Устройство для формирования электромагнитных импульсов в земной коре

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИМПУЛЬСОВ В ЗЕМНОЙ КОРЕ по авт. св. N 1345852, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей при одновременном повышении быстродействия и надежности, в него дополнительно введены четырехтиристорный мост и источник гасящего напряжения, включенный между точками соединения анодов двух тиристоров и точками соединения катодов двух других тиристоров четырехтиристорного моста, причем точка соединения катода и анода первой пары тиристоров моста подключена к точке соединения первых выводов балластного сопротивления, коммутирующего конденсатора и катода первого тиристора тиристорного триггера, а точка соединения катода и анода второй пары тиристоров моста подключена к точке соединения второго вывода коммутирующего конденсатора и катода второго тиристора тиристорного триггера.

Изобретение относится к геофизической технике, в частности к устройствам питания геофизических диполей и незаземленной проволочной петли и может быть использовано для формирования электромагнитных импульсов в земной коре при проведении электроразведочных работ методами вызванной поляризации и переходных процессов, а также для получения токовых импульсов с крутыми передними фронтами в импульсной преобразовательной технике.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства при одновременном повышении быстродействия и надежности.
На чертеже изображена структурная схема предложенного устройства.
Устройство для формирования электромагнитных импульсов в земной коре состоит из тиристорного триггера, в одно плечо которого включены последовательно первый тиристор 1 и балластное сопротивление 2, а во второе плечо последовательно включены второй тиристор 3 и реверсор на тиристорах 4-7 с дипольной активно-индуктивной нагрузкой 8 в диагонали. Между катодами тиристоров 1 и 3 включен коммутирующий конденсатор 9. Параллельно нагрузке 8 включены пары встречно направленных диодов 10 и 11 и тиристоров 12 и 13, общая точка соединения которых подключена к первой обкладке вспомогательного конденсатора 14, второй обкладкой подключенного к узлу диагонали питания реверсора. Обкладки коммутирующего конденсатора 9 включены в диагональ дополнительного тиристорного моста, составленного из тиристоров 15-18. В другую диагональ включен источник гасящего напряжения (к клеммам 19 и 20). Источник силового питания подключен к клеммам 21 и 22.
Устройство работает следующим образом. При работах методом переходных процессов, когда в качестве нагрузки используется петля размерами от 50x50 до 200x200 м, сопротивление которой изменяется от 1 до 10 Р_м, для получения тока в нагрузке от единиц до первых десятков Ампер используют источники силового питания с напряжением Е_n от 10 до 100 В, а коммутирующий конденсатор 9 заряжают от дополнительного высоковольтного источника гасящего напряжения U_г, который подключают к клеммам 19 и 20 устройства.
При поступлении импульсов управления одновременно на тиристоры 15, 3, 18, 4, 7 они открываются, образуется цепь: клемма 21 (плюс источника питания Е_п) тиристор 3 тиристор 4 дипольная нагрузка 8 тиристор 7 клемма 22 (минус источник питания Е_п). За время, равное примерно трем постоянным времени дипольной нагрузки 8, ток нарастает до амплитудного значения, определяемого напряжением источника питания Е_п и сопротивлением нагрузки.
Одновременно с этим, если U_г > Е_п, происходит заряд коммутирующего конденсатора 9 от источника гасящего напряжения по цепи: клемма 19 (+U_г) тиристор 15 конденсатор 9 тиристор 18 клемма 20 (-U_г). Конденсатор 9 заряжается до напряжения +U_г, причем на его верхней обкладке будет положительный потенциал.
Если Е_п > U_г, то заряд конденсатора 9 осуществляется по цепи: клемма 21 (+Е_п) тиристор 3 балластное сопротивление 2 клемма 22 (-E_п). Конденсатор 9 готов для гашения тиристора 3.
Затем на тиристоры 1, 17 и 16 из системы управления поступают управляющие импульсы и эти тиристоры открываются.
Открывающийся тиристор 1 гасит тиристор 3 и создает цепь перезаряда коммутирующего конденсатора 9 и прохождение тока через балластное сопротивление 2 по следующей цепи: клемма 21 (+Е_п) тиристор 1 балластное сопротивление 2 клемма 22 (-Е_п).
Одновременно с этим осуществляется подзаряд коммутирующего конденсатора 9 по цепи: клемма 19 (+U_г) тиристор 17 конденсатор 9 тиристор 16 клемма 20 (-U_г). Конденсатор 9 заряжается до напряжения -U_г, причем на его верхней обкладке будет отрицательный потенциал.
После запирания тиристора 3 энергия магнитного поля, запасенная в индуктивности нагрузки 8, переходит во вспомогательный конденсатор 14 по цепи: дипольная нагрузка 8 диод 11 конденсатор 14 тиристор 4 (еще оставшийся открытым) нагрузка 8. Конденсатор 14 заряжается до напряжения, которое определяется параметрами дипольной нагрузки 8, емкостью конденсатора 14 и током нагрузки. Одновременно энергия магнитного поля переходит в конденсатор 9 по цепи: дипольная нагрузка 8 тиристор 7 (еще оставшийся открытым) балластное сопротивление 2 конденсатор 9 тиристор 4.
После этого ток заряда конденсатора 14 через тиристоры 4 и 7 и диод 11 прекращается, они закрываются. Таким образом, осуществляется коммутация тиристоров реверсора, после чего устройство отрабатывает бестоковую паузу, длительность которой определяется выбранной методикой работ и задается из устройства управления.
