专利名称：一种恒流逆变方法及恒流逆变系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种恒流逆变方法及恒流逆变系统。
背景技术：
目前大功率人工场源(120KW以上)仪器采用恒压式供电，如图I所示，为现有技术逆变系统结构示意图，其包括发电机、变压器、切换控制器、整流逆变装置和主控机，在这种供电方式下，由于电极的发热，接地电阻产生很大变化，使得供电电流产生相应波动，采集的数据一致性变差，给后期数据归一化处理带来一定的困难。另外由于勘探地区的不同，接地电阻差异很大，想要满足一定的电流供电，就要求发射系统供电范围不但要宽，而且档位要多。由于大功率系统换档，不但变压成本高，而且设备庞大，不利于野外作业，且供电电流抗干扰能力很弱。
发明内容
本发明实施例提供一种恒流逆变方法及恒流逆变系统，以解决现有电法勘探仪器在使用中逆变电流随负载变化的波动、电压挡位少、体积庞大、成本高、供电电流抗干扰能力弱等问题。一方面，本发明实施例提供了一种恒流逆变方法，所述方法包括获取发电机电流；将所述发电机电流与预置电流进行比较，获取比较结果；利用所述比较结果调整励磁控制器里的可控硅导通时间，从而调整励磁电流以确保输出到负载的电流恒定；利用伪随机码发生器控制整流逆变装置按伪随机码的波形恒流输出逆变扫频。另一方面，本发明实施例提供了一种恒流逆变系统，所述恒流逆变系统由发电机、整流逆变装置、主控机构成，其中，所述恒流发电机除包括发电机外，所述恒流发电机还包括电流传感器，用于获取发电机电流；励磁控制器，用于将所述发电机电流与预置电流进行比较，获取比较结果；利用所述比较结果调整励磁控制器里的可控硅导通时间，从而调整励磁电流以确保输出到负载的电流恒定；所述主控机包括一伪随机码发生器，利用其控制整流逆变装置按伪随机码的波形恒流输出逆变扫频。上述技术方案具有如下有益效果因为恒流逆变系统内部的恒流发电机与普通发电机的根本区别在于其输出电压不是恒定值，一旦设置好励磁电压(即发射电流)，发电机的输出电压随负载的变化而变化，确保输出到负载的电流恒定，输出到负载的电压调节范围IOOVac IOOOVa。，最大输出功率120KW，电流输出范围为IOA 150A，恒流精度可达到
I%，且利用伪随机码发生器控制整流逆变装置按伪随机码的波形恒流输出逆变扫频，增强了系统的抗干扰能力。在原来设备的基础上省去了变压器(150kW，重量I吨)、切换控制器等设备，使得恒流逆变系统仪器体积小，成本低，便于野外流动式作业。本发明还提高了电法勘探数据的一致性，增强了数据解释的准确性、可靠性。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为现有技术逆变系统结构不意图；图2为本发明实施例一种恒流逆变方法流程图；图3为本发明实施例励磁调节流程控制原理示意图；图4为本发明实施例η级线性反馈移位寄存器示意图；图5为本发明实施例m序列的产生示意图；图6为本发明实施例C语言编程得到m序列的流程图；
图7为本发明实施例一种恒流逆变系统组成示意图；图8为本发明实施例一种恒流发电机组成示意图；图9所示，为本发明实施例一种恒流系统工作原理框图；图10为本发明实施例经伪随机码发生器调整前后的逆变控制示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。为了解决现有电法勘探仪器在使用中逆变电流随负载变化的波动、电压挡位少、体积庞大、成本高等问题。本发明实施例设计了轻便、稳流精度高(可达1%)、电流可任意设置(10A 150A)、电压可连续自动调节(IOOVac IOOOVac)的恒流发电逆变系统，该系统在原来设备的基础上省去了变压器(150kW，重量I吨)、切换控制器等设备，使得恒流逆变系统仪器体积小，成本低，便于野外流动式作业。