一种海洋可控电磁发射装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型属于海洋电磁勘探技术领域，提供一种海洋可控电磁发射装置，包括：船上装置和水下发射源；船上装置包括船上电源，船上电源与所述水下发射源连接，向水下发射源发送大于1000V的单相工频或中频交流电；水下发射源接收所述大于1000V的单相工频或中频交流电，并将大于1000V的单相工频或中频交流电转换为大功率低频低压交流电，发射频率可控的双极性脉冲电流。水下发射源为单相高压交流输电，提高了电能传输效率；采用串联输入并联输出的组合式半桥电路，将高压直流电转换为低压直流电，增大发射源的发射功率，降低对器件电应力要求，提升发射源功率密度，减少装置体积，缩短施工周期，节约经济成本。
【专利说明】
一种海洋可控电磁发射装置
技术领域
[0001] 本实用新型属于海洋电磁勘探技术领域，具体涉及一种海洋可控电磁发射装置。
【背景技术】
[0002] 全球海洋油气资源非常丰富，近年来发现的大型油田中，海洋领域约占60%，但是 海洋油气勘探技术还处于初期阶段。海洋油气勘探技术主要有海洋地球化学勘探、海洋拖 缆地震勘探、四维勘探、海洋可控源电磁法以及微生物勘探技术，海洋油气勘探开发技术向 深海技术发展是必然趋势，其中，海洋可控源电磁法以其对海底高阻薄层的良好分辨能力 和相对低廉的勘探成本日益成为海底深水油气资源探测的重要方法。
[0003] 海洋可控源电磁法采用靠近海底的发射源发射人工脉冲电流和置于海底的阵列 电磁接收器接收来自海底地层的电磁场信号。低频人工脉冲电流产生的电磁信号向海水和 饱含水的海底地层中传播，海底地层电阻率比海水电阻率要高，因此经海底地层传播的电 磁波比经海水面传播的电磁波速度要快、能量衰减快。当发射源和接收器距离与高阻储层 埋深相当或稍大时，由含油气高阻层反射回海底接收器的电磁波能量将超过直达接收器的 电磁波能量，同时也超过经空气界面反射和折射的电磁波能量，占据主导地位;如果海底地 层中没有高阻油气层，则经海底地层反射和折射的电磁波能量就很微弱甚至没有。通过对 接收电磁场信号的反演解释得到地下地层的电阻率分布，借助电阻率与储层含油气饱和度 的密切关系，直接用于探测海底地层中油气层的位置和规模。
[0004] 其中，海洋可控电磁发射源是海洋可控源电磁法中产生人工脉冲电流的装置，依 据其工作原理，人工脉冲电流的强度和稳定性，对勘探结果的可信度和精确度具有决定作 用。因此，设计一种输出人工脉冲电流强度高、抗干扰性强、瞬态响应快的海洋可控电磁发 射源是海洋可控源电磁法实施的基础。
[0005] 目前，现有的海洋可控电磁发射方法主要有两种：第一种是发射源采用小于400V 的单相或三相电源，由于输入电压等级较低，若使用一到两千米电缆将电能传输到接近海 底位置，线路损耗较高，电能的利用率较低，难以实现输出大电流、高功率海洋可控电磁发 射。为了解决这个问题，在电磁勘探实施时，电磁发射源被放置在船体上，发射源的输出电 缆被船拖拽悬浮在海中，向海中发射。但是这种发射方案，使勘探范围和深度受到了限制， 设计发射功率受到限制。第二种是发射源采用直流输电，可以将电能以直流形式传输到接 近海底的发射源，可以提高发射源的范围和测深，但是由于现有器件的限制，所设计的发射 功率不高。 【实用新型内容】
[0006] 针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提出一种海洋可控电磁发射装置，以解决 现有技术存在由于现有器件的限制，发射源发射功率不高的问题。
[0007]为此目的，本实用新型提供一种海洋可控电磁发射装置，包括:船上装置和水下发 射源；
[0008] 所述船上装置包括船上电源，所述船上电源与所述水下发射源连接，向所述水下 发射源发送大于1000V的单相工频或中频交流电；