После окончания паузы поступают управляющие импульсы на тиристоры 15, 3, 18, 5, 6 и 12, при этом отпираются тиристоры 15, 3, 18, 5 и 12, ток в нагрузке реверсируется, тиристор 1 запирается, ток в балластном сопротивлении 2 прекращается.
Тиристор 6 после подачи на него импульса управления не отпирается, так как к нему приложено в обратном направлении напряжение заряженного конденсатора 14. Открывшийся тиристор 12 осуществляет включение конденсатора 14 последовательно с источником питания Е_п и его разряд на нагрузку 8. Таким образом, к нагрузке прикладывается повышенное напряжение и ток в ней реверсируется (форсируется). После разряда конденсатора 14 тиристор 12 запирается. Так как длительность импульса управления, поступающего на тиристор 5, превышает время разряда конденсатора 14, то после запирания тиристора 12 тиристор 6 открывается и поступление энергии в нагрузку 8 от источника питания осуществляется через тиристоры 5 и 6, т.е. образуется цепь: клемма 21 (+Е_п) тиристор 3 тиристор 6 нагрузка 8 тиристор 5 клемма 22 (-E_п). Формируется вершина отрицательного токового импульса, длительность которого определяется методикой работ и задается из системы управления.
Для выключения тока в нагрузке подаются импульсы управления на тиристоры 1, 17 и 16, которые открываются и запирают тиристор 3, одновременно осуществляется заряд конденсатора 9. В цепи балластного сопротивления 2 протекает ток. В течение небольшого временного интервала ЭДС самоиндукции оказывается приложенной к вспомогательному конденсатору 14 через диод 10 и оставшийся открытым тиристор 6 и конденсатору 9 через тиристоры 5 и 6.
После разряда индуктивности нагрузки 8 на конденсатор 14 запираются тиристоры 5 и 6 и диод 10. Затем системой управления формируются управляющие импульсы для включения тиристоров 15, 3, 18, 4, 7 и 13, и далее цикл повторяется, при этом формируется токовый импульс положительной полярности.
При работе методами переходных процессов использование генераторов постоянного тока нежелательно в связи с тем, что на качество полевого геофизического материала влияют импульсные помехи и пульсации, возникающие при работе генераторов. Предложенное устройство позволяет использовать и аккумуляторные батареи. Этот режим работы устройства отличается от описанного выше только тем, что всегда выполняется условие U_г > Е_п, поэтому балластное сопротивление 2 не используется и в паузах между токовыми импульсами аккумуляторные батареи ее разряжаются.
При работе методом становления поля в ближней зоне (3СБЗ) в качестве нагрузки используются незаземленная проволочная петля со стороной от 400x400 до 2000x2000 м и заземленная линия АВ (диполь). Активное сопротивление таких нагрузок изменяется от сотен Ом (заземленная линия) до десятков ОМ (петля).
Для создания в таких нагрузках тока амплитудой 10-100 А необходимо в качестве источников силового питания использовать генераторы постоянного напряжения, обеспечивающие максимальное напряжение 460 В.
При таких условиях обеспечивается нормальная коммутация тока с балластного сопротивления на нагрузку (дополнительный источник гасящего напряжения не используется).
Таким образом, введение в устройство дополнительного тиристорного моста и высоковольтного источника гасящего напряжения, а также включение тиристоров этого моста попеременно с балластным тиристором 1 и токовым 3 позволяют использовать предлагаемое устройство для формирования токовых импульсов большой амплитуды (десятки Ампер) при большом разбросе питающих напряжений (от единиц до сотен Вольт) и различных типах источников питания, практически во всех видах геоэлектроразведки. Использование высоковольтного дополнительного источника позволяет применять коммутирующие конденсаторы меньшей емкости по сравнению с известным устройством, что увеличивает быстродействие устройства в целом и повышает надежность коммутации тиристоров.
Изобретение относится к геофизической технике и может быть использовано в качестве генераторного устройства при проведении электроразведочных работ методами ВП, МПП, ЗСБЗ, а также для получения токовых импульсов с крутыми фронтами в импульсной технике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей при одновременном повышении быстродействия и надежности. Эта цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее тиристорный триггер с системой управления тиристорами триггера, в одно плечо которого включены последовательно первый тиристор и балластное сопротивление, во второе плечо триггера включены последовательно второй тиристор и тиристорный реверсор, состоящий из четырех тиристоров и дипольной активно индуктивной нагрузки в диагонали, параллельно которой включены встречно направленные пары диод тиристор, общая точка соединения которых подключена к одной обкладке вспомогательного конденсатора, другая обкладка которого подключена к узлу диагонали питания реверсора, и коммутирующий конденсатор, включенный между катодами тиристоров триггера, введены четырехтиристорный мост и источник гасящего напряжения, включенный между точками соединения анодов двух тиристоров и точками соединения катодов двух других тиристоров четырехтиристорного моста, причем точка соединения катода и анода первой пары тиристоров моста подключена к точке соединения первых выводов балластного сопротивления, коммутирующего конденсатора и катода первого тиристора тиристорного триггера, а точка соединения катода и анода второй пары тиристоров моста подключена к точке соединения второго вывода коммутирующего конденсатора и катода второго тиристора тиристорного триггера. 1 ил.