CN106100372A - 一种电磁勘探发射机装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电磁勘探发射机装置，包括：发电机、三相升压整流模块、发射模块和发射电极；发电机与三相升压整流模块连接，三相升压整流模块与发射模块连接，发射模块与发射电极连接；发电机输出三相电压，三相电压经三相升压整流模块处理输出一个连续的可调直流电压，可调直流电压经发射模块按频率控制输出方波电压，方波电压经发射电极给大地提供相应频率的电流波形。本发明中用三相升压整流模块实现了不使用笨重的变压器以及实现发射机输入功率因数接近1的目的，减小了电磁勘探发射机装置的体积，提供了一种轻便、体积小、电能利用率高的电磁勘探发射机装置。

Description

一种电磁勘探发射机装置
技术领域
本发明涉及电磁勘探发射机系统，特别涉及一种电磁勘探发射机装置。
背景技术
电磁勘探发射机装置是通过利用地面电法来详查矿体的设备，是可控源地面电磁测深系统的重要组成部分，通过发射模块向大地发射频率变化的大电流，再接收地球电磁场响应来获取地下地质体或矿体电导率分布信息，只有发射功率足够大，才能保证接收机获得的信号的信噪比足够高，从而保证足够的探测深度和精度。
目前，国内外研制的大功率发射机普遍存在体积大，笨重，电能利用率低等问题。例如通过不可控整流桥来实现整流的发射机，其发电机的功率因数较低，电能不能充分利用，发射信号强度可调范围非常有限。通过脉宽调制DC/DC全桥变换器或者采用可调档变压器与相控整流桥技术的大功率发射机体积较大，野外施工及其不方便。因此，有必要提供一种轻便，体积小，电能利用率高的发射机。
发明内容
本发明针对现有发射机中普遍存在体积大，笨重，电能利用率低等问题，提供了一种克服了现有缺陷的电磁勘探发射机，旨在提供一种轻便，体积小，电能利用率高的电磁勘探发射机。
为了实现上述目标，本发明采用如下的方案：一种电磁勘探发射机装置，包括：发电机、三相升压整流模块、发射模块和发射电极，发电机与三相升压整流模块连接，三相升压整流模块与发射模块连接，发射模块与发射电极连接；发电机输出三相电压，三相电压经三相升压整流模块处理输出一个连续的可调直流电压，可调直流电压经发射模块按频率控制输出方波电压，方波电压经发射电极给大地提供相应频率的电流波形。
优选的，三相升压整流模块包括用于输出稳定直流电压的三相全控整流模块、三相电流检测电路、用于实现升压整流的三相功率因数校正控制电路和输出电压检测电路；三相全控整流模块包括用于实现变压器功能的三个升压电感和三相全控整流桥，升压电感与发电机连接，三相电流检测电路与升压电感连接，三相功率因数校正控制电路分别与三相电流检测电路和输出电压检测电路连接，三相全控整流桥分别与升压电感和三相功率因数校正控制电路连接，滤波电路与三相全控整流桥连接，输出电压检测电路与滤波电路连接，发射模块与滤波电路连接；三相电流检测电路获取经升压电感处理的三相电流信号，输出电压检测电路获取三相全控整流模块控制输出的稳定直流电压，三相功率因数校正控制电路获取三相电流信号和稳定直流电压并处理输出一个控制信号，三相全控整流桥获取控制信号并处理输出连续可调的直流电压，连续可调的直流电压输出至发射模块。
优选的，三相全控整流桥为由六个绝缘栅双极型晶体管组成的三相全控整流桥，升压电感中的每一个分别与两个晶体管连接构成三相全控整流桥。
优选的，三相功率因数校正控制电路包括三相过零同步检测电路、相电压分区电路、多路电流选择电路、PI补偿电路、单周期控制电路、驱动波形逻辑控制电路和隔离电路；
三相过零同步检测电路经升压电感与发电机连接，用于获取并输出发电机三相电压的极性逻辑脉冲；
