專利名稱：一種電法勘探用電源系統(tǒng)主電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電子變流器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電法勘探用電源系統(tǒng)主電路。
背景技術(shù)：
在地下資源勘探作業(yè)中，如地下水勘探、石油勘探等，傳統(tǒng)的勘探方法常采用“地 震法”，即在勘探地域用炸藥人為造成一個“微型地震”，通過測取“地震波”，分析地下資 源的性質(zhì)及其分布。這種方法花費(fèi)極大的人力、物力，應(yīng)用范圍也有限。因此，在許多場 合已逐漸為“電法勘探”所代替。所謂電法勘探即為在勘探區(qū)域向地下注入一定頻率的“電 流方波”，通過測取地質(zhì)的電場反應(yīng)來分析地下資源的情況。電法勘探進(jìn)行地下勘探的關(guān)鍵是要有一個交流電流方波發(fā)生源。其特點(diǎn)是電源裝 置的輸出功率大于等于200kw(直流1000V/200A)、逆變電流波形要求較陡(波形前、后沿均 要求小于lms)。但是頻率要求不高((Tl5Hz可調(diào))。由于勘探是在野外作業(yè)，要求電源裝 置工作必須十分可靠。但目前電法勘探用逆變電路，運(yùn)用較多的還是單一的兩電平方式，但 是隨著電法勘探要求的提高，單一的兩電平方式已經(jīng)不能滿足實(shí)際勘探的需要。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種電法勘探用電源系統(tǒng)主電路，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在 的兩電平方式不能滿足實(shí)際勘探需要的問題。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種電法勘探用電源系統(tǒng)主電路，包括用于輸 出可調(diào)電壓的三相橋式可控整流電路，用于保證電流型輸出的直流側(cè)串聯(lián)大電抗、電容換 相型電流逆變電路和大地等效阻抗；三相橋式可控整流電路通過直流側(cè)串聯(lián)大電抗與電容 換相型電流逆變電路連接，電容換相型電流逆變電路直接與大地等效阻抗連接；該電源系 統(tǒng)主電路還包括三電平工作方式轉(zhuǎn)換電路；三電平工作方式轉(zhuǎn)換電路與電容換相型電流逆 變電路連接；三電平工作方式轉(zhuǎn)換電路的一端通過直流側(cè)串聯(lián)大電抗與三相橋式可控整流 電路一端連接，三電平工作方式轉(zhuǎn)換電路的另一端直接與三相橋式可控整流電路的另一端 連接。其中，電容換相型電流逆變電路包括四個晶閘管分別為第一晶閘管VT21、第二晶閘 管VT22、第三晶閘管VT23和第四晶閘管VT24 ；第一晶閘管VT21的陰極通過第一二極管VD21和 第二二極管VD22與第二晶閘管VT22的陽極連接；第三晶閘管VT23的陰極通過第三二極管 VD23和第四二極管VD24與第四晶閘管VT24的陽極連接；第一晶閘管VT21陽極與第三晶閘管 VT23陽極連接后與直流側(cè)串聯(lián)大電抗連接；第一晶閘管VT21陰極與第三晶閘管VT23陰極之 間連接有第二電容器C2，第二晶閘管VT22陽極與第四晶閘管VT24陽極之間連接有第三電容 器C3 ；三電平工作方式轉(zhuǎn)換電路包括一對轉(zhuǎn)換晶閘管分別為第五晶閘管VT25和第六晶閘管 VT26 ；第二晶閘管VT22陰極與第四晶閘管VT24陰極連接后再與第六晶閘管VT26陽極連接；第 二晶閘管VT22陰極與第四晶閘管VT24陰極連接后通過第一電容C1與第五晶閘管VT25陽極連接；第五晶閘管VT25的陽極通過電阻R2和第五二極管VDtl2與直流側(cè)串聯(lián)大電抗2的一端 連接；第五晶閘管VT25陰極和第六晶閘管VT26陰極連接后與三相橋式可控整流電路的一端 連接。其中，第一晶閘管VT21、第二晶閘管VT22、第三晶閘管VT23和第四晶閘管VT24分別 為快速晶閘管。