CN205490227U - 一种基于超级电容器储能的激发极化仪发射系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于超级电容器储能的激发极化仪发射系统，包括了基于超级电容器的储能装置和激发极化仪发射模块的系统构架；其中由超级电容器储能单元和级联双向Buck/Boost‑LLC DC/DC变换器组成的超级电容器储能装置，连接激发极化仪发射模块中直流母线对发射模块实现能量存储、释放；激发极化仪发射模块由发电机提供电源，经过整流电路、DC/AC电路、高频变压器、AC/DC电路和DC/AC电路变换后通过发射电极向外发射信号。本实用新型通过超级电容器储能装置进行能量存储和释放，有效稳定了激发极化仪发射模块的信号输出，提高了系统效率，大大减小了激发极化仪的重量、体积，降低了仪器设备的经济成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于超级电容器储能的激发极化仪发射系统，属于电磁勘探技术和储能技术领域。
背景技术
作为一种传统地球物理勘探方法，激发极化法在金属矿探测方面应用极为广泛。激发极化仪作为激发极化法金属探矿的主要仪器设备，由发射模块和接收系统两部分构成。其中发射模块占有非常重要的作用，发射信号的可靠性和稳定性直接决定仪器探矿性能的好坏。发射模块提供的电场越强，其接收系统越容易得到信噪比高，精确可靠的极化率数据。激发极化仪中发射模块的技术特点是在一个工作周期内，只有半个周期时间是带负载发射工作的，另外半个周期系统不发射，发电机空载。这样容易造成野外发电机转速和供电电压不稳定，空载期间电能大量浪费，在这种背景下系统提出了基于超级电容器储能技术的储能需求，将发射模块不对外工作时发电机产生的能量通过超级电容器储能装置存储起来，在发射模块对外带负载工作时将超级电容器储能装置原先存储的能量释放出去，和发电机产生的稳定电源并联，实现功率叠加，一起对负载提供功率，从而达到稳定发电机供电、节约电能以及减小发电机额定功率、体积和重量的目的。
实用新型内容
本实用新型根据激发极化仪中发射模块的具体技术特点，从适应激发极化仪野外工作的具体要求，提高系统能量利用率、降低系统重量，减少系统体积以及降低经济成本的角度出发，设计了一种基于超级电容器储能的激发极化仪发射系统。
为实现上述目的，本实用新型的一种基于超级电容器储能的激发极化仪发射系统，包括激发极化仪发射模块、超级电容器储能装置和系统控制部分；所述激发极化仪发射模块包括发电机、整流电路、DC/AC电路、高频变压器、AC/DC电路、DC/AC电路以及发射电极；所述超级电容器储能装置包括超级电容器储能单元以及由双向Buck/Boost DC/DC变换器和双向全桥LLC DC/DC变 换器级联的双向Buck/Boost-LLC DC/DC变换器；所述系统控制部分包括DSP控制板、采样电路和驱动电路；其中发电机(1)与整流电路(2)输入端口相连，整流电路(2)输出端口连接DC/AC电路(3)输入端口，DC/AC电路(3)输出端口连接高频变压器(4)输入端口，高频变压器(4)输出端口连接AC/DC电路(5)输入端口，AC/DC电路(5)输出端口分别连接DC/AC电路(6)的输入端口和双向全桥LLC DC/DC变换器(9)的右端口，DC/AC电路(6)的输出端口连接发射电极，对外发射信号；超级电容器储能单元(7)与双向Buck/Boost DC/DC变换器(8)左端口相连，双向Buck/Boost DC/DC变换器(8)右端口连接双向全桥LLC DC/DC变换器(9)的左端口，双向全桥LLC DC/DC变换器(9)的右端口与AC/DC电路(5)输出端口并联连接DC/AC电路(6)的输入端口；对超级电容器储能单元(7)输出端口、双向Buck/Boost DC/DC变换器(8)右端口以及双向全桥LLC DC/DC变换器(9)右端口进行电压、电流检测，通过采样电路获得的电压信号、电流信号送至DSP控制板，最后由驱动电路完成对DC/AC电路(6)、双向Buck/Boost DC/DC变换器(8)以及双向全桥LLC DC/DC变换器(9)内开关管的PWM驱动，进而实现系统的实时控制。
与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果：
本实用新型在激发极化仪发射模块中借鉴开关电源技术以及超级电容器储能技术的最新成果，将超级电容器储能单元以及由双向Buck/Boost DC/DC变换器和双向全桥LLC DC/DC变换器级联构成功率变换器构成的超级电容器储能装置应用于激发极化仪发射模块中，利用超级电容器储能装置进行能量的存储和释放，从而提高了系统能量利用率、降低系统重量，减少系统体积以及降低经济成本。与现有技术相比，本实用新型采用超级电容器储能装置将激发极化仪发射模块在空载时发电机产生的能量有效地存储起来，从而保证了发电机转速和供电电压的稳定性；当发射模块对外带负载工作时，超级电容器储能装置将原来存储的能量有效地释放出去，和发电机提供的稳定电源一起给负载提供功率，实现功率的叠加，在负载所需额定功率的要求下，有效地减小了发电机的额定功率，从而使整个激发极化仪的体积、重量和成本大大降低；而超级电容器储能装置中功率变换器采用的是非隔离型的双向Buck/Boost DC/DC变换器和隔离型双向全桥LLC DC/DC变换器的级联组合，能够进行系统电压宽范围的精确调节，同时保证较高的变换器工作效率；同 时该储能装置中功率变换器在全负载范围内实现软开关，大大降低电路开关损耗，提高变换器的工作效率和功率密度。
