CN102291077A - 高压励磁恒流供电*** - Google Patents

Abstract

本发明为一种高压励磁恒流供电***，包括励磁调压发电机、整流单元、电流传感器、模数转换器、励磁调节器和大功率负载。励磁调压发电机在励磁调节器的控制下，输出0～1000V的三相交流电压；整流单元将交流电压变为直流电压，并加载到大功率负载上；电流传感器对供电电流进行隔离检测；模数转换器将模拟信号转换为数字信号；励磁调节器控制励磁调压发电机的输出电压，使整个***的供电电流保持在设定的电流值。本发明的供电电压可在0～1000V_DC的大范围内连续调整，能适应各种接地条件的恒流供电，并且具有效率高、重量轻、可靠性高的优点，弥补了传统恒流技术方案的上述不足。

Description

高压励磁恒流供电***

技术领域

本发明涉及一种高压励磁恒流供电***，特别适合于在地球物理电磁法探测仪器中用作恒流供电***，也可作为常规的恒流供电***使用。

背景技术

恒流供电是地球物理电磁法勘探技术的一项基本要求，其目的是为了建立稳定的场源，只有场源稳定，才能保证观测信号的质量，有利于简化数据处理过程。地球物理电磁法探测仪器属野外作业设备，其大功率电源一般都采用发电机组。实际生产中，由于不同供电点的接地条件不同，接地电阻差别较大，为提高观测信号强度、有效压制干扰，发射机中通常都采用变压器进行升压，以便增大供电电流。

采用变压器升压的传统恒流技术方案如图2所示，其中发电机的输出电压固定不变，采用调压变压器进行升压。当功率较大时，变压器难以实现连续调压(这样做会引起电刷打火，不安全)，故只能采取固定变压器抽头的方式。传统的恒流技术方案存在以下不足：

1.调压变压器采用固定抽头方式，电压可调节的档数少，降低了野外施工的灵活性；

2.变压器的变损(铜耗)较大，大功率电源的利用率较低；

3.由于采用了变压器，整个恒流供电***的体积和重量大；

4.在大功率条件下，难以实现大功率稳流供电。原因在于：在大功率条件下，传统的恒流技术方案中稳流管的功率损耗较大，很难实现大功率恒流。就一台功率为30kW的恒流供电***来说，若效率为90％，就会有3kW的功率以热能的形式消耗在稳流管上。当恒流供电***的功率达到上百kW时，稳流管的功率消耗更大，导致稳流管的温度迅速上升、管子的性能变差、可靠性降低，极易造成稳流管损坏。因此，在高压大电流条件下，基于常规的恒流供技术方案很难实现大功率恒流供电。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的是提供一种基于发电机励磁调节技术的恒流供电***，供电电压可在0～1000V_DC的大范围内连续调整，能适应各种接地条件的恒流供电，并且具有效率高、重量轻、可靠性高的优点，弥补了传统恒流技术方案的上述不足。

为此，本发明采用以下技术方案：

一种高压励磁恒流供电***，其特征在于包括：

励磁调压发电机、整流单元、电流传感器、模数转换器、励磁调节器，其中：

所述励磁调压发电机的输出经所述整流单元变为直流电后，加载到大功率负载上；

流过大功率负载的电流经所述电流传感器隔离检测后送至所述模数转换器；

所述模数转换器将模拟信号转换成数字信号；

所述励磁调节器将此数字信号与电流设定值进行比较，按照比较结果调节励磁调压发电机的输出电压，使整个***的供电电流保持在设定的电流值。

进一步地：

所述励磁调压发电机为无刷励磁调压发电机，为恒流供电***提供电压可变的大功率的电源。

所述整流单元为三相整流桥与滤波电路，用于将励磁调压发电机输出的三相交流电压转换成直流电压，整流后的直流电压加载到外部的大功率负载上。

所述电流传感器为隔离型电流传感器，用以对高压回路的供电电流进行隔离检测，并将电流信号转换为电压信号。

励磁恒流调节过程：假定恒流供电***的初始状态为供电电流与用户设定的电流相等，即***处于恒流状态。若由于某种原因(如负载或接地电阻发生变化)使供电电流变小，该变化经电流传感器和模数转换后，在励磁调节器处与设定的电流进行比较，励磁调节器将增加发电机的励磁电流，进而增加发电机的励磁磁场，使发电机的输出电压升高，最终使供电电流维持恒定。若由于某种原因使供电电流变大时，励磁调节器的调整过程与上述过程相反。

励磁调节器为高压励磁恒流供电***的控制核心。励磁调节器以用户设定的供电电流为基准，实时监测供电电流，并将实际供电电流与用户设定的电流进行比较。当负载电阻变化引起供电电流变化时，励磁调节器会根据电流变化的大小和方向，实时调整发电机的励磁，使发电机的输出电压向着相反的方向变化，始终使供电电流保持在用户设定的电流值，最终实现励磁恒流供电。

