Введение 4
1. Обоснование актуальности исследования 8
2. Обзор возможных схем зарядного устройства 17
2.1 НЕУПРАВЛЯЕМОЕ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО С ДРОССЕЛЕМ 18
2.2 НЕУПРАВЛЯЕМЫЙ УДВОИТЕЛЬ ФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ 18
2.3 УПРАВЛЯЕМЫЙ ДВУХФАЗНЫЙ УДВОИТЕЛЬ ЛИНЕЙНОГО НАПРЯЖЕНИЯ 19
2.4 ТРЁХФАЗНЫЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ УДВОИТЕЛЬ ЛИНЕЙНОГО НАПРЯЖЕНИЯ 20
2.5 ОДНОФАЗНЫЕ УДВОИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ 21
3. Коммутирующие схемы системы возбуждения электромагнитного
двигателя сейсмоисточника 24
3.1 СИЛОВАЯ СХЕМА НА БАЗЕ ТИРИСТОРА И КОНДЕНСАТОРА 24
3.2 СХЕМА С ЗАШУНТИРОВАННОЙ ОБМОТКОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТА 26
3.4 МОСТОВОЙ ВАРИАНТ СХЕМЫ С РАЗДЕЛЁННОЙ ОБМОТКОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТА . 31
3.5 МОСТОВОЙ ВАРИАНТ СХЕМЫ С ЕДИНОЙ ОБМОТКОЙ 32
4. Схема зарядного устройства накопителя энергии и его система
управления 34
4.1 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА 36
4.2 РАЗРАБОТКА СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЗАРЯДНЫМ УСТРОЙСТВОМ 36
5 Моделирование работы схемы источника питания 43
6 Обеспечение электромагнитной совместимости 54
6.1 ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ 57
6.2 ПРИЧИНА ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ 58
6.3 УСТРОЙСТВА И МЕРОПРИЯТИЯ ПО ДОСТИЖЕНИЮ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ
СОВМЕСТИМОСТИ 60
6.3.1 Пассивные помехоподавляющие и защитные компоненты 60
6.3.2 Экранирование 61
6.3.3 Применение защитной конструкции 64
6.4 ПУТИ УСТРАНЕНИЯ ВЛИЯНИЯ СТАТИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАЗРЯДОВ 66
6.5 ЗАЩИТА ОТ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ 68
7 Проектная реализация разработки источника питания 70
Заключение 78
Список используемой литературы 80
Область топливной и энергетической промышленности, базирующаяся на активном использовании природных ресурсов, является для Российской Федерации, пожалуй, самой основополагающей частью в сфере экономики. В то время как в мероприятиях по поиску нефтяных и газовых месторождений наиболее важным геофизическим методом является метод использования сейсморазведочных работ (сокращенно сейсмораздка), а в свою очередь главным же ее звеном является источник сейсмических колебаний сокращенно сейсмоисточник, то, следовательно, поиски путей улучшения его эффективности с точки зрения экономики и геофизики имеют повышенную практическую значимость.
Анализ технических источников информации дает информацию о том, что во многих известных конструктивных моделях сейсмоисточников мало внимания уделяется выбору, созданию и проработке схем источников питания для сейсмоисточников. Источник питания является очень важной составляющей частью всей сейсмической установки и во многом определяет характер и качество ее работы, вследствие этого данному вопросу следует уделять особое внимание.
Цель работы состоит в разработке принципиальной схемы источника питания (зарядного устройства) для кодоимпульсного сейсмоисточника.
Актуальность цели подкрепляется малым количество научных публикаций на данную тематику во публичных изданиях и сборниках, как в Российской Федерации, так и за ее пределами. Также следует отдельно выделить, что повышенное внимание уделяется перспективному методу проведения сейсморазведки на данный момент - методу кодоимпульсной сейсморазведки.
Основными задачами диссертационной работы являются:
1) Определение основных требований к кодоимпульсному сейсмоисточнику, которые обеспечивают эффективное использование механической энергии для возбуждения сейсмических колебаний.
2) Проработка структурной схемы возбуждения электромагнита сеймоисточника и методика выбора параметров элементов ее структуры: зарядного устройства, коммутирующей цепи, а также управляющего устройства.
3) Разработка модели зарядного устройства, получение рабочих характеристик исследуемого зарядного устройства.
4) Исследование электромагнитной совместимости составных элементов зарядного устройства.
5) Исследование разработки источника питания с точки зрения проекта
Для достижения цели проведены следующие работы:
1. Построение компьютерной модели схемы источника питания, которая с достаточной точностью имитирует его функционирование. Проработка режима работы источника питания и его алгоритма управления.