[0009] 所述水下发射源接收所述大于1000V的单相工频或中频交流电，并将所述大于 1000V的单相工频或中频交流电转换为大功率低频低压交流电，发射频率可控的双极性脉 冲电流。
[0010] 其中，所述船上装置还包括船上发射源控制台；
[0011] 所述船上发射源控制台与所述水下发射源连接，实时监视和控制所述水下发射源 的发射状态。
[0012] 其中，所述水下发射源，包括:整流电路、组合式半桥电路、LC滤波器和发射电路；
[0013] 所述整流电路输入端与所述船上电源连接，将接收到的所述大于1000V的单相工 频或中频交流电转换为高压直流电；
[0014] 所述组合式半桥电路中的各半桥电路的输入端串联，且与所述整流电路输出端连 接;所述组合式半桥电路中的各半桥电路的输出端并联后与所述LC滤波器输入端连接;实 现所述高压直流电转换为低压直流电；
[0015] 所述发射电路输入端与所述LC滤波器输出端连接;所述发射电路根据所述低压直 流电得到大功率低频低压交流电，发射频率可控的双极性脉冲电流。
[0016] 其中，所述组合式半桥电路包括主模块电路和从模块电路；
[0017] 所述主模块电路为所述组合式半桥电路中的任意一路半桥电路；
[0018] 所述从模块电路为所述组合式半桥电路中除主模块电路之外的半桥电路。
[0019] 其中，所述装置还包括控制器；
[0020] 所述控制器包括一个主控制器和从控制器组，所述主控制器为所述主模块电路的 控制器，所述从控制组为所述从模块电路的控制器；
[0021 ]所述主控制器包括电压控制外环和电流控制内环；
[0022] 所述主控制器的电压反馈输入端与所述组合式半桥电路的输出并联节点电压检 测电路连接，将并联节点电压作为所述主控制器的电压控制外环的电压反馈值；
[0023] 所述主控制器的电流反馈输入端与所述主模块电路的输出电流检测电路连接，将 所述主模块电路输出电流作为所述主控制器的电流控制内环的电流反馈值;将所述主控制 器的电压控制外环输出值作为所述主控制器的电流控制内环的电流给定值；
[0024] 所述从控制器组中各从控制器包括电流控制环，所述各从控制器的电流反馈输入 端与所述组合式半桥电路中各从模块电路的输出电流检测电路连接，将所述从模块电路输 出电流作为所述从控制器的电流控制环的电流反馈值；
[0025] 所述船上发射源控制台通过光纤与发射源控制器连接，所述发射源控制器通过 SPI通讯与所述主控制器连接，所述主控制器将接收的所述船上发射源控制台将预先设定 的输出电压和电流给定值作为所述主控制器的电压控制外环的给定值，实现所述船上发射 源控制台对水下发射源的发射电压和发射电流的控制；
[0026] 所述主控制器通过CAN总线分别与所述从控制器组中各从控制器连接;并将所述 主控制器中的电压控制环输出值通过CAN总线传输给所述各从控制器，作为所述各从控制 器中的电流控制环的电流给定值。
[0027] 其中，所述装置还包括脉冲宽度调制器PffM组；
[0028] 所述主控制器和所述各从控制器的输出端分别与所述脉冲宽度调制器PffM组中各 脉冲宽度调制器PWM输入端连接；
[0029] 所述各脉冲宽度调制器PWM输出端与所述组合式半桥电路中各半桥电路的驱动端 连接，驱动所述组合式半桥电路中各半桥电路的开关管。
[0030] 其中，所述装置还包括发射源控制器；
[0031] 所述发射源控制器通过光纤与所述发射源控制台连接，接收所述船上发射源控制 台发送的预先设定的发射频率，所述发射源控制器的输出端与所述发射电路的开关管IGBT 驱动端连接，实现所述船上发射源控制台对所述水下发射源的发射频率的控制。
[0032] 本实用新型提供的一种海洋可控电磁发射装置，通过采用单相工频或中频高压电 源来向水下发射源传输电能，提高了电能的传输效率;而且采用串联输入并联输出的组合 式半桥电路，减小了开关管的电压和电流应力，降低了对电路中器件的选型要求，同时提高 了各半桥电路的开关频率和功率密度，增大了发射源的发射功率。另外，本实用新型的海洋 可控电磁发射装置电路结构简单，易于实现，各半桥电路开关频率高，减少了电磁发射装置 的整机体积;通过采用组合式结构，缩短了施工周期，节约了经济成本。