相电压分区电路与三相过零同步检测电路连接，用于根据极性逻辑脉冲对三相电压的每一个相电压的一个周期进行分区处理，输出六个分区相电压和与六个分区相电压对应的六路相电压分区信号；
多路电流选择电路与三相电流检测电路连接，用于获取三相电流波形，并处理输出三路相电流信号和极性取反后的三路相电流信号，即六路相电流信号；
多路电流选择电路与相电压分区电路连接，用于根据六路相电压分区信号选择输出六路相电流信号中的两路电流信号；
PI补偿电路与输出电压检测电路连接，用于获取输出电压检测电路输出的稳定的直流电压，并将稳定的直流电压与设定的直流参考电压进行补偿比较处理后获得并输出一个控制电压；
单周期控制电路分别与多路电流选择电路和PI补偿电路连接，用于根据两路电流信号和控制电压处理后输出两路脉宽调制信号；
驱动波形逻辑控制电路与单周期控制电路和相电压分区电路连接，用于根据两路脉宽调制信号和六路相电压分区信号进行逻辑运算输出六路逻辑信号；
隔离驱动电路与驱动波形逻辑控制电路连接，用于根据六路逻辑信号输出驱动信号；
三相全控整流桥与隔离驱动电路连接，用于根据驱动信号驱动控制六个绝缘栅双极性晶体管以获得稳定的直流电压。
优选的，单周期控制电路包括复位积分电路、运放电路、两路比较器和两路触发器；
复位积分电路与PI补偿电路连接，用于根据控制电压处理输出锯齿波；
运放电路与多路电流选择电路连接，用于将两路电流信号中的一路电流信号各自与另一路电流信号的两倍进行相加后输出两路放大电流信号；
两路比较器的正极性端与运放电路连接，两路比较器的负极性端与复位积分电路连接，用于根据锯齿波和两路放大电流信号处理后输出复位信号；
两路触发器分别与两路比较器和复位积分电路连接，用于根据复位信号和复位积分电路提供的作为置位信号的系统复位时钟信号处理输出两路脉宽调制信号。
优选的，滤波电路由电容器和电容放电电阻组成，电容器与电容放电电阻并联连接。
优选的，三相升压整流模块还包含快速恢复二极管，快速恢复二极管分别与三相全控整流桥和滤波电路连接。
优选的，发射模块包括用于控制输出方波电压的发射频率控制电路和发射桥，发射频率控制电路用于控制发射桥输出方波电压，发射桥分别与滤波电路、发射频率控制电路和发射电极连接。
优选的，发射桥由四个绝缘栅双极性晶体管组成。
优选的，三相全控整流模块中的三个升压电感独立集成于电感箱内，三相升压整流模块中除三个升压电感外的其他部分和发射模块集成于发射机主箱内，发电机与电感箱连接，发射机主箱与电感箱连接，发射电极与发射机主箱连接；发电机输出三相电压，三相电压发送至电感箱经三个升压电感处理后输出三相升压电压和一个通过某相电压获得的作为系统电源的24V电压，三相升压电压和24V电压发送至发射机主箱，经发射机主箱处理后通过供电线连接到发射电极给大地供电。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种电磁勘探发射机装置，包括：发电机、三相升压整流模块、发射模块和发射电极，发电机与三相升压整流模块连接，三相升压整流模块与发射模块连接，发射模块与发射电极连接；发电机输出三相电压，三相电压经三相升压整流模块处理输出一个连续的可调直流电压，可调直流电压经发射模块按频率控制输出方波电压，方波电压经发射电极给大地提供相应频率的电流波形。本发明中用三个升压电感实现了变压器的功能，减少了笨重电压器的使用，减小了电磁勘探发射机装置的体积，提供了一种轻便、体积小的电磁勘探发射机装置，进一步的，本发明中的三个升压电感可以进一步单独放在一个箱体中，与主体箱分离，进一步降低电磁勘探发射机的体积和重量以及为主体控制电路提供更好的电磁环境；另外，本发明中采用了基于功率因数校正控制的电路，实现发射机输入功率因数接近1的目的，仅使用数个绝缘栅双极性晶体管和散热配件，克服了现有电磁勘探发射机普遍存在体积大，笨重，电能利用率低等问题，提供了一种轻便，体积小，电能利用率高的电磁勘探发射机。