大功率负载为外接的大功率负载，可以为常规的电阻性负载，也可以为将大地作为负载时的接地电阻。

本发明的优点是：

1.供电电压连续可调，可适应各种接地条件，方便野外施工；

2.避开笨重的变压器，使恒流供电***的体积和重量明显减小；

3.避免了变压器的功率损耗，提高了大功率电源的利用率；

4.通过励磁调节，提高了高压大电流条件下恒流供电的可靠性。

附图说明

图1为本发明恒流技术方案框图；

图2为传统恒流技术方案框图；

图3为本发明的励磁调节器的工作流程图。

具体实施方式

本发明为一种高压励磁恒流供电***。它采用励磁调压发电机和励磁调节器替代了传统技术方案中的发电机、升压变压器和半导体稳流单元。励磁恒流供电***根据供电电流的变化，实时调节发电机的输出电压，使供电电流维持恒定，实现基于发电机励磁调节的恒流供电。

下面结合附图作进一步说明。

本发明的组成框图请参看图1，包括励磁调压发电机1、整流单元2、电流传感器3、模数转换器5、励磁调节器7和大功率负载9。

励磁调压发电机1的输出电压可在大范围内(0-1000V)连续调节。

励磁调压发电机1的主发电机定子14的输出经整流单元2变为直流电后，加载到大功率负载9上；流过大功率负载9的电流经电流传感器3隔离检测后经由4送至模数转换器5，模数转换器5将模拟信号转换成数字信号6；励磁调节器7将此数字电流信号6与电流设定值8进行比较，按照相应的算法调节发电机的励磁电流，该励磁电流经E1、E2端加载到励磁调压发电机1的励磁线圈10上，该励磁电流控制励磁机11的磁场强度，进而控制励磁机11的输出电压。励磁机11的输出电压经旋转整流器12变为直流电流，再由线圈13产生控制主发电机的磁场，最后控制发电机定子14的输出电压。这样就构成了一个闭环控制***。

励磁调节器为高压励磁恒流供电***的控制核心。励磁调节器以用户设定的供电电流为基准，实时监测供电电流，并将实际供电电流与用户设定的电流进行比较。当负载电阻变化引起供电电流变化时，励磁调节器会根据电流变化的大小和方向，实时调整发电机的励磁，使发电机的输出电压向着相反的方向变化，始终使供电电流保持在用户设定的电流值，最终实现励磁恒流供电。

大功率负载为外接的大功率负载，可以为常规的电阻性负载，也可以为将大地作为负载时的接地电阻。

下面说明励磁恒流供电的调节过程。

假定***的初始状态为稳定状态，即***处于恒流状态。若由于某种原因(如外接大功率负载或接地电阻的阻值变大)使供电回路的电流变小，励磁调节器7检测到这种变化后，立即增大励磁电流10，励磁电流增大后，励磁机11的磁场强度也随之增强。励磁机11的磁场强度增强后，由电磁感应定律可知，励磁机电枢的电压将会升高。励磁机电枢的输出电压经旋转整流器12整流后供给主发电机的磁场产生线圈13，使主发电机的磁场强度随之增强，同样由电磁感应定律可知，发电机定子线圈14的电压也将随之升高，从而使励磁调压发电机1的输出电压升高，最终使供电电流保持在最初设定的电流值。

若由于某种原因使供电回路的电流变大，励磁调节过程与上述过程相反。

基于上述技术方案的大功率高压励磁恒流供电***，弥补了传统技术方案中效率低和可靠性低等不足之处；同时，由于避开了笨重的调压变压器，整个***的体积和重量也没有。由于供电电压可在0～1000V范围内连续变化，因此可以适应各种接地条件，提高了野外供电的灵活性。

Claims (4)

1.一种高压励磁恒流供电***，其特征在于包括：

励磁调压发电机、整流单元、电流传感器、模数转换器、励磁调节器，其中：

所述励磁调压发电机的输出经所述整流单元变为直流电后，加载到大功率负载上；

流过大功率负载的电流经所述电流传感器隔离检测后送至所述模数转换器；

所述模数转换器将模拟信号转换成数字信号；

所述励磁调节器将此数字信号与电流设定值进行比较，按照比较结果调节励磁调压发电机的输出电压，使整个***的供电电流保持在设定的电流值。

2.如权利要求1所述的高压励磁恒流供电***，其特征在于：

所述励磁调压发电机为无刷励磁调压发电机，为恒流供电***提供电压可变的大功率的电源。

3.如权利要求1所述的高压励磁恒流供电***，其特征在于：

所述整流单元为三相整流桥与滤波电路，用于将励磁调压发电机输出的三相交流电压转换成直流电压，整流后的直流电压加载到外部的大功率负载上。

4.如权利要求1所述的高压励磁恒流供电***，其特征在于：

所述电流传感器为隔离型电流传感器，用以对高压回路的供电电流进行隔离检测，并将电流信号转换为电压信号。

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