瞬变电磁发射机中的电流脉冲整形技术

如何在大功率、大电感情况下实现电流脉冲短关断延时和下降沿高线性度是瞬变电磁发射机的关键问题。文中讨论了常规吸收电路对脉冲下降沿线性度、关断延时、电压应力等方面产生的影响,计算了电路参数最优解,提出了一种准谐振型吸收电路,分析了电路参数与关断延时、下降沿线性度的关系,运用Matlab和PSim进行了计算和仿真分析。实验证明,推荐电路具有关断延时短、正负脉冲一致性好、无过冲现象等特点,适宜于TEM发射机的负载能量吸收电路。     

瞬变电磁发射技术的新进展

瞬变电磁法(TEM)是一种地球物理探测方法，短关断延时、大电流、高线性度下降沿的双极性脉冲电流是瞬变电磁发射技术的发展趋势，高速关断技术是瞬变电磁系统的核心技术。论文全面分析了国内外先进的瞬变电磁发射机性能，对比分析了关断延时、下降沿线性度等关键指标，提出了恒压箝位高速关断技术，分析了电路原理，并与国际先进仪器做了对比。提出电路下降沿线性度高、关断延时最短，有利于早期数据校正；实现了负载能量回馈、缩短了脉冲上升时间；电路参数最优解不随电源、负载、脉冲电流幅值变化；大电流发射和短关断延时实现了宽深度测量。推荐电路已经在瞬变电磁测量系统中得到成功应用。     

瞬变电磁法高动态电流陡脉冲发射电路研究

瞬变电磁法(transient electromagnetic method,TEM)要求激励脉冲电流下降沿高度线性、稳定,并具有关断延时短、无电流过冲和良好的正负向一致性等特点,全桥电路可用于产生双极性电流脉冲,但在母线电压低、负载电感量大、回路电阻小的情况下,脉冲的前后沿波形形状难以满足瞬变电磁法要求。提出恒压钳位电流陡脉冲发射电路,讨论了电路参数计算、能量回馈和损耗等问题,采用仿真和实验方法,与改进RCD缓冲器、电感能量衰减器(inductance energy decay device,IEDD)和准谐振发射电路作了对比分析。结果表明,推荐电路关断延时短,下降沿线性度高且斜率可调,电路参数最优解与负载、电源和输出电流不相关,改善了上升沿波形,减小了能量损耗。讨论阻断二极管位置对关断性能的影响并提出了在不同输出功率情况下的推荐方案。     

一种新型的双极性脉冲电流源

在瞬变电磁探测领域中,发射电流波形的质量将会直接影响到地质体感应信号的检测。瞬变电磁法理论基于阶跃波电流源激励,为了探测浅层部地质信息,要求脉冲电流关断延时短、上升下降沿线性度高,探测系统动态性能好,但由于发射线圈呈感性,在大电感负载下实现理想的阶跃脉冲是非常困难的。研究改善发射电流脉冲波形前、后沿波形质量的电路拓扑、控制方法,并研究了电磁发射机整流方案。分析了电路的工作原理,讨论了电路参数优化计算,从负载电流上升、下降沿波形的线性度和稳压电容电压波动范围出发,给出了恒流电路中电感值和钳位电容值的最优值选取方法,并通过仿真实验,验证了理论分析的正确性。与已报道电路相比,该电路结构简单,上升、下降沿线性度好,动态性能好。     

一种改善瞬变电磁发射电流波形的系统设计

为了减小瞬变电磁发射机发射电流的关断时间,保证发射电流关断沿的线性度,抑制关断后电流过冲,简化钳位电压电路,设计了一种简便的瞬变电磁发射系统。提出了一种利用TVS管和电容相结合的恒压钳位电路并采用传统的在负载两端并联匹配电阻的吸收方式。通过调节TVS管的稳压值,可以调节关断时间和关断沿斜率;选择直接在负载两端匹配合适电阻,保证了关断前期处于欠阻尼状态,关断后期处于临界阻尼状态,在快速关断的前提下,有效防止关断后电流过冲,达到了改善发射电流波形的目的。实验结果表明,该系统电路结构简单、稳定、易于实现,在短关断延时、关断沿线性化和关断后无过冲方面,得到明显改善。     

馈能型恒压钳位双极性脉冲电流源

在地球物理探测、PCB深孔电镀领域,需要下降沿高度线性、高度稳定、短关断延时、良好的正负向一致性的双极性脉冲电流源,但在大电感负载、小回路电阻以及低电压供电电源场合,要得到理想的脉冲电流非常困难.基于此,提出一种馈能型恒压钳位脉冲电流源电路,该电路通过对电流下降期间的负载实行恒定的高压钳位,达到加速负载电流下降的目的.分析了电路的工作原理,讨论了电路参数优化计算,从负载电流下降沿波形的线性度和稳压电容电压波动范围出发,给出了恒压电路中电感值和提升电容值的最优值选取方法,并通过仿真和实验,验证了理论分析的正确性.与已报道电路相比,该电路关断延时短,下降沿线性度高,能量消耗少,且具有脉冲上升沿提升能力,适用于要求较高的脉冲电流源场合.     