附图说明
图1为本实施例提供的一种电磁勘探发射机装置结构图；
图2为本实施例提供的另一种电磁勘探发射机装置结构图；
图3为本实施例提供的另一种电磁勘探发射机装置结构图；
图4为本实施例提供的另一种电磁勘探发射机装置拓扑结构图；
图5为本实施例提供的一种三相功率因数校正控制电路结构图；
图6为本实施例提供的另一种电磁勘探发射机装置结构图；
图7为本实施例中发电机输出的三相电压与三相电流的波形；
图8为本实施例中三相升压整流模块的输出电压波形。
具体实施方式
下面阐述的实施例代表允许本领域技术人员实践本发明的必要信息，并且示出实践本发明的最佳方式。一旦根据附图阅读了以下的描述，本领域技术人员就将理解本发明的构思并且将认识到此处未特别阐明的这些构思的应用。应当理解，这些构思和应用落入本公开和所附权利要求书的范围。下面结合实施例对本发明进一步说明。
请参见图1，图1为本实施例提供的一种电磁勘探发射机装置结构图，如图1所示，本实施例提供的一种电磁勘探发射机装置，包括：发电机100、三相升压整流模块200、发射模块300和发射电极400，发电机100与三相升压整流模块200连接，三相升压整流模块200与发射模块300连接，发射模块300与发射电极400连接；发电机100输出三相电压，三相电压经三相升压整流模块200处理输出一个连续的可调直流电压，可调直流电压经发射模块300按频率控制输出方波电压，方波电压经发射电极400给大地提供相应频率的电流波形。
请参见图2，图2为本实施例提供的另一种电磁勘探发射机装置结构图，基于图1，如图2所示，本实施例提供的另一种电磁勘探发射机装置，三相升压整流模块200包括用于输出稳定直流电压的三相全控整流模块201、三相电流检测电路230、用于实现升压整流的三相功率因数校正控制电路220和输出电压检测电路250；三相全控整流模块201包括用于实现变压器功能的三个升压电感210和三相全控整流桥240，升压电感210与发电机100连接，三相电流检测电路230与升压电感210连接，三相功率因数校正控制电路220分别与三相电流检测电路230和输出电压检测电路250连接，三相全控整流桥240分别与分别与升压电感210和三相功率因数校正控制电路220连接，滤波电路260与三相全控整流桥240连接，输出电压检测电路240与滤波电路260连接，发射模块300与滤波电路260连接；三相电流检测电路230获取经升压电感210处理的三相电流信号，输出电压检测电路250获取三相全控整流模块201控制输出的稳定直流电压，三相功率因数校正控制电路220获取三相电流信号和稳定直流电压并处理输出一个控制信号，三相全控整流桥240获取控制信号并处理输出连续可调的直流电压，连续可调的直流电压输出至发射模块300。
请参见图3，图3为本实施例提供的另一种电磁勘探发射机装置结构图，基于图2，如图3所示，本实施例提供的另一种电磁勘探发射机装置，其中，发射模块300包括发射桥310和用于控制输出方波电压的发射频率控制电路320，发射频率控制电路320用于控制发射桥310发射输出方波电压至发射电极400，发射桥310分别与滤波电路260、发射频率控制电路320和发射电极400连接。
具体地，发射桥310由四个绝缘栅双极性晶体管组成。具体地，滤波电路260由电容器和电容放电电阻组成，其中，电容器与电容放电电阻并联连接。
具体地，三相升压整流模块200还包含快速恢复二极管，快速恢复二极管分别与三相全控整流桥240和滤波电路260连接。
请参见图4，图4为本实施例提供的另一种电磁勘探发射机装置的拓扑结构图，如图4所示，本实施例提供的另一种电磁勘探发射机装置包括依次连接的发电机100、升压电感210、三相全控整流桥240、发射桥310和发射电极400，其中：
