基于模块化多电平变换器的高压瞬变电磁发射系统

李刚，张昕昊，于生宝

(吉林大学仪器科学与电气工程学院，吉林长春，130026)

能源的开发、资源的利用是经济发展的基础。近年来，随着经济的快速发展，世界各国对矿产资源的需求量日益增大，深部探测是解决矿产资源危机的一个有效途径[1−2]。瞬变电磁法(transient electromagnetic method,TEM)是一种有效的地球物理探测方法，已广泛用于矿产勘察和地质调查中[3−4]。该勘探方法主要包括发射系统、接收系统和数据后期处理3 个部分。其中，发射系统是TEM 探测的源头，其性能对探测效果有至关重要的影响，目前它正朝着更高电压、更大功率的方向发展以提高探测的深度和广度[5]。

目前，主流的高压大功率电性源发射系统，如加拿大Phoenix Geophysics 公司的TXU-30，美国Zonge 公司的GGT30，德国Metronix 公司的TXM-22 发射机以及国内中南大学的GDC-1[6]、吉林大学的JDD-100[7]等，仍主要采用H 桥逆变电路作为发射主电路。传统H 桥发射电路具有系统稳定、可靠性高的优势，一般选用绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transister,IGBT)作为开关器件。然而受到现有IGBT发展水平的限制，发射电压等级很难进一步提高[8]。目前，瞬变电磁领域中这一问题的相关研究仍然较少。一种解决方法是采用IGBT 串联技术，即用多个低压IGBT 串联代替高压IGBT，然而目前这一方法存在的IGBT动静态均压复杂、驱动信号难以同步的问题仍难以解决[9]。刘姜涛等[10]提出了一种多模块输入串联输出并联的电路结构，可以有效提高发射电压及功率，但在野外工况下，各模块参数的一致性及模块间信号的同步难以保证，难以满足TEM 野外实验的需要。……