用於電法勘探的直流高壓電源以及直流高壓獲取方法
2023-05-04 03:02:16 1
專利名稱：用於電法勘探的直流高壓電源以及直流高壓獲取方法
技術領域：
本發明屬於電力電子技術以及電法勘探電源設備領域，涉及一種用於電法勘探的 直流高壓電源以及直流高壓獲取方法。
背景技術：
電法勘探作為一種傳統而有效的物探方法，廣泛應用於礦產資源勘探及地質災害 評估預報等方面。基於人工場(相對於天然場如電然電位法)的電法勘探方法的共同特 點就是通過向地下供電建立人工電場進而研究地質體的電性特徵。為了能使電法勘探儀器 能夠觀測到穩定可靠的能反映地質信息的信號，需要一個電壓足夠高，功率足夠大的直流 電源通過電法儀器的發送設備向地下供電。目前用於供電的電源主要有以下幾種(1)用 多節乾電池裝入專用電池箱，通過串聯獲得高壓直流電源，在供電電流較大(例如電流大 於500mA)的情況下，將電池箱並聯後再串聯使用；(2)採用可重複充電使用的專用高壓直 流電源；(3)採用普通發電機產生電壓220V，頻率為50Hz的交流電源，然後通過50Hz的整 流設備轉換為高壓直流電源；(4)採用太陽能電池組件產生電源，通過相應的供電控制裝 置產生高壓直流電源(專利公布號CN 101702526A)。以上各種電源的均有不足之處。第 1種電源的大電流供電的情況下電池能量消耗很快，導致供電後期電流下降很快而不穩定， 而且若需大電流供電需要電池箱並聯，導致需要的電池箱數目增多，導致設備笨重；產生大 量的廢舊乾電池，若處理不當產生嚴重的環境汙染；大量使用乾電池將使勘探成本提高。第 2種電源一般都較為笨重，而且使用前需要長時間充電(通常大於5小時)，尤其是在沒有 通電的地區使用更為不便。第3種電源的主要不足之處就是設備笨重，只適合於交通方便 的地區使用；另一不足之處就是穩壓電源的設備的轉換效率較低。第4種電源設備複雜且 笨重，實際勘探工作中很少使用。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提出一種用於電法勘探的直流高壓電源以及直流 高壓獲取方法，該用於電法勘探的直流高壓電源以及直流高壓獲取方法具有裝置輕便、電 能轉換效率高、供電電流穩定、成本低廉、適用性強及環保等優點。本發明的技術解決方案如下一種用於電法勘探的直流高壓電源，包括交流發電機和M個開關電源，M大於等於 2，M個開關電源的L端均與發電機的L端相接，M個開關電源的N端均與發電機的N端相接， M個開關電源依次排列，每一個開關電源的正端都引出作為直流高壓輸出的一個正端抽頭， 對於前M-I個開關電源中的每一個開關電源，前一個開關電源的負端與相鄰的後一個開關 電源的正端相接，最後一個開關電源的負端作為直流高壓輸出的公共地端。所述的M為8。交流發電機輸出電源的頻率為50Hz，輸出電壓有效值範圍為180V 230V。M個開關電源型號相同。
所述的開關電源的規格為要求輸入為交流50Hz電壓、輸入電壓有效值為160 240V,開關電源的輸出直流電壓值為48V，開關電源的輸出額定電流為2A。一種用於電法勘探的直流高壓獲取方法，採用交流發電機為開關電源提供交流電 壓，開關電源個數為M，M大於等於2，M個開關電源的L端均與發電機的L端相接，M個開關 電源的N端均與發電機的N端相接，M個開關電源依次排列，每一個開關電源的正端都引出 作為直流高壓輸出的一個正端抽頭，對於前M-I個開關電源中的每一個開關電源，前一個 開關電源的負端與相鄰的後一個開關電源的正端相接，最後一個開關電源的負端作為直流 高壓輸出的公共地端，由一個正端抽頭與公共地端輸出直流高壓作為電法勘探儀的電源。所述的M為8。交流發電機輸出電源的頻率為50Hz，輸出電壓有效值範圍為180V 230V。M個開關電源型號相同。所述的開關電源的規格為要求輸入為交流50Hz電壓、輸入電壓有效值為160 240V,開關電源的輸出直流電壓值為48V，開關電源的輸出額定電流為2A。