发电机100，优先为三相发电机100组；
三相全控整流桥240，由六个绝缘栅双极型晶体管组成，本实施例中优选为三相桥式脉宽调制PWM(Pulse Width Modulation)整流器，三个桥分别通过三个升压电感210与发电机100的三相输出连接；每个桥上串联有两组开关器件241；每组开关器件241由一个二极管、一个或若干个滤波电容和一个自带反并联二极管的开关管串联而成；
其中较优的，二极管还与一个或若干个电阻并联；
自带反并联二极管的开关管，优选为绝缘栅双极型晶体管；
其中较优的，在三相全控整流桥240的输出端之后还串联有电阻和滤波电容，其中，电阻与滤波电容并联；
发射桥310，优选为两桥并联H型逆变桥，每个桥上串联有两个自带反并联二极管的开关管和两个滤波电容，其中开关管与滤波电容并联；发射桥310的两个输入端分别与三相全控整流桥240的输出端以及并联后的滤波电感和滤波电容连接；
发射电极400，优选为包括并联的两个子发射电极，两个子发射电极分别与发射桥310中的两个桥连接；两个子发射电极与负载(优选为大地)构成回路。
在装置工作时，发电机100输出三相电压，经升压电感210升压处理后输出三相升压电压，三相升压电压经三相全控整流桥240驱动控制处理输出一个连续可调的直流电压，连续可调的直流电压经发射模块300处理后由发射桥310输出方波电压；最后发射电极400发射方波电压至大地。
请参见图5，图5为本实施例提供的一种三相功率因数校正控制电路结构图，如图5所示，本实施例提供的一种三相功率因数校正控制电路220，包括三相过零同步检测电路222、相电压分区电路223、多路电流选择电路224、、PI补偿电路226、单周期控制电路227、驱动波形逻辑控制电路228和隔离电路229；
三相过零同步检测电路222经升压电感210与发电机100连接，用于获取并输出发电机100三相电压的极性逻辑脉冲；
相电压分区电路223与三相过零同步检测电路222连接，用于根据极性逻辑脉冲对三相电压的一个周期进行分区处理，输出六个分区相电压和与六个分区相电压对应的六路相电压分区信号；
多路电流选择电路224与三相电流检测电路230连接，用于获取所述三相电流波形，并处理输出三路相电流信号和极性取反后的三路相电流信号，即六路相电流信号；
多路电流选择电路224与相电压分区电路223连接，用于根据六路相电压分区信号选择输出六路相电流信号中的两路电流信号；
PI补偿电路226与输出电压检测电路250连接，用于获取输出电压检测电路250输出的稳定的直流电压，并将所述稳定的直流电压与设定的直流参考电压进行补偿比较处理后获得并输出一个控制电压；
单周期控制电路227分别与多路电流选择电路224和PI补偿电路226连接，用于根据两路电流信号和控制电压处理后输出两路脉宽调制信号；
驱动波形逻辑控制电路226与单周期控制电路227和相电压分区电路223连接，用于根据两路脉宽调制信号和六路相电压分区信号进行逻辑运算输出六路逻辑信号；
隔离电路229与驱动波形逻辑控制电路226连接，用于根据六路逻辑信号输出驱动信号；
三相全控整流桥240与隔离电路229连接，用于根据驱动信号驱动控制六个绝缘栅双极性晶体管以获得稳定的直流电压。
如图5所示，单周期控制电路227包括复位积分电路710、运放电路720、两路比较器730和两路触发器740；
复位积分电路710与PI补偿电路226连接，用于根据控制电压处理输出锯齿波；
运放电路720与多路电流选择电路224连接，用于将选择输出的两路电流信号中的一路电路信号各自与另一路电流信号的两倍进行相加后输出两路放大电流信号；
