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海洋电磁发射机DC-DC大功率直流电源可控源电路特性分析

海洋电磁发射机经过向海底发射大功率的电磁波,来获取海底结构和矿产资源的散布规则,但现在发射机存在体积大、发射功率小等问题,直接影响勘探深度。 
提出选用PWM变换器组成发射机DC-DC大功率直流电源可控源电路,然而惯例的零电压开关全桥(ZVS-FB)PWM变换器存在高环流能量、占空比丢掉以及滞后桥臂的ZVS规模受限等问题,为此介绍一种使用零电压零电流开关全桥(ZVZCS-FB)PWM变换器组成大功率直流电源可控源电路。选用非对称移相操控,剖析电路作业进程及特性,首要包含最大操控占空比、一次电流复位和隔直电容、占空比丢掉、开关损耗以及环流能量等。
 
仿真和试验成果表明该DC-DC大功率直流电源可控源电路完成了超前桥臂的ZCS注册和ZVS关断以及滞后桥臂的ZCS注册和关断,进步了电路效率和功率密度。
 
在海洋资源勘探开发进程中,因为钻井成本高、出资危险大,世界上各大石油公司在进行海上钻井前,都要开展地震、重力、磁力等多种海洋地球物理办法的归纳勘探作业,以下降深水油气资源钻探危险[1,2]。
 
海洋大功率直流电源可控源电磁勘探体系经过由拖船拖曳的发射机向海底激起电磁波,将多分量电磁接收机布设在海底测量电磁场值。经过核算视电阻率和相位,或许直接使用所观测的电场和磁场到达勘探地下电参数特性散布特征,提醒海洋底层结构和油气等矿产资源的散布规则[3]。
 
现在海洋电磁发射机电路选用工频变压器+相控整流器结构,体积和分量大、发射功率小,不适合在水下密封,不能满意石油工业实践勘探需求[4,5]。
 
针对上述问题,本文提出选用PWM变换器代替相控整流器,摒弃了传统的工/中频变压器,这种改变带来的长处是:添加了一个线性度较好的操控量——PWM逆变器的占空比,据此可大幅进步发射电流的鲁棒性;明显减轻水下发射设备的分量,减小整个体系的体积;有利于把电能高效地从船上传输至海底,尤其是在深海发射时,能够明显地下降线损;能够在发射大电流时,有效地按捺发射机对周围电子设备造成的电磁搅扰,绕开在海洋电磁勘探研讨初期时走过的弯路[6,7]。
 
因为惯例的零电压开关全桥(Zero Voltage Switching-Full Bridge, ZVS-FB)PWM变换器存在高环流能量、占空比丢掉以及滞后桥臂的ZVS规模受限等问题[8,9],文中介绍了一种ZVZCS-FB-PWM全桥变换器组成的发射机大功率直流电源可控源电路,为了完成滞后臂的零电流开关(Zero CurrentSwitching, ZCS),选用具有容值较小的隔直电容,并在一次侧添加了一个小的饱满电抗器。
 
超前桥臂的ZVS是经过输出滤波电感存储的能量完成的。因为能够外加大电容在超前桥臂,所以,超前桥臂的ZVS关断在很宽的输入和负载规模内都简单完成。在续流期间,一次电流经过小的隔直电容电压复位,并维持在零。因为饱满电感阻断反向电流,答应滞后桥臂ZCS关断。漏感上贮存的能量传递到隔直电容,经过添加隔直电容的电压(下降电容值),即便漏感相对较大的时分,也能够获得一个宽规模的操控占空比。
 
海洋电磁发射机DC-DC大功率直流电源可控源电路特性分析
图20 海洋电磁发射机实物图

定论
1)针对海洋发射机发热严重、不同海域的阻抗不同大等问题,提出了选用ZVZCS-FB-PWM组成的海洋发射机电路,剖析了电路的作业进程,完成了超前桥臂ZCS注册和ZVS关断以及滞后桥臂ZCS开关。 
2)剖析了ZVZCS DC-DC大功率直流电源可控源电路的特性,首要包含最大操控占空比、一次电流复位和隔直电容、占空比丢掉、开关损耗以及环流能量,与ZVS DC-DC大功率直流电源可控源电路比照得知,ZVZCS DC-DC大功率直流电源可控源电路下降了开关损耗和占空比丢掉,下降了电路的损耗,整个电路的效率到达94%。 
3)选用ORCAD/Pspice软件对饱满电感和ZVZCS DC-DC大功率直流电源可控源电路进行了仿真,最终给出了样机的试验成果。因为发射机逆变桥中的IGBT选用零电流开关,能够使低频的IGBT作业于高频状况,进一步进步设备的开关频率和功率密度,缩小海洋发射机设备的质量和体积。

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