[發明專利]多個功率開關器件串聯的橋式高壓地下電磁場發射裝置

在審

• 申請號: 201310424743.7
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103684033A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 王猛;鄧明;魏文博;陳凱;張啟升;金勝;景建恩;葉高峰
• 申請（專利權）人: 中國地質大學(北京)
• 主分類號: H02M9/06
• 分類號: H02M9/06;G01V3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明屬于地球物理勘探領域，具體涉及地球物理勘探設備，為一種多個功率開關器件串聯的橋式高壓地下電磁場發射裝置，其適用于陸地人工電磁場發射的裝置，以研究地下具有電性異常特征的礦產資源分布情況。

背景技術：

電磁學方法能夠用于探測陸地礦產資源，是基于所探礦物與圍巖的電學性質差異。當包含礦產資源的地層受到外界電磁波激發時，將產生綜合的電磁感應，感應信號中攜帶著地下資源分布的電阻率、產狀、規模、埋深、電導率等物性信息。利用在地面布放的電磁接收機對此類信號進行探測，采用現代數字信號處理方法對探測到的感應信號進行反演與成像等處理，就可推斷出地下礦產資源的分布規律，為圈定資源開采靶區提供科學依據。以上提到的外界電磁波激發場源分為可控源和被動源。被動源為天然激發場源，即電磁波能量來自電離層；可控源為人工場源，即以人工發射的電磁波激發所探測區域，可有效提高信號接收的信噪比，利于電磁異常的發現。

目前，在某些山地或干旱地帶進行人工源電磁法勘探時，由于接地電阻較大(在1km供電極距情況下，發射電極間的接地電阻一般在1kΩ2左右)和激勵電壓有限(功率開關器件標稱耐壓一般為3300V，但是實際使用過程中供電電壓不會超過1200V)，人工源向地下激發的電流較小(僅有1A左右)，對接收的信噪比改善不明顯。

具體地，主要有以下技術難點：

1、高壓逆變技術。目前低壓(電壓從0V-1200V)逆變已是成熟的技術，利用集成電子電力開關器件(絕緣柵型場效應管IGBT或智能功率模塊IPM)搭建H橋式驅動電路即可完成直流電壓到交流電壓的轉換，但是高壓逆變存在諸多技術瓶頸，例如沒有現成的高壓電力電子器件(耐壓超過6500V的功率開關器件)；并且多管串聯時，由于主回路電壓過高，極易造成開關器件被擊穿而失效。

2、高壓保護技術。在進行高壓逆變時，主回路中的供電電壓最高可至4800V，尖峰脈沖可能高至10000V，極易造成人員和設備傷害，因此，完善設備過流過壓過熱保護和防止漏電等功能，是此類裝備必須解決的技術難題。

3、多管開關同步技術。進行高壓發射的串聯開關管在被延時開啟時，開關管將面臨擊穿的危險。

上述技術問題都是利用高壓電壓建立人工電磁激勵場源所面臨的特殊問題。

發明內容：

為了解決現有技術中存在的技術難題，本發明圍繞高電阻率地區供電難的問題展開研究，為了能在陸地建立有效的電磁激勵場源，攻克一系列技術難題，并將各項技術有機結合在一起實現了自主創新，設計了一種在高電阻率地區向大地供入一定電流的激勵裝置，即多個功率開關器件串聯的橋式高壓地下電磁場發射裝置。

本發明提供的一種多個功率開關器件串聯的橋式高壓地下電磁場發射裝置，主要包括發電裝置、變壓整流裝置、大功率電磁發射機、發射電纜、發射電極A和發射電極B以及假負載等部件，各部件的具體作用如下：

發電裝置，與變壓整流裝置和大功率電磁發射機相連，為整個發明裝置提供大功率電能支持；

變壓整流裝置，與發電裝置和大功率電磁發射機相連，將發電裝置輸出的三相或單相工業交流電升壓轉換為可調輸出的高壓直流電(正極為P，負極為N)，并輸送給大功率電磁發射機；

大功率電磁發射機，與發電裝置、變壓整流裝置、發射電纜和假負載相連，該發射機為本發明裝置的核心，有如下三種主要功能：1、將發電裝置輸出的交流電轉換為內部低壓控制電路所需的電能；2、將變壓整流裝置輸出的高壓直流轉換為交流逆變矩形波，通過發射電纜和發射電極輸送至大地負載，作為人工電磁激勵場源；3、將維持發電裝置轉速平衡的電能通過端口A′和端口B′輸送至假負載；

發射電纜，與大功率電磁發射機和發射電極相連，將大功率電磁發射機通過端口A和B輸出的逆變矩形波傳送至發射電極A和發射電極B，發射電纜為高耐壓等級的訂制電纜，長度視陸地勘探深度而定；

發射電極A和發射電極B，其為與發射電纜相連的金屬電極，例如鋁箔、銅棒或銅板等，其將發射電纜輸送來的逆變矩形波轉化為人工激勵場源。