如图2所示，为本发明实施例一种恒流逆变方法流程图，所述方法包括201、获取发电机电流；202、将所述发电机电流与预置电流进行比较，获取比较结果；203、利用所述比较结果调整励磁控制器里的可控硅导通时间，从而调整励磁电流以确保输出到负载的电流恒定；204、利用伪随机码发生器控制整流逆变装置按伪随机码的波形恒流输出逆变扫频。可选的，当负载增大时，获取的所述发电机电流下降，此时所述发电机电流与预置电流进行比较，所述发电机电流小于预置电流，增加所述整励磁控制器里的可控硅导通时间，使励磁电流增大，发电机输出电压升高，负载电流上升，从而确保输出到负载的电流恒定。可选的，当负载减少时，获取的所述发电机电流上升，此时所述发电机电流与预置电流进行比较，所述发电机电流大于预置电流，减少所述整励磁控制器里的可控硅导通时间，使励磁电流下降，发电机输出电压降低，负载电流下降，从而确保输出到负载的电流恒定。可选的，所述伪随机码波形采用最小周期62. 8 μ s，最大24元码，反馈系数8进制码为100000207的伪随机方案。可选的，所述伪随机码发生器通过一现场可编程门阵列FPGA或一数字信号处理器DSP实现。如图3所示，为本发明实施例励磁调节流程控制原理示意图系统工作时，电流传感器(例如霍尔传感器)将三相取样电流Iu、Iv、、Iw与主控机设置的励磁电位Vm不断进行调整。当负载增大，发电机电流下降，这时励磁控制器里的移相触发脉冲前移，增加可控硅的导通时间，使励磁电流增大，发电机输出电压升高，负载电流上升，反之发电机电压降低，电流下降，从而维持发电机输出到负载的电流不变。在大功率恒流电磁仪系统中，我们为了增强系统的抗干扰能力，提高系统的信噪比和施工效率，在仪器设计中，增加了伪随机码扫频。
传统的电法勘探一般采用不同频率的阶跃信号加载给大地，然后在远端实施精确测量和后期分析。它需要多次改换发射机信号频率，每个频率需要发出多个波形，通过叠加抑制噪声。这样的过程效率很低。能否进行一次发射，覆盖更多的频点信息，将是决定电法勘探效率的关键。方波中包含基波频率、3次谐波频率、5次谐波……频率等，但是其谐波幅度是按照1/3、1/5衰减的，能量是按照1/9、1/25衰减的。也就是说，发射机发出方波，在测量端获得的其他频率点能量是迅速下降的，难以做到发射一次，获得多个频点信息。如果采用传统方法，发射机发出IW的功率，绝大多数功率出现在基波频点——比如10Hz，试图在谐波频点30Hz、50Hz、70Hz处获得信息，难度很大。因为在接收端接收到的这些频点的能量已经非常微弱。伪随机码的关键好处在于，当伪随机码最小周期(Λ t)、随机码长度周期N、采样率等参数匹配合适时，一次发射即可包含多个频率信息，且谐波能量的衰减很小。当它的最小周期为100ms，它可以使得IOHz、30Hz、50Hz、70Hz等频点的功率大致相同——细致的频谱分析可以显现这个特点。这样，就可以做到一次发射，获得多个频点的能量信息，而且这些能量都足够大，足以让远端测量设备分辨，自然就提高了效率。伪随机码的种类很多，电法勘探中常用m序列实现。以下为伪随机码的关键参数I)最小时钟周期At伪随机码发生器是一个移位寄存器输出，它发出的任何一个随机信号O或者1，都将保持At时间。这个时间的长短，对输出信号基波和谱分布有影响，根据计算，一般最小为62.8ys。伪随机码发生器来自一个FPGA (Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)或者DSP(Digital Signal Processor，，数字信号处理器)，其时间最小精度只要能够在O. Ius,即可轻松实现这个要求。2)长度周期N伪随机码不是真正的随机。它在按照自己的规则，以看似随机的序列输出一定的最小周期个数N以后，会重复发生以前的序列。比如它发出了 127个看似随机的0、1序列后，从第128个开始，它又重复从第一个数开始，那么它的长度周期N就是127。3)码元或者级数r
