Введение 3
1. Формулировка актуальности, цели и задач проекта 4
1.1. Актуальность проекта 4
1.2. Цели и задачи проекта 4
2. Разработка системы питания 6
2.1. Назначение зарядного устройства 8
2.2. Обзор вариантов подходящих зарядных устройств 9
2.3. Обзор схемотехнических решений схем заряда 13
2.4. Описание зарядного устройства 21
2.4.1 Входные цепи схемы заряда 22
2.4.2 Трансформатор ТУ1 26
2.4.3. Умножитель напряжения 27
2.5. Обзор схемотехнических решений формирователя разрядных импульсов 30
2.6. Разработка и расчет формирователя разрядных импульсов 35
2.6.1 Разработка силовой схемы формирователя 35
2.6.2 Схема управления формирователем разрядных импульсов 39
2.7. Блок питания 40
3. Математическое моделирование 43
3.1. Разработка математической модели 43
3.2 Реализация математической модели 55
Заключение 62
Список используемой литературы 64
Приложение А Перечень элементов 69
В настоящее время разработка сейсмоисточников для разведки полезных ископаемых и инженерная геофизика является актуальной задачей. Существуют сейсмоисточники различных типов (взрывные, дебалансные, гидравлические, индукционно-динамические, электромагнитные и т.д.), каждый из которых обладает своими достоинствами и недостатками. При анализе потребностей рынка и выпускаемой номенклатуры сейсмоисточников была выявлена потребность в создании малогабаритного сейсмоисточника, предназначенного для работы в зоне малых скоростей (на малые глубины) и при этом безопасного для применения в городской черте. Такие сейсмоисточники предназначены для поиска полезных ископаемых на малых глубинах и инженерной геофизики (изучения строения верхних слоев земной поверхности перед проведением строительных работ). В лаборатории «Виброимпульсная электромагнитная техника» (ВИЭМТЕХ) Тольяттинского государственного университета проводились работы по разработке такого малогабаритного сейсмоисточника электромагнитного типа. Сейсмоисточник работает следующим образом: от переносного источника питания (аккумуляторных батарей) заряжаются энергоемкие конденсаторы. Далее энергия из конденсаторов используется для формирования в силовом электромагните магнитного поля в результате чего якорь и индуктор электромагнита начинают притягиваться друг к другу и это силовое воздействие через опоры передается на грунт, вызывая появление в нем сейсмической волны.
Таким образом, одной из неотъемлемых частей сейсмоисточника будет являться система питания, которая предназначена для формирования в обмотке электромагнита импульсов тока, вызывающих появление электромагнитной силы, воздействующей на грунт.
В данной работе происходит разработка и математическое моделирование малогабаритного сейсмоисточника с ударно-упругим режимом работы.
В первом разделе рассмотрена актуальность, сформулированы цели и задачи работы.
Во втором разделе была разработана система питания.
Основными элементами системы питания являются:
а) зарядное устройство
б) формирователь разрядных импульсов
Был проведен обзор их возможных схемотехнических решений и выбраны наилучшие.
Предложенное схемотехническое решение умножителя напряжения с балластными конденсаторами позволит заряжать емкостной накопитель без больших импульсных токов в начале заряда, что обеспечит высокую надежность системы питания и низкий уровень электромагнитных помех, создаваемых зарядным устройством.
Использование высокочастотной схемы обеспечило малые габариты повышающего трансформатора. Обратная связь по напряжению позволила получить стабилизированное и регулируемое напряжение на емкостном накопителе, что обеспечит хорошую повторяемость импульсов тока в нагрузке и возможность изменения их амплитуды.
Силовой формирователь разрядных импульсов построен на схемотехническом решении, обладающем высокой надежностью и хорошо себя зарекомендовавшем для аналогичного использования.
Разработанная система питается от аккумуляторной батареи 12 В, способна заряжать емкостной накопитель до напряжения 950 В.
В третьем разделе происходит разработка математической модели и математическое моделирование работы сейсмоисточника в различных режимах. Выявлено, что применение упругих режимов работы сейсмоисточника позволяет:
а) увеличить силу на 15% в режиме давления через упругость и на 21% в режиме удара через упругость.
б) увеличить скорость излучающей плиты на 20% в режиме давления через упругость и на 34% в режиме удара через упругость.
Результаты работы опубликованы на конференциях Всероссийская студенческая научно-практическая междисциплинарная конференция «Молодежь. Наука. Общество»: Тольятти, ТГУ 2019 [40] и конференции «Студенческие Дни науки в ТГУ»: научно-практическая конференция (Тольятти, 5-30 апреля 2021 года) [14].