两路比较器730的正极性端与运放电路720连接，两路比较器730的负极性端与复位积分电路710连接，用于根据锯齿波和两路放大电流处理后输出复位信号；
两路触发器740分别与两路比较器730和复位积分电路710连接，用于根据复位信号和复位积分电路710提供的作为置位信号的系统复位时钟信号处理输出两路脉宽调制信号。
请参见图6，图6为本实施例提供的另一种电磁勘探发射机装置结构图，如图6所示，本实施例提供的另一种电磁勘探发射机装置，三相全控整流模块201中的三个升压电感210独立集成于电感箱500内，三相升压整流模块200中除三个升压电感210外的其他部分和发射模块300集成于发射机主箱600内；发电机100与电感箱500连接，发射机主箱600与电感箱500连接，发射电极400与发射机主箱600连接；发电机100输出三相电压，三相电电压发送至电感箱500经三个升压电感210处理后输出三相升压电压和一个作为系统电源的24V电压，三相升压电压和24V电压发送至发射机主箱600，经发射机主箱600处理后通过供电线连接到发射电极400给大地供电。
如图7所示，该波形是发电机100输出的三相电压与三相电流的波形；如图8所示，该波形是三相升压整流模块200的输出电压波形；
具体实施例中，升压电感210的电感值为为5mH，三相升压整流模块200的控制频率为5KHz，滤波电容值为400uF，发射电极400的接地电阻为20Ω，给定输出电压为1000V时，发射功率达到了50KW；从图8中可以清晰地看出，发电机100的输出相电压与输出相电流是同相位的，实现了功率因数校正的目的。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种电磁勘探发射机装置，其特征在于，包括：发电机、三相升压整流模块、发射模块和发射电极，所述发电机与所述三相升压整流模块连接，所述三相升压整流模块与所述发射模块连接，所述发射模块与所述发射电极连接；所述发电机输出三相电压，所述三相电压经所述三相升压整流模块处理输出一个连续的可调直流电压，所述可调直流电压经所述发射模块按频率控制输出方波电压，所述方波电压经所述发射电极给大地提供相应频率的电流波形。
2.如权利要求1所述的电磁勘探发射机装置，其特征在于，所述三相升压整流模块包括用于输出稳定直流电压的三相全控整流模块、三相电流检测电路、用于实现升压整流的三相功率因数校正控制电路和输出电压检测电路；所述三相全控整流模块包括用于实现变压器功能的三个升压电感、三相全控整流桥和滤波电路，所述升压电感与所述发电机连接，所述三相电流检测电路与所述升压电感连接，所述三相功率因数校正控制电路分别与所述三相电流检测电路和所述输出电压检测电路连接，所述三相全控整流桥分别与所述升压电感和所述三相功率因数校正控制电路连接，所述滤波电路与所述三相全控整流桥连接，所述输出电压检测电路与所述滤波电路连接，所述发射模块与所述滤波电路连接；所述三相电流检测电路获取经所述升压电感处理的三相电流信号，所述输出电压检测电路获取所述三相全控整流模块控制输出的稳定直流电压，所述三相功率因数校正控制电路获取所述三相电流信号和所述稳定直流电压并处理输出一个控制信号，所述三相全控整流桥获取所述控制信号并处理输出连续可调的直流电压，所述连续可调的直流电压输出至所述发射模块。
3.如权利要求2所述的电磁勘探发射机装置，其特征在于，所述三相全控整流桥为由六个绝缘栅双极型晶体管组成的三相全控整流桥，所述升压电感中的每一个分别与两个所述晶体管连接构成三相全控整流桥。
4.如权利要求2所述的电磁勘探发射机装置，其特征在于，所述三相功率因数校正控制电路包括三相过零同步检测电路、相电压分区电路、多路电流选择电路、PI补偿电路、单周期控制电路、驱动波形逻辑控制电路和隔离电路；