【附图说明】
[0033] 为了更清楚地说明本实用新型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实 用新型公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些图获得其他的附图。
[0034] 图1为本实用新型一实施例提供的海洋可控电磁发射装置电路结构示意图；
[0035] 图2为本实用新型一实施例提供的半桥电路的结构示意图；
[0036] 图3为本实用新型一实施例提供的组合式半桥电路进行均流控制的结构示意图；
[0037] 图4为本实用新型一实施例提供的海洋可控电磁发射装置的结构示意图；
[0038] 图5为本实用新型一实施例提供的组合式半桥电路中的开关管的导通相位图；
[0039] 图6为本实用新型一实施例提供的每路半桥电路的输出电流及组合式半桥电路的 输出电流的中的波形图。
[0040] 附图标记说明
[0041] 图中：1-1:船上电源1-2:船上发射源控制台2:水下发射源3:整流电路4:组合 式半桥电路5:LC滤波器6:发射电路7:主控制器10:发射源控制器4-1:第一路半桥电 路4-2:第二路半桥电路4-5:第五路半桥电路8-1:第一从控制器8-4:第四从控制器9-1:第一脉冲宽度调制器PWM 9-2:第二脉冲宽度调制器PffM 9-5:第五脉冲宽度调制器PWM。
【具体实施方式】
[0042] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型的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实用新型的一部分实施例，而不是全 部的实施例。基于本实用新型的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
[0043] 如图1所示，本实用新型一实施例提供了一种海洋可控电磁发射装置，该装置包 括:船上装置和水下发射源2;船上装置包括船上电源1-1;船上电源1-1与水下发射源2连 接，向水下发射源2发送大于1000 V的单相工频或中频交流电；所述水下发射源接收所述大 于1000V的单相工频或中频交流电，并将所述大于1000V的单相工频或中频交流电转换为大 功率低频低压交流电，发射频率可控的双极性脉冲电流。
[0044]本实施例提供的一种海洋可控电磁源发射装置，采用单相高压电传输电能，将电 能传输到接近海底的水下发射源，采用高压输电大大提高了电能传输效率，克服现有器件 的限制，提高了水下发射源的发射功率。
[0045]具体地，本实施例中的船上电源1-1采用电压为3000V、频率为50Hz的单相交流电 源。船上电源1-1通过电缆将电能传输到接近海底的水下发射源，在相同输出功率条件下， 通过提高输入电压可以减小传输线的线耗，降低电路中各器件的电流应力。
[0046]具体地，在本实施例中，船上装置还包括船上发射源控制台1-2;船上发射源控制 台1-2与水下发射源2连接，实时监控水下发射源2的发射状态。
[0047]需要说明的是，本实施例的海洋可控电磁发射装置把水下发射源2的实时发射频 率、发射电压和发射电流通过光纤通讯传输到船上发射源控制台1-2,实现了实时监视水下 发射源2的发射状态。
[0048] 具体地，本实施例中的水下发射源2包括整流电路3、组合式半桥电路4、LC滤波器5 和发射电路6;整流电路3的输入端与船上电源I -1的输出端连接，将接收到的大于1000V的 单相工频或中频交流电转换为高压直流电；组合式半桥电路4中的各路半桥电路的输入端 与整流电路3的输出端连接;组合式半桥电路4中的各半桥电路的输出端并联后与LC滤波器 输入端连接;将上述高压直流电转换为低压直流电；发射电路6的输入端与LC滤波器5的输 出端连接;发射电路6根据上述低压直流电得到大功率低频低压交流电，发射频率可控的双 极性脉冲电流。