本實(shí)用新型的有益效果是，通過在已有的“兩電平”逆變電路的基礎(chǔ)上增加了一個 簡單易行的轉(zhuǎn)換電路，通過控制各晶閘管的通斷邏輯和通斷時間間隔，使得逆變電路即可 輸出頻率可調(diào)的“兩電平”電流方波，又可以輸出電流方波寬度、幅值和頻率均可調(diào)的“三電 平”電流方波，電路簡單實(shí)用，應(yīng)用前景廣泛。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中電法勘探用兩電平方式電源系統(tǒng)主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖2是本實(shí)用新型電法勘探用電源系統(tǒng)主電路的原理框圖；圖3是本實(shí)用新型電法勘探用電源系統(tǒng)主電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型逆變電路逆變開關(guān)器件的控制規(guī)律示意圖。圖中，1.三相橋式可控整流電路，2.直流側(cè)串聯(lián)大電抗、3.電容換相型電流逆變 電路、4.大地等效阻抗，5.三電平工作方式轉(zhuǎn)換電路。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖1所示，是現(xiàn)有技術(shù)電法勘探領(lǐng)域運(yùn)用較多的單一的兩電平方式電源系統(tǒng) 主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括三相橋式可控整流電路1，直流側(cè)串聯(lián)大電抗2、電容換相型電流逆 變電路3和大地等效阻抗4 ；三相橋式可控整流電路1的一端通過直流側(cè)串聯(lián)大電抗2與電 容換相型電流逆變電路3的一端連接，三相橋式可控整流電路1的另一端直接與電容換相 型電流逆變電路3的另一端連接，電容換相型電流逆變電路3與大地等效阻抗4直接連接； 電容換相型電流逆變電路3每間隔180°電角度周期性地分別觸發(fā)第一晶閘管VT21、第四晶 閘管VT24與第二晶閘管VT22、第三晶閘管VT23兩對晶閘管，負(fù)載上可得到頻率可調(diào)的“兩電 平”電流方波，其逆變輸出電流為正、負(fù)交替的“兩電平”。改變兩對晶閘管的切換時間即可 使逆變頻率可調(diào)。電流逆變方波的幅值則依靠三相橋式可控整流電路1進(jìn)行控制調(diào)整。如圖2所示，本實(shí)用新型是在圖1基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的一種新型電法勘探用電源系 統(tǒng)主電路，在現(xiàn)有的“兩電平”逆變電路上增加了三電平工作方式轉(zhuǎn)換電路5。整個主電路 包括三相橋式可控整流電路1，直流側(cè)串聯(lián)大電抗2、電容換相型電流逆變電路3、大地等效 阻抗4和三電平工作方式轉(zhuǎn)換電路5 ；由三相橋式可控整流電路1用于輸出可調(diào)直流電壓， 以適應(yīng)不同輸出的需要。直流側(cè)串聯(lián)大電抗2用以保證電流型輸出。電容換相型電流逆變 電路3產(chǎn)生所需的“二電平”電流逆變方波；三電平工作方式轉(zhuǎn)換電路5用于實(shí)現(xiàn)二、三電 平工作方式及其轉(zhuǎn)換。三相橋式可控整流電路1通過直流側(cè)串聯(lián)大電抗2與電容換相型電 流逆變電路3連接，電容換相型電流逆變電路3直接與大地等效阻抗4連接，電容換相型電 流逆變電路3上還連接有三電平工作方式轉(zhuǎn)換電路5 ；三電平工作方式轉(zhuǎn)換電路5的一端 通過直流側(cè)串聯(lián)大電抗2與三相橋式可控整流電路1的一端連接，三電平工作方式轉(zhuǎn)換電路5的另一端直接與三相橋式可控整流電路1的另一端連接。由于電源直流電壓較高，而 逆變頻率要求較低，并考慮到工作可靠性要求高、電流方波波形要求較陡等因素，因此逆變 電路開關(guān)元件均采用快速晶閘管。