基於矩陣變換器的瞬變電磁發射系統關鍵技術的研究

《基於矩陣變換器的瞬變電磁發射系統關鍵技術的研究》是依託吉林大學，由李剛擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於矩陣變換器的瞬變電磁發射系統關鍵技術的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李剛
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

瞬變電磁法是一種重要的地球物理探測方法，其儀器裝備的研究與開發具有重要意義。本課題採用一種新型電力電子變換器——三相-單相矩陣變換器構成瞬變電磁探測儀器的發射系統，以取代現有直流開關電源與H橋逆變器構成的常規發射系統，重點解決提高瞬變電磁發射系統功率密度、輸入側功率因數的問題。項目以基於矩陣變換器的新型瞬變電磁發射系統的關鍵技術為研究對象，研究基於三相-單相矩陣變換器的發射系統控制策略，包括基於分段控制與電流空間矢量相結合的調製算法，和輸入側功率因數控制方法；研究三相-單相矩陣變換器的輸出電流控制技術，解決瞬變電磁發射電流波形各階段之間的平滑過渡控制；研究發射電流紋波對瞬變電磁法探測結果的影響機理，通過線上計算輸出負載的參數，結合三相-單相矩陣變換器的PWM脈寬模式計算輸出電流紋波，並通過電磁回響的分析，研究消除電流紋波干擾探測結果的方法；實現一種高效可靠且結構緊湊的新型瞬變電磁發射系統。

結題摘要

瞬變電磁探測方法是一種重要的地球物理探測方法，其發射系統是儀器裝備的重要環節，也是探測數據的源頭，本項目以瞬變電磁發射系統為研究對象，提出了基於三相-單相矩陣變換器的發射系統拓撲結構，以瞬變電磁發射50%占空比雙極性方波電流為基礎，簡化了三相-單相矩陣變換器的數學模型，形成了單開關的等效電路。基於矩陣變換器的雙向開關換流分析，結合瞬變電磁發射電流波形特徵，將三相-單相矩陣變換器等效為兩個電流型三相整流器，輸出側反向並聯給瞬變電磁負載供電，系統輸出電流目標確定，其電流方向明確，因此在系統工作過程中，兩個等效電流型三相整流器單獨工作，換流過程簡單，不需要電壓或者電流感測器。系統調製策略方面，由於瞬變電磁發射電流要求上升沿和下降沿儘量短，以提高輸出電磁能量以及減少探測盲區，本項目採用滯環電流控制方法提高輸出電流上升下降沿，由於系統電流採樣精度與解析度的限制，穩態階段紋波大，瞬變電磁探測接收信號產生不良影響，後期採用電流空間矢量調製方法提高輸出電流穩態精度，但是電流上升時間與下降時間遠大於滯環電流控制方法，最終將兩個方法結合構成基於分段控制與電流矢量的調製方法，實現瞬變電磁發射電流穩態與動態參數的要求。為了進一步提高基於三相-單相矩陣變換器的發射系統電源側電能質量，提高系統功率密度，研究了三相-單相矩陣變換器輸入側功率因數調節方法，給出理論調節範圍在[-π/6，π/6]之間。為了適應瞬變電磁探測精度的要求，進一步分析了發射系統輸出電流穩態階段的紋波分析方法，根據電磁波傳遞方程，給出了大地電磁回響，為探測結果消除影響提供理論依據。本項目研究基於新型電力電子變換器的電磁法發射系統關鍵技術，是為儀器科學與電氣科學的有機結合探索一條新穎的技術途徑。