[0049] 具体地，本实施例中的组合式半桥电路4由五路半桥电路组成，组合式半桥电路4 的输入侧为串联结构;组合式半桥电路4的输出侧为并联结构。
[0050] 需要说明的是，本实施例不限定组合式半桥电路中的半桥电路的数量，本领域技 术人员可根据实际情况，通过一定数量的半桥电路组成组合式半桥电路。
[0051] 具体地，本实施例的海洋可控电磁发射装置，采用高压输电，提高了电能传输效 率，减小了组合式半桥电路4中的各半桥电路中的开关管IGBT和整流二极管等器件的电流 应力。同时，通过采用串联输入并联输出的组合式半桥电路4,将每路半桥电路的输入电压 降低为原输入电压的1/5,因此将每路半桥电路中的开关管IGBT和整流二极管的电压应力 降低为原来的1/5,而且，采用组合式半桥电路4将高压输入端与低压输出端进行隔离，提高 了整个装置的安全性能，使得对器件选型的标准降低，增大器件的选择空间，大大提高了半 桥电路的开关频率，提升了水下发射源2的功率密度和电能转换效率，增大了水下发射源2 的发射功率。而且，通过采用组合式半桥电路4的结构，减少电磁发射装置的体积，缩短施工 周期，节约经济成本。
[0052] 具体地，图1中的Si-Siq为IGBT开关管，Csi-Csiq为半桥分压电容，Dzi-Dziq为变压器 副边整流二极管，L和C是组合式半桥电路4并联输出的滤波电感和电容。
[0053]需要说明的是，本实施例中的海洋可控电磁发射装置的发射容量还可以根据实际 情况的需要进行增容。
[0054] 图2示出了组合式半桥电路4中的每路半桥电路的结构示意图，为了确保本实施例 中的组合式半桥电路4运行稳定，确保每路半桥电路中对应器件要保持一致。在理想状态 下，只要保证每路半桥电路中的器件参数型号一致，占空比一致就可以确保组合式半桥电 路4中各路半桥电路并联输出电流均流。但是实际的电路并非理想状态，每路半桥电路中的 器件即使型号相同，其寄生参数也不尽相同，每路半桥电路的输出电流总会存在差异，而输 出电流的差异会导致每路半桥电路的输入功率不均衡，每路半桥电路的损耗不一致，致使 装置的整体性能变差，缩短装置的使用寿命。因此，为了确保本实施例中的组合式半桥电路 4的每路半桥电路输出电流均流，本实施例对组合式半桥电路4采用了均流控制，以控制组 合式半桥电路4中的每路半桥电路均流输出。
[0055] 具体地，为了对组合式半桥电路4采用均流控制，本实施例中海洋可控电磁发射装 置还包括控制器，该控制器包括主控制器7和从控制器组，并将组合式半桥电路4划分为主 模块电路和从模块电路;将组合式半桥电路4中的任意一路半桥电路作为主模块电路;将组 合式半桥电路4中的除了主模块电路之外的所有半桥电路作为从模块电路。
[0056] 图3示出了本实用新型一实施例提供的组合式半桥电路进行均流控制的结构示意 图：以组合式半桥电路由五路半桥电路组成为例，将第一路半桥电路4-1作为主模块电路， 将第二路半桥电路4-2、第三路半桥电路(图中未示出）、第四路半桥电路(图中未示出）和第 五路半桥电路4-5作为从模块电路;将主控制器7作为上述主模块电路的控制器，将从控制 器组作为从模块电路的控制器:将第一从控制器8-1作为第二路半桥电路4-2的控制器，将 第二从控制器8-2作为第三路半桥电路的控制器，将第三从控制器（图中未示出）作为第四 路半桥电路的控制器，将第四从控制器(图中未示出)作为第五路半桥电路4-5的控制器。 [0057] 主控制器7包括电压控制外环和电流控制内环；主控制器的电压反馈输入端与组 合式半桥电路4的输出并联节点电压检测电路连接，将并联节点电压作为主控制器7的电压 控制外环的电压反馈值;主控制器7的电流反馈输入端与主模块电路的输出电流检测电路 连接，将主模块电路输出电流作为主控制器7的电流控制内环的电流反馈值;将主控制器7 的电压控制外环输出值作为主控制器7的电流控制内环的电流给定值。