基於上述直流高壓電源結構，可獲得用於電法勘探的直流高壓電源，可攜式發電 機產生頻率為50Hz，額定輸出為220V的交流電壓，為8個開關電源同時提供交流輸入，以開 關電源引出的各抽頭對於公共地端產生8種不同幅值的直流高壓，為電法勘探設備的發送 設備提供可調直流高壓電源。有益效果本發明利用開關電源輸入輸出端完全隔離的特點，將多個開關電源的輸入端並 聯，與可攜式發電機的交流輸出端相連；各個開關電源的直流輸出端依次串聯，並將每個開 關源直流輸出端的正極作為一個抽頭，各個抽頭相對開關電源組直流輸出的負極為依次從 低到高的直流輸出電壓。然後將每一個抽頭與大功率波段開關的一個輸入端相連，調節波 段開關的檔位，波端開關的輸出端便得到不同的直流電壓，為電法勘探儀器的發送設備提 供直流高壓電源。該高壓直流電源具有裝置輕便、電能轉換效率高、供電電流穩定、成本低 廉、適用性強及環保等優點。採用可攜式發電機、開關電源組與大功率波段開關構成的直流高壓電源，整套裝 置重量僅為20公斤，野外攜帶方便；開關電源的電能轉換效率為80%以上，且工作過程中 易於散熱；儘管發電機產生的50Hz的交流電壓輸出有一定的波動範圍，經過開關電源組的 轉換可得到非常穩定的直流輸出；可攜式發電機連續工作8小時所消耗的成品油小於6升； 通過調節波段開關的檔位，即可得到不同的直流電壓。而目前廣泛採用專用電池箱作為電法勘探的直流高壓電源，能提供90V輸出的電 池箱重約7公斤，若期望直流高壓電源在300V左右，採用兩組電池箱並聯的方法共需電池 箱6個，總重量大於40公斤；更明顯的弊端在於，裝滿6個電池箱的乾電池(360節)累計 能提供300V左右(電流以500mA計算)的供電時間在20小時以下，若連續供電則可正常 使用的時間更短，其勘探成本明顯提高；供電後期，電池電壓下降，內阻增大，導致供電電流 連續下降而造成採集信號不穩定，影響工作效率；大量的廢舊電池若處理不當，將對環境造 成嚴重汙染。若採用可重複充電使用的專用高壓直流電源，其重量同樣大於本發明所提出 的直流高壓電源，另外，目前電法勘探廣泛應用於未通電的無人區，無法對電池充電，因此， 該方案在野外勘探工作中有一定的局限性。採用發電機和整流設備獲得高壓直流電源，設
4備笨重，而且整流設備的電能轉換效率為50%左右，遠低於開關電源的電能轉換效率。太陽 能電池組件產生電源作為高壓電源，其設備複雜，不具實用價值。 因此，本發明所提出的高壓直流電源裝置適應於野外電法勘探工作，尤其是在交 通不便，未通電的地區使用更為方便。
圖1本發明的電路原理框圖；圖2本發明實施例1的電原理具體實施例方式以下將結合附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明實施例1 如圖1，圖1為本發明的原理框圖。由可攜式發電機產生頻率為50Hz的交流電，電 壓範圍為180V 230V，經過開關電源組和大功率波段開關輸出電壓值可調節的直流電壓， 為電法勘探儀發送設備提供直流高壓輸入。開關電源組與大功率波段開關的設計為本發明的核心內容，電路結構如圖 2所示。根據實際需要，本發明例中開關電源組由8個開關電源組成，其型號為誠聯 CL-A1-100-48，在圖2中對應的編號依次為1、2……8，8個開關電源的交流輸入端採用並連 接入方式，開關電源的「L」端與「N」端分別與可攜式發電機的「L」端和「N」端連接。各開關 電源的輸出端採用依次串聯的方式連接，即第二開關電源2的「 + 」端與第一開關電源1的 「_」端相連，第三開關電源3的「 + 」端與開關電源⑵的「_」端相連，……，依此類推，第八 開關電源8的正端與第七開關電源(圖中未標出)的「_」端相連。然後將8個開關電源的 「 + 」端分別引出抽頭，其編號分別為a、b、……、h，而第八開關電源8的「-」端作為各抽頭 對應的「公共地」端。將上述8個抽頭分別與大功率波段開關的選擇輸入端相連，改變大功 率波段開關的檔拉即可得到不同的直流高壓電源。