CN201733231U

CN201733231U - 一种电法勘探用电源系统主电路

Info

Publication number: CN201733231U
Application number: CN2010201594269U
Authority: CN
Inventors: 李守智; 张辉; 李晓强; 任静; 刘金虹; 蔡聪朝
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2020-04-15

Abstract

本实用新型公开的一种电法勘探用电源系统主电路，包括通过直流侧串联大电抗与电容换相型电流逆变电路连接的三相桥式可控整流电路，电容换相型电流逆变电路直接与大地等效阻抗连接，该电源系统主电路还包括三电平工作方式转换电路；三电平工作方式转换电路与电容换相型电流逆变电路连接；三电平工作方式转换电路的一端通过直流侧串联大电抗与三相桥式可控整流电路一端连接，另一端直接与三相桥式可控整流电路的另一端连接。本实用新型的电路解决了两电平方式不能满足实际勘探需要的问题，电路简单实用，应用前景广泛。

Description

一种电法勘探用电源系统主电路

技术领域

本实用新型属于电子变流器技术领域，具体涉及一种电法勘探用电源系统主电路。

背景技术

在地下资源勘探作业中,如地下水勘探、石油勘探等,传统的勘探方法常采用“地震法”,即在勘探地域用炸药人为造成一个“微型地震”,通过测取“地震波”,分析地下资源的性质及其分布。这种方法花费极大的人力、物力,应用范围也有限。因此,在许多场合已逐渐为“电法勘探”所代替。所谓电法勘探即为在勘探区域向地下注入一定频率的“电流方波”,通过测取地质的电场反应来分析地下资源的情况。

电法勘探进行地下勘探的关键是要有一个交流电流方波发生源。其特点是电源装置的输出功率大于等于200kw(直流1000V/200A)、逆变电流波形要求较陡(波形前、后沿均要求小于1ms)。但是频率要求不高(0~15Hz可调)。由于勘探是在野外作业,要求电源装置工作必须十分可靠。但目前电法勘探用逆变电路，运用较多的还是单一的两电平方式，但是随着电法勘探要求的提高，单一的两电平方式已经不能满足实际勘探的需要。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种电法勘探用电源系统主电路，以克服现有技术存在的两电平方式不能满足实际勘探需要的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种电法勘探用电源系统主电路，包括用于输出可调电压的三相桥式可控整流电路，用于保证电流型输出的直流侧串联大电抗、电容换相型电流逆变电路和大地等效阻抗；三相桥式可控整流电路通过直流侧串联大电抗与电容换相型电流逆变电路连接，电容换相型电流逆变电路直接与大地等效阻抗连接；该电源系统主电路还包括三电平工作方式转换电路；三电平工作方式转换电路与电容换相型电流逆变电路连接；三电平工作方式转换电路的一端通过直流侧串联大电抗与三相桥式可控整流电路一端连接，三电平工作方式转换电路的另一端直接与三相桥式可控整流电路的另一端连接。

其中，电容换相型电流逆变电路包括四个晶闸管分别为第一晶闸管VT₂₁、第二晶闸管VT₂₂、第三晶闸管VT₂₃和第四晶闸管VT₂₄；第一晶闸管VT₂₁的阴极通过第一二极管VD₂₁和第二二极管VD₂₂与第二晶闸管VT₂₂的阳极连接；第三晶闸管VT₂₃的阴极通过第三二极管VD₂₃和第四二极管VD₂₄与第四晶闸管VT₂₄的阳极连接；第一晶闸管VT₂₁阳极与第三晶闸管VT₂₃阳极连接后与直流侧串联大电抗连接；第一晶闸管VT₂₁阴极与第三晶闸管VT₂₃阴极之间连接有第二电容器C₂，第二晶闸管VT₂₂阳极与第四晶闸管VT₂₄阳极之间连接有第三电容器C₃；三电平工作方式转换电路包括一对转换晶闸管分别为第五晶闸管VT₂₅和第六晶闸管VT₂₆；第二晶闸管VT₂₂阴极与第四晶闸管VT₂₄阴极连接后再与第六晶闸管VT₂₆阳极连接；第二晶闸管VT₂₂阴极与第四晶闸管VT₂₄阴极连接后通过第一电容C₁与第五晶闸管VT₂₅阳极连接；第五晶闸管VT₂₅的阳极通过电阻R₂和第五二极管VD₀₂与直流侧串联大电抗2的一端连接；第五晶闸管VT₂₅阴极和第六晶闸管VT₂₆阴极连接后与三相桥式可控整流电路的一端连接。

其中，第一晶闸管VT₂₁、第二晶闸管VT₂₂、第三晶闸管VT₂₃和第四晶闸管VT₂₄分别为快速晶闸管。

本实用新型的有益效果是，通过在已有的“两电平”逆变电路的基础上增加了一个简单易行的转换电路，通过控制各晶闸管的通断逻辑和通断时间间隔，使得逆变电路即可输出频率可调的“两电平”电流方波，又可以输出电流方波宽度、幅值和频率均可调的“三电平”电流方波，电路简单实用，应用前景广泛。