从控制器组中各从 控制器包括电流控制环，各从控制器的电流反馈输入端与组合式半桥电路4中各从模块电 路的输出电流检测电路连接;主控制器7通过SPI通讯与发射源控制器10连接，发射源控制 器10通过光纤与船上发射源控制台1-2连接，主控制器7将接收的船上发射源控制台1-2传 输的预先设定的输出电压和电流给定值作为主控制器7的电压控制外环的给定值，实现所 述船上发射源控制台1-2对水下发射源2的发射电压和发射电流控制;主控制器7通过CAN总 线分别与从控制器组中各从控制器连接;并将主控制器7中的电压控制环输出值通过CAN总 线传输给各从控制器，作为各从控制器中的电流控制环的电流给定值。本实施例中对组合 式半桥电路采用均流控制，确保了组合式半桥电路运行稳定运行，保证了组合式半桥电路 的输出均流，保证了每路半桥电路的输出功率均衡，提高了装置的性能，延长了使用寿命。 [0058]具体地，船上发射电源控制台传输的输出电压和电流给定值根据需求预先设定 的。
[0059]具体地，图3中的￥81^2^3^4^5为各路半桥电路的输入电压4』为组合式 半桥电路4输出侧的两个并联节点，Vo为A、B两点电压;R_load为海水负载;Kv为并联节点电 压检测电压变比;1^1、1(〇2、1(〇3、1(〇4、1(〇5为各路半桥电路的输出电流检测变比^#为输出 电压给定值;Vf为A、B两点电压的反馈值;Vc为第一路半桥电路4-1中的主控制器电压环的 输出量;Ifl为第一路半桥电路4-1的输出电流反馈值，If 2、If 3、If 4、If 5分别为第二路半桥 电路4-2、第三路半桥电路、第四路半桥电路和第五路半桥电路4-5的输出电流反馈值;D1、 02、03、04、05为各路半桥电路的驱动占空比。
[0060]具体地，本实施例中的均流控制的过程如下：
[0061 ]向主控制器7的电压控制环正向输入端输入输出电压给定量Vref，向主控制器7的 电压控制环反向输入端输入组合式半桥电路4的并联节点的A、B的电压反馈量Vf，主控制器 7的电压控制环输出端与主控制器7的电流控制环的正向输入端连接。主控制器7的电流控 制环的反向输入端输入第一路半桥电路4-1的反馈电流。第一从控制器8-1的电流控制环、 第二从控制器的电流控制环、第三从控制器的电流控制环和第四从控制器8-4的电流控制 环分别按照与主控制器7的电流控制环相同的连接方式进行连接。将主控制器7和四个从控 制器输出端分别通过五个脉冲宽度调制器PWM与五路半桥电路的驱动端连接。
[0062] 第一路半桥电路4-1以Vref为输出电压给定量，组合式半桥电路4的输出侧并联节 点A、B电压Vf为反馈量，Vref和Vf通过主控制器7的电压控制外环得到电流控制内环给定量 Vc; Vc与第一路半桥电路4-1的输出电流反馈量If 1通过主控制器7的电流控制内环，调整第 一路半桥电路4-1的驱动占空比Dl，保证组合式半桥电路4的输出电压恒定。
[0063] 在从模块电路中，主控制器7的电压控制外环得到Vc，通过CAN总线，传输给从模块 电路，作为从模块电路的从控制器组的电流控制环的电流给定量，Vc与从模块电路自身输 出电流的反馈量If i (i = 2，3，4，5)做比较，再通过各路从模块电路的从控制器的电流控制 环，经电流控制环计算得到从模块电路的驱动占空比控制量02、03、04、05，调整从模块电路 的输出电流。由于主控制器7的电流内环和四个从控制器的电流环给定量相同，也就确保组 合式半桥电路4中的五路半桥电路的均流输出。
[0064] 需要说明的是，主控制器7的电压控制外环关系式如下：
[0065] Vc = (Vref-Vf )Gvc (1)
[0066] 其中，Gvc为主控制器7的电压控制外环传递函数。