所述三相过零同步检测电路经所述升压电感与所述发电机连接，用于获取并输出所述发电机三相电压的极性逻辑脉冲；
所述相电压分区电路与所述三相过零同步检测电路连接，用于根据所述极性逻辑脉冲对所述三相电压的每一个相电压的一个周期进行分区处理，输出六个分区相电压和与所述六个分区相电压对应的六路相电压分区信号；
所述多路电流选择电路与所述三相电流检测电路连接，用于获取所述三相电流波形，并处理输出三路相电流信号和极性取反后的三路相电流信号，即六路相电流信号；
所述多路电流选择电路与所述相电压分区电路连接，用于根据所述六路相电压分区信号选择输出六路相电流信号中的两路电流信号；
所述PI补偿电路与所述输出电压检测电路连接，用于获取所述输出电压检测电路输出的所述稳定的直流电压，并将所述稳定的直流电压与设定的直流参考电压进行补偿比较处理后获得并输出一个控制电压；
所述单周期控制电路分别与所述多路电流选择电路和所述PI补偿电路连接，用于根据所述两路电流信号和所述控制电压处理后输出两路脉宽调制信号；
所述驱动波形逻辑控制电路与所述单周期控制电路和所述相电压分区电路连接，用于根据所述两路脉宽调制信号和所述六路相电压分区信号进行逻辑运算输出六路逻辑信号；
所述隔离驱动电路与所述驱动波形逻辑控制电路连接，用于根据所述六路逻辑信号输出驱动信号；
所述三相全控整流桥与所述隔离驱动电路连接，用于根据所述驱动信号驱动控制所述六个绝缘栅双极性晶体管以获得稳定的直流电压。
5.如权利要求4所述的电磁勘探发射机装置，其特征在于，所述单周期控制电路包括复位积分电路、运放电路、两路比较器和两路触发器；
所述复位积分电路与所述PI补偿电路连接，用于根据所述控制电压处理输出锯齿波；
所述运放电路与所述多路电流选择电路连接，用于将所述两路电流信号中的一路电流信号各自与另一路电流信号的两倍进行相加后输出两路放大电流信号；
所述两路比较器的正极性端与所述运放电路连接，所述两路比较器的负极性端与所述复位积分电路连接，用于根据所述锯齿波和所述两路放大电流信号处理后输出复位信号；
所述两路触发器分别与所述两路比较器和所述复位积分电路连接，用于根据所述复位信号和所述复位积分电路提供的作为置位信号的系统复位时钟信号处理输出两路脉宽调制信号。
6.如权利要求5所述的电磁勘探发射机装置，其特征在于，所述滤波电路由电容器和电容放电电阻组成，所述电容器与所述电容放电电阻并联连接。
7.如权利要求6所述的电磁勘探发射机装置，其特征在于，所述三相升压整流模块还包含快速恢复二极管，所述快速恢复二极管分别与所述三相全控整流桥和所述滤波电路连接。
8.如权利要求7所述的电磁勘探发射机装置，其特征在于，所述发射模块包括用于控制输出所述方波电压的发射频率控制电路和发射桥，所述发射频率控制电路用于控制所述发射桥输出所述方波电压，所述发射桥分别与所述滤波电路、所述发射频率控制电路和所述发射电极连接。
9.如权利要求8所述的电磁勘探发射机装置，其特征在于，所述发射桥由四个绝缘栅双极性晶体管组成。
10.如权利要求2-9中任一所述的电磁勘探发射机装置，其特征在于，所述三相全控整流模块中的三个升压电感独立集成于电感箱内，所述三相升压整流模块中除三个升压电感外的其他部分和所述发射模块集成于发射机主箱内，所述发电机与所述电感箱连接，所述发射机主箱与所述电感箱连接，所述发射电极与所述发射机主箱连接；所述发电机输出三相电压，所述三相电压发送至所述电感箱经三个所述升压电感处理后输出三相升压电压和一个通过某相电压获得的作为系统电源的24V电压，所述三相升压电压和所述24V电压发送至所述发射机主箱，经所述发射机主箱处理后通过供电线连接到发射电极给大地供电。
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