附图说明

图1是现有技术中电法勘探用两电平方式电源系统主电路拓扑结构图；

图2是本实用新型电法勘探用电源系统主电路的原理框图；

图3是本实用新型电法勘探用电源系统主电路的结构示意图；

图4是本实用新型逆变电路逆变开关器件的控制规律示意图。

图中，1.三相桥式可控整流电路，2.直流侧串联大电抗、3.电容换相型电流逆变电路、4.大地等效阻抗，5.三电平工作方式转换电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，是现有技术电法勘探领域运用较多的单一的两电平方式电源系统主电路拓扑结构，包括三相桥式可控整流电路1，直流侧串联大电抗2、电容换相型电流逆变电路3和大地等效阻抗4；三相桥式可控整流电路1的一端通过直流侧串联大电抗2与电容换相型电流逆变电路3的一端连接，三相桥式可控整流电路1的另一端直接与电容换相型电流逆变电路3的另一端连接，电容换相型电流逆变电路3与大地等效阻抗4直接连接；电容换相型电流逆变电路3每间隔180°电角度周期性地分别触发第一晶闸管VT₂₁、第四晶闸管VT₂₄与第二晶闸管VT₂₂、第三晶闸管VT₂₃两对晶闸管，负载上可得到频率可调的“两电平”电流方波，其逆变输出电流为正、负交替的“两电平”。改变两对晶闸管的切换时间即可使逆变频率可调。电流逆变方波的幅值则依靠三相桥式可控整流电路1进行控制调整。

如图2所示，本实用新型是在图1基础上改进而来的一种新型电法勘探用电源系统主电路，在现有的“两电平”逆变电路上增加了三电平工作方式转换电路5。整个主电路包括三相桥式可控整流电路1，直流侧串联大电抗2、电容换相型电流逆变电路3、大地等效阻抗4和三电平工作方式转换电路5；由三相桥式可控整流电路1用于输出可调直流电压，以适应不同输出的需要。直流侧串联大电抗2用以保证电流型输出。电容换相型电流逆变电路3产生所需的“二电平”电流逆变方波；三电平工作方式转换电路5用于实现二、三电平工作方式及其转换。三相桥式可控整流电路1通过直流侧串联大电抗2与电容换相型电流逆变电路3连接，电容换相型电流逆变电路3直接与大地等效阻抗4连接，电容换相型电流逆变电路3上还连接有三电平工作方式转换电路5；三电平工作方式转换电路5的一端通过直流侧串联大电抗2与三相桥式可控整流电路1的一端连接，三电平工作方式转换电路5的另一端直接与三相桥式可控整流电路1的另一端连接。由于电源直流电压较高，而逆变频率要求较低，并考虑到工作可靠性要求高、电流方波波形要求较陡等因素，因此逆变电路开关元件均采用快速晶闸管。

如图3所示，电容换相型电流逆变电路3包括四个晶闸管分别为第一晶闸管VT₂₁、第二晶闸管VT₂₂、第三晶闸管VT₂₃和第四晶闸管VT₂₄；第一晶闸管VT₂₁的阴极通过第一二极管VD₂₁和第二二极管VD₂₂与第二晶闸管VT₂₂的阳极连接；第三晶闸管VT₂₃的阴极通过第三二极管VD₂₃和第四二极管VD₂₄与第四晶闸管VT₂₄的阳极连接；第一晶闸管VT₂₁阳极与第三晶闸管VT₂₃阳极连接后与直流侧串联大电抗2连接；第一晶闸管VT₂₁的阴极与第三晶闸管VT₂₃的阴极之间连接有第二电容器C₂，第二晶闸管VT₂₂的阳极与第四晶闸管VT₂₄的阳极之间连接有第三电容器C₃。电容换相型电流逆变电路3可以产生正、负交替的“两电平”电流逆变方波。

三电平工作方式转换电路5包括一对转换晶闸管分别为第五晶闸管VT₂₅和第六晶闸管VT₂₆；第二晶闸管VT₂₂阴极与第四晶闸管VT₂₄阴极连接后直接与第六晶闸管VT₂₆的阳极连接；第二晶闸管VT₂₂的阴极与第四晶闸管VT₂₄的阴极连接后通过第一电容C₁与第五晶闸管VT₂₅的阳极连接；第五晶闸管VT₂₅的阳极再依次通过电阻R₂和第五二极管VD₀₂与直流侧串联大电抗2的一端连接；第五晶闸管VT₂₅阴极和第六晶闸管VT₂₆阴极连接后直接与三相桥式可控整流电路1的一端连接。