[0067] 主控制器7的电流控制内环关系式如下：
[0068] Dl = (Vc-Ifl)Gici (2)
[0069] 其中，Gm为主控制器7的电流控制内环传递函数。
[0070] 将公式(2)带入公式(1)得：
[0071] Dl = [ (Vref-Vf )Gvc-Ifl ]Gici (3)
[0072] 同理，可以得到从控制器组的电流控制环关系式：
[0073] D2 = (Vc-If2)Gic2 (4)
[0074] D3 = (Vc-If3)Gic3 (5)
[0075] D4=(Vc-If4)Gic4 (6)
[0076] D5 = (Vc-If5)Gic5 (7)
[0077] 其中，61。2、61。3、6 1。4、61。5为从控制器组8中的各从控制器的电流控制环的传递函 数。
[0078] 组合式半桥电路4的五路输入电压关系如公式(8)所示：
[0079] Vgl =Vg2 = Vg3 = Vg4 = Vg5 = Vg/5 (8)
[0080]其中，Vg为组合式半桥电路4的输入电压。
[0081]组合式半桥电路4中五路半桥电路输出电压与输入电压关系如公式(9)至（13)所 示：
[0087] 其中，￥〇1、￥〇2、￥〇3、￥〇4、￥〇5分别为五路半桥电路的输出电压;111、112、113、114、115分 别为五路半桥电路中变压器变比。结合组合式半桥电路4中五路半桥电路输出电压与输入 电压关系式，可以得到路半桥电路输出电流关系如公式(14)至(18)所示：
[0093] 若实现组合式半桥电路4中五路半桥电路输出均流，即使得
[0094] 1〇1 = 1〇2 = 1〇3 = 1〇4 = 1〇5 (19)
[0095] 则必须通过主控制器7和从控制器组8调整输出占空比，确保
[0096] Dl/nl=D2/n2 = D3/n3 = D4/n4 = D5/n5 (20)
[0097] 具体地，本实施例中的海洋可控电磁发射装置还包括脉冲宽度调制器PffM组;主控 制器7和各从控制器的输出端分别与脉冲宽度调制器PffM组中的各脉冲宽度调制器PffM输入 端连接;各脉冲宽度调制器PWM输出端与组合式半桥电路4中各半桥电路的驱动端连接，驱 动组合式半桥电路4中各半桥电路的开关管。
[0098] 具体地，本实施例中的脉冲宽度调制器PWM组包括:第一脉冲宽度调制器PWM 9-1、 第二脉冲宽度调制器PWM 9-2、第三脉冲宽度调制器PWM(图中未示出）、第四脉冲宽度调制 器PffM(图中未示出）和第五脉冲宽度调制器PffM 9-5。
[0099] 需要说明的是，本实施例不限定脉冲宽度调制器PffM组中的脉冲宽度调制器PffM的 数量，本领域技术人员可根据组合式半桥电路4中的半桥电路的数量，对脉冲宽度调制器 PffM组中的脉冲宽度调制器PffM数量进行设置。
[0100]具体地，本实施例中的海洋可控电磁发射装置还包括发射源控制器10;发射源控 制器10通过光纤与船上发射源控制台1-2连接，接收由船上发射源控制台1-2发送的预先设 定的发射频率，实现所述船上发射源控制台1-2对所述水下发射源2的发射频率的控制。 [0101]发射源控制器1〇的输出端与发射电路6的开关管IGBT驱动端连接，控制发射源的 发射频率。
[0102] 具体地，船上发射源控制台1-2发送的发射频率是根据需求预先设定的。
[0103] 具体地，如图4所示，本实施例中的海洋可控电磁发射装置运行的具体原理为：
[0104] (1)船上装置中的船上电源1-1通过电缆向水下发射源2提供功率为125kVA，电压 为3000V、频率为50Hz的单相交流电。
[0105] (2)水下发射源2中的单相整流电路3对3000V/50HZ的单相交流电源进行整流滤 波，获得电压为4200V的直流电压。