2. Исследование влияния параметров элементов схемы источника питания на скорость осуществления заряда конденсаторного накопителя энергии.
В данной работе активно применялся метод компьютерного моделирования с использованием мощностей современных средств вычислительной техники.
Научная новизна.
1. Разработанная компьютерная модель зарядного устройства конденсаторного накопителя энергии, которая сочетает в себе положительные свойства двух классических схем импульсных преобразователей постоянного напряжения.
Практическая ценность
1. Разработанное устройство способно применяться на реальных силовых сейсморазведочных установках и поддерживать качество проведения сейморазведочных работ на должном уровне.
2. Алгоритм построения коммутации силовых ключей источника питания даёт значительное улучшение качества заряда накопителя энергии, что немало важно при использовании установки в полевых условиях.
Структура диссертации
Диссертация состоит из пяти глав, посвящённых отдельным вопросам при разработке источника питания. В каждой из глав формируется и исследуется определенная задача, которая производится путем определенного вида исследования, проведения анализа и затрагивает области знаний, которые позволяют найти необходимые решения для поставленных задач.
В первой главе приводится структурная схема возбуждения электромагнита кодоимпульсного сейсмоисточника, производиться анализ его структурных звеньев, сравнение имеющихся на современный день технических решений для построения электрической принципиальной схемы источника питания.
Во второй главе диссертационной работы приводится обзор имеющихся на данный момент технических решений зарядного устройства.
В третьей главе диссертационной работы происходит обзор коммутирующих схем системы возбуждения электромагнита сейсмоисточника.
В четвертой главе диссертационной работы производится описание работы выбранной схемы устройства для заряда конденсаторного накопителя энергии, разработка принципиальной схемы источника питания для кодоимпульсного сейсмоисточника, расчет параметров и выбор элементов схемы заряда, а также разработка системы управления схемой заряда.
В пятой главе диссертационной работы производится моделирование работы зарядного устройства, а также получение рабочих характеристик зарядного устройства.
В шестой главе диссертационной работы производится анализ имеющихся решений по достижению электромагнитной совместимости разрабатываемого устройства.
В завершающей седьмой главе диссертационной работы производится исследование реализации разработки источника питания для кодоимпульсного сейсмоисточника с точки зрения проекта.
В результате проведенных в диссертационной работе исследований по разработке схемы источника питания для кодоимпульсного сейсмоисточника получены следующие основные результаты:
Определено, что наиболее оптимальным вариантом исполнения сейсмоисточника является кодоимпульсный, так как он имеет наиболее оптимален с точки зрения экономики, а также характеристик производительности. Для повышения эффективности кодоимпульсного сейсмоисточника потребуется обеспечить:
- период зарядного импульса конденсаторного накопителя энергии равный 50 Гц;
- энергия, которую несет в себе зарядный импульс конденсаторного накопителя энергии №иш = 200Дж;
- рабочее напряжение на конденсаторном накопителе, равное максимально возможному из условия заданного класса электробезопасности работ (установки напряжением до 1000 В) и составляющее ис =950В;
По результатам исследования схем заряда конденсаторного накопителя удалось выяснить, что схемы удвоителей напряжения (одно - и трёхфазные) удовлетворяют условиям применения в качестве зарядных устройств электрических конденсаторов и их применение в мощных электроприводах сейсмоисточников, при тяжёлых условиях эксплуатации и значительных импульсных изменениях напряжения на входе и переменчивости условий окружающей температуры воздуха, а также при вибрационных воздействиях может обеспечить существенно более высокую надёжность работы электропривода по сравнению с функционально более сложными схемами.
Была разработана и исследована компьютерная модель зарядного устройства, а также получены результаты ее работы в виде функциональных зависимостей времени заряда накопителя энергии от различных параметров схемы источника питания, из анализа которых следует отметить, что наиболее резко на время заряда влияют пульсации тока дросселя (уставки его предельных значений, которые в схеме задаются пороговыми элементами - компараторами).
Была разработана принципиальная схема зарядного устройства, а также ее схема системы управления.
После проведенных расчетов параметров элементов схемы зарядного устройства подобраны IGBT-модули силовых ключей, а также определена индуктивность необходимого дросселя. В ходе поисков подобрана элементная база для схемы системы управления зарядным устройством, которая позволяет осуществить требуемый алгоритм работы всей схемы заряда емкостного накопителя энергии.
В системе автоматизированного проектирования Altium Designer был создан макет печатной платы системы управления зарядным устройством, который позволил судить о размерах будущей платы.
Был проведен анализ разработки источника питания с точки зрения проекта, в результате которых удалось выяснить сроки реализации проекта и его стоимость
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