伪随机码的发生规则来自于一个前人探索出的多项式，简言之，它是一个多级异或计算器。它把此前输出的r个O、I序列值，按照特征多项式的公式，进行异或计算，形成一个看似随机，其实确定的O、1，实施输出。下一次重复这个计算，又形成一个新的看似随机的数值O或者I。显然，当伪随机码发生器选择的此前数值数量r越大，它表现出的随机性就越强，形成的重复周期N也就越长。结论是，N = Z-I。
以下以一个3元码(r = 3)为例，说明伪随机码的产生过程。设有Iv 3似的移似寄存器，初值为111。a3 = I, a2 = I, a1 = Io有Iv反馈系数C3C2C1,那么伪随机码的输出来自于当前状态a3 = I, a2 = I, B1 = I和C3C2C1的异或计算out=a3 C30a2C20aiCi根据前人的总结，3元码中，反馈系数为101(1)时，可以实现伪随机输出。此3元码的输出序列为O 10 0 11 1，此后不断重复O 10 0 111。最后一个(I)是所有m序列为计算方便都需要补充的。这个1011写成8进制就成了 13。注意，反馈系数不合适时，伪随机码发生器会很快进入不随机的确定性状态。因此，查表可以获得，当级数为r级，或称r元码时，前人找到了若干个多项式反馈系数，形成了 8进制数。将8进制数拆成2进制序列，就形成了反馈系数，根据这个反馈系数形成的表达式，就可以计算出伪随机输出。实现伪随机码的方案根据计算，本系统可以选择最小周期62. 8 μ S，最大24元码，反馈系数8进制码为100000207的伪随机方案。它的周期长度为224-1 = 16777215，折合成时间为1054s左右。这种方案对硬件系统的要求是I)系统能够在62. 8 μ s以及其整数时间倍数处发出数字量改变信号。2)系统能够在62. 8 μ s内对24位数字量进行异或运算，得到输出值O或者I。本系统可以用DSP实现这个功能。其主振频率高达50MHz，定时器可以实现O. 1μ s的最小分辨，能够在628个最小分辨到来时，给出动作。另外，DSP在62. 8μ s内完成这个运算，是绰绰有余的。伪码发生I、m序列产生移位寄存器序列可以很方便的通过一个线性反馈移位寄存器得到，如图4所示，为本发明实施例η级线性反馈移位寄存器示意图。图4中&1、…、^anYan分别表示各寄存器的状态；Ci分别表示各寄存器反馈线的状态，可以拥有反馈也可以没有反馈，这些状态值经过模2运算后又通过Ctl反馈到移位寄存器％的输入端；时钟控制移位寄存器的时序；an的输出端即得到移位寄存器序列。因此，知道某时刻各级的状态、…、ak、an_i、&11和反馈线Ci的状态，移位寄存器序列下一时刻的输入状态Ctl可有如下递推方程求得
ηco
w(1-1)
显然，当寄存器的个数η—定时，Ci的状态决定了移位寄存器序列的值，当Ci的状态合适时，就可得到周期最长的移位寄存器序列，也即得到m序列。实际中，常用特征多项式f (x)表示η级移位寄存器的反馈线状态和η级寄存器输出结构[17]，如(1-2)式f (X) = C0Xc^C1X+...+ClriX1^kcnXn (1-2)特征多项式f (x)的x°的系数Ctl始终为I，表示始终有反馈，其Xk的系数为I时表示ak寄存器有反馈线，否则无反馈线，多项式本身的取值并无实际意义。理论和实践证明，当特征多项式f (X)为本原多项式时，移位寄存器序列产生m序列。此外，m序列长度N和移位寄存器的级数η的关系是N = 2η_1，时钟周期为m序列 的时钟周期At，也可以称之为码元宽度。注意在以后章节中如无特殊说明，都用a表示m序列的幅度，Λ t表示m序列时钟周期或者码元宽度，N表示m序列长度。显然当知道特征多项式f (X)的本原多项式时，就可以利用移位寄存器电路产生m序列。将f(x)的本原多项式列制成备查表，如表1，表中为了简便将多项式的系数每3位二进制数字用一位八进制数值表示，把表内八进制数展开就得到特征多项式的系数，表中提供了 2 25级m序列伪随机信号的特征多项式表I常用本原多项式备查表
权利要求