[0106] (3)4200V直流电源经均分获得五路840V直流电源;分别向由五路半桥电路组成的 组合式半桥电路4供电，组合式半桥电路4运用交错驱动技术把五路840V直流电逆变成五路 频率为20KHz相位交错的单相交流电，再通过五路半桥电路中的变比为6:1的降压变压器降 压，获得五路120V/20KHZ相位交错的低压交流电；然后把五路高频低压交流电整流后并联， 经同一个LC滤波器5整流滤波后，获得100V的直流电。
[0107] (5)100V的直流电通过发射电路6发射，获得功率为100KW，电流为1000A的频率可 控的双极性脉冲电流。
[0108] (6)船上发射源控制台1-2通过光纤通讯将发射电压和发射电流传输给发射源控 制器10,发射源控制器10再通过SPI通讯将所接受到的发射电压和发射电流传输给主控制 器7,船上发射源控制台1-2通过光纤通讯将预先设定的发射频率传输给发射源控制器10， 从而实现船上发射源控制台1-2对水下发射源2的控制。同时，主控制器7通过SPI通讯将水 下发射源2的发射电压、发射电流传输给发射源控制器10,发射源控制器10通过光纤将水下 发射源2的发射电压、发射电流和发射频率传输给船上发射源控制台1-2,实现通过船上发 射源控制台1-2实时监视水下发射源2的发射频率、发射电压和发射电流。
[0109]本实施例提供的一种海洋可控电磁发射装置，将船上发射源控制台1-2与水下发 射源2连接，实时显示水下发射源2返回的电压值、电流值和发射频率值，实现了实时监视水 下发射源2的运行状态。
[0110] 在上述实施例中，五路半桥电路中的开关管采用交错驱动技术，具体过程为：
[0111] 五路半桥电路中的相同位置的五只开关管31、53、55、57、59的驱动脉冲导通相位 依次相差1/10开关周期；同样的，五路半桥电路中的相同位置的另外五只开关管S2、S4、S6、 S8、S10的驱动脉冲导通相位也依次相差1/10开关周期，S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10 导通相位如图5所示。
[0112] 每路半桥电路的驱动脉冲相位互相交错，实现组合式半桥电路4结构输出交错并 联，并通过共用一组滤波电感和滤波电容滤波输出，即LC滤波器5,使得输出电流脉动频率 倍增，减小流过滤波电感电流脉动幅度，波形更平滑，五路半桥电路输出电流与并联后总输 出电流波形图如图6所示。
[0113]需要说明的是，通过在组合式半桥电路4中的开关管采用交错驱动技术，提高了组 合式半桥电路4的输出端的电流脉动频率，大幅度压缩了滤波电感的体积和数值，降低了流 过滤波电感的电流脉动幅度，使得组合式半桥电路4输出的电流波形更加平滑。
[0114] 本实施例中采用的交错驱动技术，使得设计输出的LC滤波器5的体积减小，降低了 损耗。
[0115] 本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方 案，而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通 技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中 部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质 脱离本实用新型权利要求所限定的范围。
【主权项】
1. 一种海洋可控电磁发射装置，其特征在于，包括:船上装置和水下发射源； 所述船上装置包括船上电源，所述船上电源与所述水下发射源连接，向所述水下发射 源发送大于1000 V的单相工频或中频交流电； 所述水下发射源接收所述大于1000V的单相工频或中频交流电，并将所述大于1000V的 单相工频或中频交流电转换为大功率低频低压交流电，发射频率可控的双极性脉冲电流。2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述船上装置还包括船上发射源控制台； 所述船上发射源控制台与所述水下发射源连接，实时监视和控制所述水下发射源的发 射状态。