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线性慢关断发射系统关键技术研究

发布时间:2020-10-18 04:25
   近年来,随着社会科学技术水平的提升,地下资源和地下结构的探测逐渐成为研究的热点之一。在诸多方法中,时间域瞬变电磁法是其中可靠性最高,也是常用的方法。实际实验过程中,由于发射线圈负载呈感性,发射电流波形下降沿呈e指数衰减,一次场感应电压幅值较大且难以剔除。与此同时,由于发射电流的关断时间过短,发射系统对深层地质结构的探测能力受到明显制约。为了增大瞬变电磁系统的探测深度,减小一次场感应电压幅值,方便一次场剔除,需要使发射电流线性关断,并延长发射电流关断时间。而现阶段并没有能够延长发射电流关断时间的设备,线性度优化也大多集中于高压钳位快关断。无法满足野外大深度探测的要求。针对以上问题,本文设计实现了线性慢关断发射系统,主要工作内容如下:1、本文在常用逆变桥路的基础上,通过选取大功率开关器件实现了发射电流60A的技术指标,同时设计了振荡吸收电路、驱动电路以及BD/GPS同步电路,实现了大功率发射电路的同步、强弱电隔离驱动和正负交变电流发射等基本功能并电路中振荡得到,发射波形质量大大优化。2、设计了基于恒压技术的线性度优化电路,通过调节恒压电路预设电压值,实现了20A~60A发射电流下降沿低压线性度优化。根据电容串联结构的安全性能上的缺陷设计了均压保护电路,保证了电压的平均分配同时提高了线性度优化电路的安全系数。进行了Multisim相关仿真并得到相应结果。搭建线性度优化电路并进行小电流测试。证明了基于恒压技术的线性度优化电路方案的可行性,经过线性度优化后,20A发射电流的下降沿线性度由原本的54%提升为81%。3、设计了基于关断时间延长技术的慢关断发射电路。通过认为规划发射电路的续流回路,延长了发射电流的关断时间,同时不影响上升时间。进行了Multisim软件仿真和电路实际搭建及调试。调试结果表明,慢关断电路能够有效的延长发射电流的关断时间同时不影响上升时间,20A发射电流的关断时间由488μs延长到2.21ms,但线性度仅为59.1%。4、根据慢关断电路线性度较差的缺陷,引入线性度优化电路进行优化,设计完成线性慢关断发射系统并进行了Multisim软件仿真和实际电路搭建及调试。结果辨明:线性慢关断系统能够同时优化发射电流的线性度并延长关断时间。在不同电流等级,不同发射线圈条件下进行测量,优化后20A发射电流线性度达到91%,关断时间延长至1.11ms。5、对发射电流波形进行了一次场求取和频谱分析,并进行了超导瞬变电磁野外实验。结果表明:线性慢关断发射系统电流所激发的一次场幅值减小为优化前的50%,一次场形态更加接近于方波。线性慢关断发射系统电流波形的频谱中,0~1k Hz的低频信号幅值高于自由沿关断,大于1k Hz的高频信号幅值低于自由沿关断。超导瞬变电磁系统失锁现象得到改善,中心磁场衰减时间由460μs延长至1.56ms。证明了线性慢关断发射系统能够优化发射电流一次场形态和中心磁场,实现采集系统小动态范围精准采集并扩大探测范围,实现大深度探测,保证超导瞬变电磁系统的稳定性。
【学位单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2018
【中图分类】:TM46
【部分图文】:

输出波形,仿真电路,输出波形,桥路


图 3.4 发射桥路仿真电路模型Q5BUZ344Q6BUZ344Q7BUZ344Q8BUZ344R70.3ΩR80.3ΩL3400μHL4400μHV70V 15V10ms 40msV80V 15V10ms 40msV90V 15V10ms 40msV100V 15V10ms 40msXSC2ABExt Trig++__+_XCP31 mV/mAL91μHR50.001ΩL10μHR90.001ΩL111μHR100.001ΩL121μHR130.001ΩL131μHR140.001ΩL141μHR150.001ΩC3120pFC4120pFC7120pFR1650ΩV160V 5V9.5ms 20m

波形,阻尼吸收,输出电流,电路


图 3.10 添加阻尼吸收电路后输出电流波形路设计电路的设计要求,从电气角度分析,发射系统设计分电逆变电路两部分。弱电控制电路本身含有控制信息真,IGBT 强电逆变电路由于其较大的发射功率,极。因此,为了实现强弱电路的控制同时保证二者不互设计隔离驱动电路。件存在相应的门极损耗参数,为了使 IGBT 驱动电路的驱动能力应高于 IGBT 元件的门极损耗参数。门极耗功率 Pg、门极电流最大值 Igmax和门极电流平均值如式(3.6)、(3.7)和(3.8)所示。g gP fQ V

输出波形,驱动电路,输出波形,驱动芯片


见表 3.3 中。表 3.3 IXDD408 与 A4504 关键参数对比称 IXDD408 A4504 KA最大值 2.0W 100mW 2最大值 8A 16mA 延时 20ns 0.3μs 0压范围 -5V~25V 0V~5V 0V对现有隔离驱动芯片进行对比,A4504 光耦器件比较适合小功,KA962 芯片输出功率最高可达 2.5W,驱动输出电流最大可电压范围和关断延时都不及 IXDD408,IXDD408 无论是输入都能够满足要求。其关断延时短,且能够实现 IGBT 软关断,此,最终选择 IXDD408 驱动芯片作为驱动电路搭建的核心部出电压波形如图 3.11 所示。
【参考文献】

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本文编号:2845798

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