附图说明
图1为本实用新型所述的基于超级电容器储能的激发极化仪发射系统结构图。
图2为本实用新型所述的超级电容器储能装置功率正向流动的系统框图。
图3为本本实用新型所述的超级电容器储能装置功率反向流动的系统框图。
图4为本实用新型所述的激发极化仪发射模块中主要电压波形图。
具体实施方式
本实用新型的基于超级电容器储能的激发极化仪发射系统，主要应用于电磁勘探中激发极化仪设备，根据附图叙述本实用新型的具体实施方式。
如图1所示，本实用新型的硬件电路具体实施方式如下：
本实用新型的一种基于超级电容器储能的激发极化仪发射系统，较佳实施方案包括激发极化仪发射模块、超级电容器储能装置和系统控制部分；所述激发极化仪发射模块包括发电机(1)、整流电路(2)、DC/AC电路(3)、高频变压器(4)、AC/DC电路(5)、DC/AC电路(6)以及发射电极；所述超级电容器储能装置包括超级电容器储能单元(7)以及由双向Buck/Boost DC/DC变换器(8)和双向全桥LLC DC/DC变换器(9)级联的双向Buck/Boost-LLC DC/DC变换器；所述系统控制部分包括DSP控制板、采样电路和驱动电路；其中发电机(1)与整流电路(2)输入端口相连，整流电路(2)输出端口连接DC/AC电路(3)输入端口，DC/AC电路(3)输出端口连接高频变压器(4)输入端口，高频变压器(4)输出端口连接AC/DC电路(5)输入端口，AC/DC电路(5)输出端口分别连接DC/AC电路(6)的输入端口和双向全桥LLC DC/DC变换器(9)的右端口，DC/AC电路(6)的输出端口连接发射电极，对外发射信号；超级电容器储能单元(7)与双向Buck/Boost DC/DC变换器(8)左端口相连，双向Buck/Boost DC/DC变换器(8)右端口连接双向全桥LLC DC/DC变换器(9)的左端口，双向全桥LLC DC/DC变换器(9)的右端口与AC/DC电路(5)输出端口并联连接DC/AC电路(6)的输入端口；对超级电容器储能单元(7)输出端口、双向Buck/Boost DC/DC变换器(8)右端口以及双向全桥LLC DC/DC变换器(9)右端口进行电压、电流检测，通过采样电路获得的电压信号、电流信号送至DSP控制板，最后由驱动电路完成对DC/AC电路(6)、双向Buck/Boost DC/DC变换器(8)以及双向全桥LLC DC/DC变换器(9)内开关管的PWM驱动，进而实现系统的实时控制。
具体来说，所述超级电容器储能单元(7)、双向Buck/Boost DC/DC变换器(8)和双向全桥LLC DC/DC变换器(9)的实时电压、电流通过采样电路反馈至DSP控制板，实现对超级电容器储能装置中功率变换器中开关管的PWM控制；同时所述DSP控制板对激发极化仪发射模块中DC/AC电路(6)进行PWM控制驱动，以获得和超级电容器储能装置储能、释能的同步电压方波信号。
如图1、图2、图4所示，本实用新型在激发极化仪发射模块对外带负载工作情况下：
所述激发极化仪发射模块的发电机(1)提供功率为10KVA、电压为380V的三相不稳定电源，所述电源经过整流电路(2)获得功率10KW，电压为500V的单相稳定直流电源；单相稳定直流电源依次经过DC/AC电路(3)逆变、高频变压器(4)进行升压和AC/DC电路(5)整流后获得功率为10KW、电压为1000V的稳定电源；DC/AC电路(6)在DSP控制板的控制驱动下产生周期为16s、占空比为0.5、幅值为1000V的电压方波信号；当电压方波信号处于高电平时，AC/DC电路(5)输出的稳定电源和超级电容器储能装置放电产生的功率为10KW、电压为1000V的稳定电源并联输入DC/AC电路(6)，获得功率为20KW、电压为1000V的稳定电源信号对外发射；当电压方波信号处于低电平时，AC/DC电路(5)输出的稳定电源输入双向LLC DC/DC变换器(9)右端口，作为超级电容器储能装置能量存储的电源输入，此时激发极化仪不对外发射信号，发射电极输出为零。