3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述水下发射源，包括:整流电路、组合式 半桥电路、LC滤波器和发射电路； 所述整流电路输入端与所述船上电源连接，将接收到的所述大于1000V的单相工频或 中频交流电转换为高压直流电； 所述组合式半桥电路中的各半桥电路的输入端串联，且与所述整流电路输出端连接； 所述组合式半桥电路中的各半桥电路的输出端并联后与所述LC滤波器输入端连接;实现所 述高压直流电转换为低压直流电； 所述发射电路输入端与所述LC滤波器输出端连接;所述发射电路根据所述低压直流电 得到大功率低频低压交流电，发射频率可控的双极性脉冲电流。4. 根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述组合式半桥电路包括主模块电路和从 模块电路； 所述主模块电路为所述组合式半桥电路中的任意一路半桥电路； 所述从模块电路为所述组合式半桥电路中除主模块电路之外的半桥电路。5. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括控制器； 所述控制器包括一个主控制器和从控制器组，所述主控制器为所述主模块电路的控制 器，所述从控制组为所述从模块电路的控制器； 所述主控制器包括电压控制外环和电流控制内环； 所述主控制器的电压反馈输入端与所述组合式半桥电路的输出并联节点电压检测电 路连接，将并联节点电压作为所述主控制器的电压控制外环的电压反馈值； 所述主控制器的电流反馈输入端与所述主模块电路的输出电流检测电路连接，将所述 主模块电路输出电流作为所述主控制器的电流控制内环的电流反馈值;将所述主控制器的 电压控制外环输出值作为所述主控制器的电流控制内环的电流给定值； 所述从控制器组中各从控制器包括电流控制环，所述各从控制器的电流反馈输入端与 所述组合式半桥电路中各从模块电路的输出电流检测电路连接，将所述从模块电路输出电 流作为所述从控制器的电流控制环的电流反馈值； 所述船上发射源控制台通过光纤与发射源控制器连接，所述发射源控制器通过SPI通 讯与所述主控制器连接，所述主控制器将接收的所述船上发射源控制台将预先设定的输出 电压和电流给定值作为所述主控制器的电压控制外环的给定值，实现所述船上发射源控制 台对水下发射源的发射电压和发射电流的控制； 所述主控制器通过CAN总线分别与所述从控制器组中各从控制器连接;并将所述主控 制器中的电压控制环输出值通过CAN总线传输给所述各从控制器，作为所述各从控制器中 的电流控制环的电流给定值。6. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括脉冲宽度调制器PffM组； 所述主控制器和所述各从控制器的输出端分别与所述脉冲宽度调制器PWM组中各脉冲 宽度调制器PWM输入端连接； 所述各脉冲宽度调制器PWM输出端与所述组合式半桥电路中各半桥电路的驱动端连 接，驱动所述组合式半桥电路中各半桥电路的开关管。7. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括发射源控制器； 所述发射源控制器通过光纤与所述发射源控制台连接，接收所述船上发射源控制台发 送的预先设定的发射频率，所述发射源控制器的输出端与所述发射电路的开关管IGBT驱动 端连接，实现所述船上发射源控制台对所述水下发射源的发射频率的控制。
【文档编号】H02M5/458GK205490174SQ201620204230
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月16日
【发明人】张鸣, 张一鸣, 付强, 丁建智, 任喜国, 张心波, 宋红喜
【申请人】北京工业大学