)施例提供的裝置調(diào)制方法的空間矢量分布示意圖;
[0052] 圖7是第二實(shí)施例提供的DSP執(zhí)行的主程序流程圖;
[0053] 圖8 (a)是圖6所示DSP執(zhí)行程序中定時(shí)器中斷子程序流程圖;
[0054] 圖8(b)是圖6所示DSP執(zhí)行程序中捕獲中斷子程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0055] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施 例用于說明本發(fā)明,但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0056] 現(xiàn)有的電磁發(fā)射機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示,包括:發(fā)電機(jī)組、不控整流橋以及輸出 逆變橋。由于整流橋的電壓無法控制,通常還在不控整流橋后加入一級(jí)升壓式DC/DC變換 器(包括:逆變橋