本實施例中，開關電源的型號均相同，輸 入為50Hz交流、電壓有效值為160 240V，輸出為直流，電壓值為48V，額定電流為2A。大 功率波段開關檔位對應h端輸出的直流電壓理論值為48V，對應g端輸出的直流電壓理論值 為96V，……，依次類推，對應a端輸出的直流電壓理論值為384V。可攜式發電機型號為YAMAHA ET950，額定功率為650W，在海拔4500米的高原缺氧 地區，實測得發電機輸出交流電壓的有效值為182V，經開關電源組轉換後得到的直流輸出 與上述理論值完全吻合。將該直流高壓電源的最大直流輸出電壓給電法勘探儀的發送設備 供電，實測電流波動範圍非常小，為632mA 637mA，並且在整個工作時段內保持穩定。
權利要求
1.一種用於電法勘探的直流高壓電源，其特徵在於，包括交流發電機和M個開關電源， M大於等於2，M個開關電源的L端均與發電機的L端相接，M個開關電源的N端均與發電機 的N端相接，M個開關電源依次排列，每一個開關電源的正端都引出作為直流高壓輸出的一 個正端抽頭，對於前M-I個開關電源中的每一個開關電源，前一個開關電源的負端與相鄰 的後一個開關電源的正端相接，最後一個開關電源的負端作為直流高壓輸出的公共地端。
2.根據權利要求1所述的用於電法勘探的直流高壓電源，其特徵在於，所述的M為8。
3.根據權利要求1所述的用於電法勘探的直流高壓電源，其特徵在於，交流發電機輸 出電源的頻率為50Hz，輸出電壓有效值範圍為180V 230V。
4.根據權利要求1所述的用於電法勘探的直流高壓電源，其特徵在於，M個開關電源型 號相同。
5.根據權利要求1-4任一項所述的用於電法勘探的直流高壓電源，其特徵在於，所述 的開關電源的規格為要求輸入為交流50Hz電壓、輸入電壓有效值為160 240V，開關電 源的輸出直流電壓值為48V，開關電源的輸出額定電流為2A。
6.一種用於電法勘探的直流高壓獲取方法，其特徵在於，採用交流發電機為開關電源 提供交流電壓，開關電源個數為Μ, M大於等於2，M個開關電源的L端均與發電機的L端相 接，M個開關電源的N端均與發電機的N端相接，M個開關電源依次排列，每一個開關電源的 正端都引出作為直流高壓輸出的一個正端抽頭，對於前M-I個開關電源中的每一個開關電 源，前一個開關電源的負端與相鄰的後一個開關電源的正端相接，最後一個開關電源的負 端作為直流高壓輸出的公共地端，由一個正端抽頭與公共地端輸出直流高壓作為電法勘探 儀的電源。
7.根據權利要求6所述的用於電法勘探的直流高壓獲取方法，其特徵在於，所述的M為8。
8.根據權利要求7所述的用於電法勘探的直流高壓獲取方法，其特徵在於，交流發電 機輸出電源的頻率為50Hz，輸出電壓有效值範圍為180V 230V。
9.根據權利要求8所述的用於電法勘探的直流高壓電源，其特徵在於，M個開關電源型 號相同。
10.根據權利要求6-9任一項所述的用於電法勘探的直流高壓獲取方法，其特徵在於， 所述的開關電源的規格為要求輸入為交流50Hz電壓、輸入電壓有效值為160 240V，開 關電源的輸出直流電壓值為48V，開關電源的輸出額定電流為2A。
全文摘要
本發明公開了一種用於電法勘探的直流高壓電源以及直流高壓獲取方法，該電源包括交流發電機和M個開關電源，M大於等於2，M個開關電源的L端均與發電機的L端相接，M個開關電源的N端均與發電機的N端相接，M個開關電源依次排列，每一個開關電源的正端都引出作為直流高壓輸出的一個正端抽頭，對於前M-1個開關電源中的每一個開關電源，前一個開關電源的負端與相鄰的後一個開關電源的正端相接，最後一個開關電源的負端作為直流高壓輸出的公共地端。該高壓直流電源具有裝置輕便、電能轉換效率高、供電電流穩定、成本低廉、適用性強及環保等優點。
文檔編號H02M7/30GK102005951SQ201010538818
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月10日 優先權日2010年11月10日
發明者柳建新, 肖建平 申請人:中南大學