[實用新型]高效能大電流電磁發射系統

有效

• 申請號: 201520386270.0
• 申請日: 2015-06-05
• 公開（公告）號: CN204694860U
• 公開（公告）日: 2015-10-07
• 發明（設計）人: 黎明;劉蘭軍;王建國
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01V3/08
• 分類號: G01V3/08
• 代理公司: 青島聯信知識產權代理事務所 37227
• 代理人: 段秀瑛;王月玲

技術領域

本實用新型屬于電磁勘探技術領域，涉及高效能大電流電磁發射系統。

背景技術

電磁法勘探理論與技術目前廣泛應用于包括石油勘探、地下水勘探、地熱能勘探、工程勘探和選址、礦產資源勘探、活動斷層勘探、地震安全評價、地質填圖、環境勘探、堤壩病害診斷、地下埋藏物和管線探測、海水倒灌和地下污染范圍界定、地下電阻率變化監視以及地殼和上地幔構造研究等，特別是在能源勘察方面，具有重要的意義。它的理論方法及儀器也在不斷地改進和創新，其地質解釋精度及效果也不斷提高。在深海油氣資源的開發利用需求驅動下，研制出能夠驅動幾十毫歐重負載、千安級電流輸出的高效能電磁發射機技術顯得越來越重要，其盡可能低的內阻設計是高效能的關鍵技術。

傳統方法的拓撲結構如圖7所示，主要采用單相不可控整流橋與單相H逆變橋的串聯組合方式實現發射電流幅值調整與脈沖編碼變換，通過天線產生所需的電偶極矩電磁發射。該方法的主要特點是結構簡單，控制算法易實現。但傳統方案整體采用串聯的連接方式，電流回路串聯單元多、內阻大。，功耗集中在功率半導體器件上，造成熱量集中，散熱難度大。尤其在深海探測條件下電磁發射機艙空間和散熱條件均受限的情況下，設計難度更大，造價和安裝難度大幅增加。特別是在負載電阻極小、輸出電流與功率很大的場合，如本實用新型的大功率電磁發射機，負載電阻幾十mΩ近乎短路，輸出電流要求達1000A級，傳統方案高的內阻遠大于負載電阻，因此輸出功率大部分消耗在內阻上。傳統方案的電路原理存在固有拓撲結構設計缺陷，因而很難實現高的電力變換和傳輸效率。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種可應用于深海可控源電磁勘探，高效能、大電流電磁發射系統。

本實用新型的技術方案是：高效能大電流電磁發射系統，包括中頻高壓電源、大電流電磁發射模塊、主控制單元和輸出波形發生器。大電流電磁發射模塊由相連的中頻高壓變壓器、電力變換單元和電流濾波器組成；中頻高壓變壓器端為大電流電磁發射模塊的輸入端，與中頻高壓電源相連，電流濾波器端為大電流電磁發射模塊的輸出端，與天線負載相連；

中頻高壓變壓器為雙次級線圈變壓器，包括初級線圈，次級線圈I和次級線圈II；電力變換單元分為兩路，每路電力變換單元包括多個MOS開關，每路上的MOS開關可分為第一MOS開關、第二MOS開關和續流MOS開關，兩路上的第一MOS開關構成第一開關組，第二MOS開關構成第二開關組，續流MOS開關構成續流開關組；次級線圈I的兩個輸出端分別與第一開關組兩個MOS開關的漏極相連，次級線圈II的兩個輸出端分別與第二開關組兩個MOS開關的漏極相連；第一開關組MOS開關的源極、第二開關組MOS開關的源極均連接到續流開關組的源極，同時分別經電流濾波器連接到天線負載；續流開關組兩個MOS開關的漏極互連；

輸出輸出波形發生器由波形編輯模塊和波形發生模塊兩部分組成。波形編輯模塊接收用戶下達的期望波形指令，包括波形的幅值、頻率、占空比。波形發生模塊根據波形編輯模塊提供的參數，產生周期性的電流波形信號。

主控單元包括數據采集模塊、驅動邏輯電路、控制算法模塊；

數據采集模塊分別采集中頻高壓電源端的電流值、電壓值和天線負載端的電流值和電壓值；控制算法模塊將波形發生模塊的輸出作為電流的設定值與采集模塊獲得的電流反饋信號進行偏差計算，控制算法模塊的控制器Gic(s)對偏差進行運算，得到PWM的占空比。

驅動邏輯電路包括PWM發生器、驅動邏輯真值表。PWM發生器根據控制算法模塊輸出的占空比，產生PWM脈沖，并通過驅動邏輯真值表最終產生驅動MOS開關的脈沖。

優選的是：大電流電磁發射模塊有多組，各組的輸入端并聯，均與中頻高壓電源相連；各組的輸出端并聯，均與天線負載相連。各模塊單元按總電流輸出波形和幅值要求進行電流自動分配和同步控制調制變換，輸出為各模塊單元發射電流之和。并聯模塊的個數取決于輸出總電流大小和功耗要求，可以靈活組合，發射電流越大和(或)功耗要求越小并聯組合的模塊數越多。

本實用新型的有益效果是：

(1)本系統采用中頻高壓電源，實現低損耗遠距離高壓輸電，提高傳輸效率，滿足電能長距離傳輸的要求。雙路MOS開關可實現雙極性輸出，MOS開關的這種連接結構，使其等效電阻大大減小，提高發射機的效率。傳統發射機的效率一般在75％-80％左右，而本發射機的效率可達到99％以上。

(2)采用大變流比雙次級線圈高壓變壓器，變壓器與電力變換單元上的MOS開關組以互為反向的方式連接，保證變壓器磁路正負半周全波形對稱平衡運行，提高變壓器的利用率。