本实用新型提供的电源系统主电路既可以实现逆变电流正、负交替“两电平”工作，又可以实现正、零、负“三电平”工作。其工作原理为：电容换相型电流逆变电路3若使第六晶闸管VT₂₆保持通态，第五晶闸管VT₂₅保持断态，每隔180°电角度周期性地触发第一晶闸管VT₂₁、第四晶闸管VT₂₄与第二晶闸管VT₂₂、第三晶闸管VT₂₃两对晶闸管，负载上可得到频率可调的“两电平”电流方波。若按图4所示规律对各晶闸管实施控制，则可在负载上得到频率、宽度可调的“三电平”电流方波。如在t₀时刻同时触发第一晶闸管VT₂₁, 第四晶闸管VT₂₄和第六晶闸管VT₂₆导通,负载上的电流i_L为正向，此时第一电容C₁上经第五二极管VD₀₂和电阻R₂充有左正右负电压。在t₁时刻触发第五晶闸管VT₂₅导通,则第一电容C₁上的电压反向施加给第六晶闸管VT₂₆，迫使其关断。第一电容C₁放电,继而又反向充电，充电结束，负载断流，电流i_L为零。在t₂时刻同时触发第二晶闸管VT₂₂、第三晶闸管VT₂₃和第六晶闸管VT₂₆导通,使负载电流i_L反向为负。同时第一电容C₁上的电压反向施加给第五晶闸管VT₂₅，迫使第五晶闸管VT₂₅关断,第一电容C₁放电并正向充电。在t₃时刻又触发第五晶闸管VT₂₅导通,迫使第六晶闸管VT₂₆关断,负载断流，电流i_L为零。依此类推，负载上可得到有正、有负、且有零的“三电平”电流方波。不难看出，改变t₁—t₂，t₃—t₄的时间间隔,即可改变电流方波宽度。改变t₀—t₂，t₂—t₄的时间间隔，即可改变负载上的交流电流方波频率。

以上具体描述了本实用新型的工作原理，通过在原有“两电平”逆变电路上引入一对转换晶闸管即可满足电法勘探对电流波形分别为“两电平”和“三电平”工作方式的要求，兼顾了原有的电路特点。

按照附图3所示电路拓扑制作的电法勘探用电源装置，电源装置既可以实现逆变电流正、负交替“两电平”工作，又可以实现正、零、负交替“三电平”工作，逆变电流方波波形前后沿的陡度以及频率均可达到使用指标，这种电路实现简单、输出功率大、可靠实用，应用前景广阔。

Claims

1.一种电法勘探用电源系统主电路，包括用于输出可调电压的三相桥式可控整流电路（1），用于保证电流型输出的直流侧串联大电抗（2）、电容换相型电流逆变电路（3）和大地等效阻抗（4）；所述的三相桥式可控整流电路（1）通过直流侧串联大电抗（2）与电容换相型电流逆变电路（3）连接，电容换相型电流逆变电路（3）直接与大地等效阻抗连接（4），其特征在于：该电源系统主电路还包括三电平工作方式转换电路（5）；所述的三电平工作方式转换电路（5）与电容换相型电流逆变电路（3）连接；三电平工作方式转换电路（5）的一端通过直流侧串联大电抗（2）与三相桥式可控整流电路（1）一端连接，三电平工作方式转换电路（5）的另一端直接与三相桥式可控整流电路（1）的另一端连接。

2. 根据权利要求1所述的一种电法勘探用电源系统主电路，其特征在于：所述的电容换相型电流逆变电路（3）包括四个晶闸管分别为第一晶闸管（VT₂₁）、第二晶闸管（VT₂₂）、第三晶闸管（VT₂₃）和第四晶闸管（VT₂₄）；第一晶闸管（VT₂₁）的阴极通过第一二极管（VD₂₁）和第二二极管（VD₂₂）与第二晶闸管（VT₂₂）的阳极连接；第三晶闸管（VT₂₃）的阴极通过第三二极管（VD₂₃）和第四二极管（VD₂₄）与第四晶闸管（VT₂₄）的阳极连接；第一晶闸管（VT₂₁）阳极与第三晶闸管（VT₂₃）阳极连接后与直流侧串联大电抗（2）连接；所述的第一晶闸管（VT₂₁）阴极与第三晶闸管（VT₂₃）阴极之间连接有第二电容器（C₂），第二晶闸管（VT₂₂）阳极与第四晶闸管（VT₂₄）阳极之间连接有第三电容器（C₃）；

所述的三电平工作方式转换电路（5）包括一对转换晶闸管分别为第五晶闸管（VT₂₅）和第六晶闸管（VT₂₆）；第二晶闸管（VT₂₂）阴极与第四晶闸管（VT₂₄）阴极连接后再与第六晶闸管（VT₂₆）阳极连接；第二晶闸管（VT₂₂）阴极与第四晶闸管（VT₂₄）阴极连接后通过第一电容（C₁）与第五晶闸管（VT₂₅）阳极连接；第五晶闸管（VT₂₅）的阳极通过电阻（R₂）和第五二极管（VD₀₂）与直流侧串联大电抗（2）的一端连接；第五晶闸管（VT₂₅）阴极和第六晶闸管（VT₂₆）阴极连接后与三相桥式可控整流电路（1）的一端连接。

3. 根据权利要求2所述的一种电法勘探用电源系统主电路，其特征在于：所述的第一晶闸管（VT₂₁）、第二晶闸管（VT₂₂）、第三晶闸管（VT₂₃）和第四晶闸管（VT₂₄）分别为快速晶闸管。