瞬变电磁发射机控制系统设计

瞬变电磁发射机是瞬变电磁系统的组成部分。论文介绍了瞬变电磁发射机控制系统的功能框图、硬件设计和软件设计，实现了发射电流、关断延迟时间的测量，以及内同步外同步双工作模式，发射机具有发射电流大、关断延迟时间短、下降沿线性度高的特点。实验证明，该控制系统功能完善，可靠性高，达到了设计要求。     

梯形脉冲瞬变电磁发射机

电磁发射机是瞬变电磁探测系统的重要组成部分。论文提出了一种单极性脉冲电流发射机,介绍了该发射机的设计电路,实现了发射电流、发射电压及延迟时间的测量。该发射机具有体积小、重量轻、发射电流延迟时间短、线性度高、幅值稳定等特点。经实验测试,其各项性能基本达到了设计要求。     

TEM-Ⅱ型发射机换相过程及无功功率释放回路的研究

分析了IGBT全桥变换电路实现功率变换时感性负载上电压、电流的瞬态变化规律及无功功率的释放回路，对TEM－Ⅱ型瞬变电磁法发射机阻感性负载三种工作方式的换相过程作了深入全面的讨论，进而提出几点注意事项。     

大功率海洋电磁发射机DC-DC可控源电路特性分析

海洋电磁发射机通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分布规律,但目前发射机存在体积大、发射功率小等问题,直接影响勘探深度。提出采用PWM变换器组成发射机DC-DC可控源电路,然而常规的零电压开关全桥(ZVS-FB)PWM变换器存在高环流能量、占空比丢失以及滞后桥臂的ZVS范围受限等问题,为此介绍一种利用零电压零电流开关全桥(ZVZCS-FB)PWM变换器组成可控源电路。采用非对称移相控制,分析电路工作过程及特性,主要包括最大控制占空比、一次电流复位和隔直电容、占空比丢失、开关损耗以及环流能量等。仿真和实验结果表明该DC-DC可控源电路实现了超前桥臂的ZCS开通和ZVS关断以及滞后桥臂的ZCS开通和关断,提高了电路效率和功率密度。     

IGBT fault current limiting circuit

There is a growing market demand for insulated gate bipolar transistors (IGBTs) with high efficiency but long short-circuit withstand time. The inherent device tradeoff, however, does not allow device designers to achieve both goals simultaneously. The proposed circuits, by limiting the fault current magnitude, extends the short-circuit withstand time of high efficiency (high-gain) IGBTs. Limiting of the fault current magnitude also results in reduced turn-off voltage transients; a desirable byproduct, especially for higher current modules. Moreover, the adverse Miller effect is counterbalanced to a great degree. If the fault current is of a short transient type, the circuit restores normal operation, a unique and desirable feature for noise-prone systems. The circuit does not require an external DC supply to operate. This feature, combined with the simplicity of the circuit, makes it feasible to insert the circuit in IGBT modules or connect it as an interface between the gate driver and module     

基于RC阻容吸收的串联IGCT动态均压研究

为了研究串联IGCT关断时暂态特性,建立了串联IGCT的关断电流数学模型,该模型考虑了所串联的同一型号半导体开关器件物理特性存在的细微差异。基于此模型,提出了用微分方程研究串联IGCT电路关断的均压特性的思路。为验证该思路的有效性,建立了基于串联IGCT斩波电路的关断暂态模型,该模型充分考虑了IGCT阻容吸收回路、线路杂散电感对IGCT关断暂态过电压的影响。数值仿真及试验结果表明,该模型能较好地反映串联IGCT关断的均压情况。     

限压型低压电涌保护器级间配合研究

采用电磁暂态程序(EMTP)仿真方法,研究了MOV限压型低压电涌保护器(SPD)两级保护电路.模型中采用传输线模型仿真电缆线,通过实验测量SPD在不同冲击电流下的残压值获得SPD仿真的必要电流和残压值参数.得到了两级在不同冲击电流大小、线缆长度连接时的电流分布情况和残压大小.对传输线的长度为5、10、20 m,冲击电流为8.9 kA时的仿真结果进行实验验证,实验结果和仿真结果基本一致.该项研究有助于雷电防护中SPD辅助工程设计.     

逆变器开关管变驱动电流技术研究

传统的逆变器驱动电路中,驱动电流是按开关管最大关断电流下的最高电压尖峰来设计且是固定的,但在最大关断电流以下的工作状态,关断电压尖峰较小,IGBT有较大的安全电压裕量,牺牲了器件效率。为此提出一种逆变器变驱动电流技术及电路。该电路的驱动关断电流随开关管关断电流的下降而上升,提高了开关管在全负载范围下的关断速度,降低了IGBT的关断损耗。设计的原则是,关断电压尖峰不会超过最大允许值,且调节是实时进行的。讨论了关断电压尖峰与关断电流、驱动电流和漏感之间的关系。在一个230 V DC输入/80 V AC交流输出/500 W额定负载的单相半桥逆变器上进行测试,结果表明采用所提驱动电路,额定负载下效率较传统驱动提升近0.7%,实现了驱动电路的优化。     

大功率链式STATCOM电磁暂态快速等效建模和误差评估

针对含有大量模块的大功率链式静止同步补偿器(STATCOM)存在的电磁暂态仿真速度缓慢的问题,提出一种链式STATCOM级联H桥拓扑的等效建模方法,以提高仿真效率。主要开展了以下的研究:对比分析了经典电磁暂态建模和快速等效建模的原理;推导出级联H桥换流链电压、电流之间的数学模型;结合换流链数学模型及其控制方法,设计出基于MATLAB/Simulink的仿真流程;分析主要电气量如功率模块直流电压、换流链电流和功率等的理论误差。比较精确模型和等效模型的仿真精度和仿真速度,结果表明所提的等效模型与精确模型的仿真误差小于1.2%,仿真时间缩短了80%。可见所提的大功率链式STATCOM电磁暂态快速等效建模和误差评估方法,可以在精度允许范围内大幅降低仿真时间并精确评估模型,具有较强的科学和工程应用价值。