如圖3所示，電容換相型電流逆變電路3包括四個晶閘管分別為第一晶閘管VT21、 第二晶閘管VT22、第三晶閘管VT23和第四晶閘管VT24 ；第一晶閘管VT21的陰極通過第一二極 管VD21和第二二極管VD22與第二晶閘管VT22的陽極連接；第三晶閘管VT23的陰極通過第 三二極管VD23和第四二極管VD24與第四晶閘管VT24的陽極連接；第一晶閘管VT21陽極與第 三晶閘管VT23陽極連接后與直流側(cè)串聯(lián)大電抗2連接；第一晶閘管VT21的陰極與第三晶閘 管VT23的陰極之間連接有第二電容器C2，第二晶閘管VT22的陽極與第四晶閘管VT24的陽極 之間連接有第三電容器C3。電容換相型電流逆變電路3可以產(chǎn)生正、負(fù)交替的“兩電平”電 流逆變方波。三電平工作方式轉(zhuǎn)換電路5包括一對轉(zhuǎn)換晶閘管分別為第五晶閘管VT25和第六 晶閘管VT26 ；第二晶閘管VT22陰極與第四晶閘管VT24陰極連接后直接與第六晶閘管VT26的 陽極連接；第二晶閘管VT22的陰極與第四晶閘管VT24的陰極連接后通過第一電容C1與第五 晶閘管VT25的陽極連接；第五晶閘管VT25的陽極再依次通過電阻R2和第五二極管VDtl2與直 流側(cè)串聯(lián)大電抗2的一端連接；第五晶閘管VT25陰極和第六晶閘管VT26陰極連接后直接與 三相橋式可控整流電路1的一端連接。本實(shí)用新型提供的電源系統(tǒng)主電路既可以實(shí)現(xiàn)逆變電流正、負(fù)交替“兩電平”工 作，又可以實(shí)現(xiàn)正、零、負(fù)“三電平”工作。其工作原理為電容換相型電流逆變電路3若使 第六晶閘管VT26保持通態(tài)，第五晶閘管VT25保持?jǐn)鄳B(tài)，每隔180°電角度周期性地觸發(fā)第一 晶閘管VT21、第四晶閘管VT24與第二晶閘管VT22、第三晶閘管VT23兩對晶閘管，負(fù)載上可得 到頻率可調(diào)的“兩電平”電流方波。若按圖4所示規(guī)律對各晶閘管實(shí)施控制，則可在負(fù)載上 得到頻率、寬度可調(diào)的“三電平”電流方波。如在、時刻同時觸發(fā)第一晶閘管VT21,第四晶 閘管VT24和第六晶閘管VT26導(dǎo)通，負(fù)載上的電流k為正向，此時第一電容C1上經(jīng)第五二極 管VDtl2和電阻R2充有左正右負(fù)電壓。在、時刻觸發(fā)第五晶閘管VT25導(dǎo)通，則第一電容C1 上的電壓反向施加給第六晶閘管VT26,迫使其關(guān)斷。第一電容(^放電，繼而又反向充電，充 電結(jié)束，負(fù)載斷流，電流I為零。在t2時刻同時觸發(fā)第二晶閘管VT22、第三晶閘管VT23和第 六晶閘管VT26導(dǎo)通，使負(fù)載電流k反向?yàn)樨?fù)。同時第一電容C1上的電壓反向施加給第五 晶閘管VT25，迫使第五晶閘管VT25關(guān)斷，第一電容(^放電并正向充電。在、時刻又觸發(fā)第 五晶閘管VT25導(dǎo)通，迫使第六晶閘管VT26關(guān)斷，負(fù)載斷流，電流k為零。依此類推，負(fù)載 上可得到有正、有負(fù)、且有零的“三電平”電流方波。不難看出，改變ti—t2，t3_t4的時間 間隔，即可改變電流方波寬度。改變、_、，、_、的時間間隔，即可改變負(fù)載上的交流電 流方波頻率。以上具體描述了本實(shí)用新型的工作原理，通過在原有“兩電平”逆變電路上引入一 對轉(zhuǎn)換晶閘管即可滿足電法勘探對電流波形分別為“兩電平”和“三電平”工作方式的要求， 兼顧了原有的電路特點(diǎn)。按照附圖3所示電路拓?fù)渲谱鞯碾姺碧接秒娫囱b置，電源裝置既可以實(shí)現(xiàn)逆變 電流正、負(fù)交替“兩電平”工作，又可以實(shí)現(xiàn)正、零、負(fù)交替“三電平”工作，逆變電流方波波 形前后沿的陡度以及頻率均可達(dá)到使用指標(biāo)，這種電路實(shí)現(xiàn)簡單、輸出功率大、可靠實(shí)用，應(yīng)用前景廣闊 。