1.一种恒流逆变方法，其特征在于，所述方法包括 获取发电机电流； 将所述发电机电流与预置电流进行比较，获取比较结果； 利用所述比较结果调整励磁控制器里的可控硅导通时间，从而调整励磁电流以确保输出到负载的电流恒定； 利用伪随机码发生器控制整流逆变装置按伪随机码的波形恒流输出逆变扫频。
2.如权利要求I所述方法，其特征在于， 当负载增大时，获取的所述发电机电流下降，此时所述发电机电流与预置电流进行比较，所述发电机电流小于预置电流，增加所述整励磁控制器里的可控硅导通时间，使励磁电流增大，发电机输出电压升高，负载电流上升，从而确保输出到负载的电流恒定。
3.如权利要求I所述方法，其特征在于， 当负载减少时，获取的所述发电机电流上升，此时所述发电机电流与预置电流进行比较，所述发电机电流大于预置电流，减少所述整励磁控制器里的可控硅导通时间，使励磁电流下降，发电机输出电压降低，负载电流下降，从而确保输出到负载的电流恒定。
4.如权利要求I所述方法，其特征在于， 所述伪随机码波形采用最小周期62. 8 μ S，最大24元码，反馈系数8进制码为100000207的伪随机方案。
5.如权利要求1-4任一所述方法,其特征在于， 所述伪随机码发生器通过一现场可编程门阵列FPGA或一数字信号处理器DSP实现。
6.一种恒流逆变系统，其特征在于，所述恒流逆变系统由发电机、整流逆变装置、主控机构成，其中，所述恒流发电机除包括发电机外，所述恒流发电机还包括 电流传感器，用于获取发电机输出电流； 励磁控制器，用于将所述发电机电流与预置电流进行比较，获取比较结果；利用所述比较结果调整励磁控制器里的可控硅导通时间，从而调整励磁电流以确保输出到负载的电流恒定； 所述主控机包括一伪随机码发生器，用于控制整流逆变装置按伪随机码的波形恒流输出逆变扫频。
7.如权利要求6所述恒流逆变系统，其特征在于， 当负载增大时，所述电流传感器获取的所述发电机电流下降，此时所述励磁控制器将所述发电机电流与预置电流进行比较，所述发电机电流小于预置电流，增加所述整励磁控制器里的可控硅导通时间，使励磁电流增大，发电机输出电压升高，负载电流上升，从而确保输出到负载的电流恒定。
8.如权利要求6所述恒流逆变系统，其特征在于， 当负载减少时，所述电流传感器获取的所述发电机电流上升，此时所述励磁控制器将所述发电机电流与预置电流进行比较，所述发电机电流大于预置电流，减少所述整励磁控制器里的可控硅导通时间，使励磁电流下降，发电机输出电压降低，负载电流下降，从而确保输出到负载的电流恒定。
9.如权利要求6所述恒流逆变系统，其特征在于， 所述伪随机码波形采用最小周期62. 8 μ S，最大24元码，反馈系数8进制码为.100000207的伪随机方案。
10.如权利要求6-9中任一所述恒流逆变系统，其特征在于， 所述伪随机码发生器通过一现场可编程门阵列FPGA或一数字信号处理器DSP实现；所述电流传感器包括霍尔传感器。
全文摘要
本发明提供一种恒流逆变方法及恒流逆变系统，所述恒流逆变系统由发电机、整流逆变装置、主控机构成，其中，恒流发电机除包括发电机外，恒流发电机还包括电流传感器，用于获取发电机电流；励磁控制器，用于将发电机电流与预置电流进行比较，获取比较结果；利用比较结果调整励磁控制器里的可控硅导通时间，从而调整励磁电流以确保输出到负载的电流恒定；所述主控机包括一伪随机码发生器，用于控制整流逆变装置按伪随机码的波形恒流输出逆变扫频，增强了系统的抗干扰能力，提高仪器的工作效率以及资料的信噪比。本发明调节范围100VAC～1000VAC，最大输出功率120kW，电流输出范围为10A～150A，恒流精度可达到1％。
文档编号H02P9/38GK102891645SQ201110202240
公开日2013年1月23日 申请日期2011年7月19日 优先权日2011年7月19日
发明者庞恒昌, 陈维琪, 刘自强, 罗凤强, 吴锐, 朱从武, 王军, 王霞 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司