具体来说，如图4所示，激发极化仪发射模块对外带负载工作时，输出电压方波信号VR0处于高电平，此时如图2所示，超级电容器储能装置处于放电状态，功率正向流动，超级电容器储能单元(7)放电，为双向Buck/Boost DC/DC变换器提供功率为10KW，电压变化范围为200～400V的不稳定直流电源V1，电源V1经过Boost升压工作模式下的双向Buck/Boost DC/DC变换器(8)，获得功率为10KW，电压为800V的稳定直流电源Vdc，之后，稳定直流电源Vdc输入双向全桥LLC DC/DC变换器(9)，经过变换器电压调节后，获得功率为10KW， 电压为1000V的稳定直流电源V2，该稳定电源和AC/DC电路(5)整流流出的功率为10KW，电压为1000V的稳定直流电源并联，共同作用输入DC/AC电路(6)进行逆变，此时DC/AC电路(6)输出的电压方波信号处于高电平，获得功率为20KW，电压为1000V的电源信号，通过发射电极对外发射。
如图1、图3、图4所示，本实用新型在激发极化仪发射模块对外不工作情况下的具体实施方式如下：
本实用新型的较佳实施方式中，发明的基于超级电容器储能的激发极化仪发射模块对外不工作，此时超级电容器储能装置处于储能状态，超级电容器储能单元(7)充电，此时，激发极化仪发射模块的电压方波信号为低电平，发射电极输出为零；AC/DC电路(5)流出的功率为10KW，电压为1000V的稳定电源输入双向LLC DC/DC变换器(9)右端口，作为超级电容器储能装置能量存储的电源输入，经过电压调节后获得功率为10KW，电压为800V的稳定直流电源，之后该电压源输入Buck降压工作模式下的双向Buck/Boost DC/DC变换器(8)，对超级电容器储能单元(7)中超级电容器充电，直到超级电容器储能单元端电压达到额定值400V为止，充电完成。
结合图1、图3和图4对具体实施方式进行说明：
如图4所示，激发极化仪发射模块对外不工作时，输出电压方波信号VR0处于低电平，此时如图3所示，超级电容器储能装置处于充电状态，功率反向流动，AC/DC电路(5)流出的功率为10KW，电压为1000V的稳定电源V2输入双向LLC DC/DC变换器(9)右端口，作为超级电容器储能装置能量存储的电源输入，经过电压调节后获得功率为10KW，电压为800V的稳定直流电源Vdc，之后该电压源输入Buck降压工作模式下的双向Buck/Boost DC/DC变换器(8)，对超级电容器储能单元中超级电容器充电，直到超级电容器储能单元(7)端电压达到额定值400V为止，充电完成。
Claims (1)
1.一种基于超级电容器储能的激发极化仪发射系统，其特征为：包括激发极化仪发射模块、超级电容器储能装置和系统控制部分；
所述激发极化仪发射模块包括发电机(1)、整流电路(2)、DC/AC电路(3)、高频变压器(4)、AC/DC电路(5)、DC/AC电路(6)以及发射电极；
所述超级电容器储能装置包括超级电容器储能单元(7)以及由双向Buck/Boost DC/DC变换器(8)和双向全桥LLC DC/DC变换器(9)级联的双向Buck/Boost-LLC DC/DC变换器；
所述系统控制部分包括DSP控制板、采样电路和驱动电路；
其中发电机(1)与整流电路(2)输入端口相连，整流电路(2)输出端口连接DC/AC电路(3)输入端口，DC/AC电路(3)输出端口连接高频变压器(4)输入端口，高频变压器(4)输出端口连接AC/DC电路(5)输入端口，AC/DC电路(5)输出端口分别连接DC/AC电路(6)的输入端口和双向全桥LLC DC/DC变换器(9)的右端口，DC/AC电路(6)的输出端口连接发射电极，对外发射信号；超级电容器储能单元(7)与双向Buck/Boost DC/DC变换器(8)左端口相连，双向Buck/Boost DC/DC变换器(8)右端口连接双向全桥LLC DC/DC变换器(9)的左端口，双向全桥LLC DC/DC变换器(9)的右端口与AC/DC电路(5)输出端口并联，接入DC/AC电路(6)的输入端口；对超级电容器储能单元(7)输出端口、双向Buck/Boost DC/DC变换器(8)右端口以及双向全桥LLC DC/DC变换器(9)右端口进行电压、电流检测，通过采样电路获得的电压信号、电流信号送至DSP控制板，最后由驱动电路完成DC/AC电路(6)、双向Buck/Boost DC/DC变换器(8)以及双向全桥LLC DC/DC变换器(9)内开关管的PWM驱动，进而实现系统的实时控制。
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|---|---|---|---|---|
| CN112421135A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-02-26 | 四川长虹电器股份有限公司 | 一种串联式储能电池直流转换系统及其控制方法 |
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- 2016-01-11 CN CN201620046002.9U patent/CN205490227U/zh not_active Expired - Fee Related
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