權(quán)利要求一種電法勘探用電源系統(tǒng)主電路，包括用于輸出可調(diào)電壓的三相橋式可控整流電路(1)，用于保證電流型輸出的直流側(cè)串聯(lián)大電抗(2)、電容換相型電流逆變電路(3)和大地等效阻抗(4)；所述的三相橋式可控整流電路(1)通過直流側(cè)串聯(lián)大電抗(2)與電容換相型電流逆變電路(3)連接，電容換相型電流逆變電路(3)直接與大地等效阻抗連接(4)，其特征在于該電源系統(tǒng)主電路還包括三電平工作方式轉(zhuǎn)換電路(5)；所述的三電平工作方式轉(zhuǎn)換電路(5)與電容換相型電流逆變電路(3)連接；三電平工作方式轉(zhuǎn)換電路(5)的一端通過直流側(cè)串聯(lián)大電抗(2)與三相橋式可控整流電路(1)一端連接，三電平工作方式轉(zhuǎn)換電路(5)的另一端直接與三相橋式可控整流電路(1)的另一端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電法勘探用電源系統(tǒng)主電路，其特征在于所述的電容 換相型電流逆變電路(3)包括四個晶閘管分別為第一晶閘管(VT21)、第二晶閘管(VT22)、第 三晶閘管(VT23)和第四晶閘管(VT24);第一晶閘管(VT21)的陰極通過第一二極管(VD21)和第 二二極管(VD22)與第二晶閘管(VT22)的陽極連接；第三晶閘管(VT23)的陰極通過第三二極 管(VD23)和第四二極管(VD24)與第四晶閘管(VT24)的陽極連接；第一晶閘管(VT21)陽極與 第三晶閘管(VT23)陽極連接后與直流側(cè)串聯(lián)大電抗(2)連接；所述的第一晶閘管(VT21)陰 極與第三晶閘管(VT23)陰極之間連接有第二電容器(C2),第二晶閘管(VT22)陽極與第四晶 閘管(VT24)陽極之間連接有第三電容器(C3)；所述的三電平工作方式轉(zhuǎn)換電路(5)包括一對轉(zhuǎn)換晶閘管分別為第五晶閘管(VT25)和 第六晶閘管(VT26)；第二晶閘管(VT22)陰極與第四晶閘管(VT24)陰極連接后再與第六晶閘 管(VT26)陽極連接；第二晶閘管(VT22)陰極與第四晶閘管(VT24)陰極連接后通過第一電容 (C1)與第五晶閘管(VT25)陽極連接；第五晶閘管(VT25)的陽極通過電阻(R2)和第五二極管 (VDtl2)與直流側(cè)串聯(lián)大電抗(2)的一端連接；第五晶閘管(VT25)陰極和第六晶閘管(VT26)陰 極連接后與三相橋式可控整流電路(1)的一端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電法勘探用電源系統(tǒng)主電路，其特征在于所述的第一 晶閘管(VT21)、第二晶閘管(VT22)、第三晶閘管(VT23)和第四晶閘管(VT24)分別為快速晶閘 管。
專利摘要本實(shí)用新型公開的一種電法勘探用電源系統(tǒng)主電路，包括通過直流側(cè)串聯(lián)大電抗與電容換相型電流逆變電路連接的三相橋式可控整流電路，電容換相型電流逆變電路直接與大地等效阻抗連接，該電源系統(tǒng)主電路還包括三電平工作方式轉(zhuǎn)換電路；三電平工作方式轉(zhuǎn)換電路與電容換相型電流逆變電路連接；三電平工作方式轉(zhuǎn)換電路的一端通過直流側(cè)串聯(lián)大電抗與三相橋式可控整流電路一端連接，另一端直接與三相橋式可控整流電路的另一端連接。本實(shí)用新型的電路解決了兩電平方式不能滿足實(shí)際勘探需要的問題，電路簡單實(shí)用，應(yīng)用前景廣泛。
文檔編號H02M5/451GK201733231SQ20102015942
公開日2011年2月2日 申請日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月15日
發(fā)明者任靜, 劉金虹, 張輝, 李守智, 李曉強(qiáng), 蔡聰朝 申請人:西安理工大學(xué)