[發(fā)明專利]一種用于垂直鉆井系統(tǒng)的非接觸電能傳輸系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210067179.3
• 申請(qǐng)日: 2012-03-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103312173A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 艾維平;張磊;鄧樂(lè);盛利民;竇修榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司;中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): H02M3/335
• 分類號(hào): H02M3/335;H01F27/28;H01F27/30
• 代理公司: 北京三高永信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11138
• 代理人: 黃厚剛

1.一種用于垂直鉆井系統(tǒng)的非接觸電能傳輸系統(tǒng)，包括：

變壓器，用于實(shí)現(xiàn)電能的傳輸；

串聯(lián)諧振逆變電路，與所述變壓器的初級(jí)繞組連接；

整流輸出電路，分別與所述變壓器的次級(jí)繞組及鉆井系統(tǒng)的糾斜電控系統(tǒng)連接，用于對(duì)所述次級(jí)繞組所輸出的電流進(jìn)行整流并輸送至所述糾斜電控系統(tǒng)；

逆變控制電路，與所述串聯(lián)諧振逆變電路連接，用于對(duì)所述串聯(lián)諧振逆變電路的輸出電壓與電流進(jìn)行同相位控制；

其特征在于，所述變壓器為分離式變壓器，其包括彼此分離的初級(jí)磁芯和次級(jí)磁芯，所述鉆井系統(tǒng)的動(dòng)力主軸的外圓面上及所述糾斜活套的內(nèi)圓面上分別成型有多個(gè)沿軸線方向設(shè)置的凹槽，所述初級(jí)磁芯設(shè)置于所述動(dòng)力主軸的凹槽內(nèi)，所述次級(jí)磁芯設(shè)置于所述糾斜活套的凹槽內(nèi)，所述次級(jí)磁芯表面圓弧相對(duì)于所述動(dòng)力主軸軸心所形成的圓心角θ滿足以下表達(dá)式：

θ=k2πp]]>

其中p為定子塊數(shù)與轉(zhuǎn)子塊數(shù)的最小公倍數(shù)，k為正整數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于，

所述初級(jí)磁芯和次級(jí)磁芯均為E形磁芯，所述初級(jí)繞組和次級(jí)繞組分別在各自磁芯的兩個(gè)窗口上反向繞制。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于，

串聯(lián)諧振逆變電路包括：

輸入直流電源，接收所述鉆井系統(tǒng)中的泥漿渦輪發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的直流電；

半橋式LLC諧振變換器，其輸入端與所述輸入直流電源連接，其輸出端與所述變壓器的初次繞組連接；

其中半橋式LLC諧振變換器中的諧振電容為薄膜電容。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于，

所述逆變控制電路包括：信號(hào)檢測(cè)電路、信號(hào)整形電路、功率管驅(qū)動(dòng)器和數(shù)字信號(hào)控制器；

所述信號(hào)檢測(cè)電路分別與所述信號(hào)整形電路、LLC諧振變換器連接，用于檢測(cè)所述LLC諧振變換器的輸出電壓和輸出電流信號(hào)；

所述信號(hào)整形電路與所述數(shù)字信號(hào)控制器連接，用于對(duì)所接收的電壓信號(hào)和電流信號(hào)整形為方波信號(hào)；

所述功率管驅(qū)動(dòng)器分別與數(shù)字信號(hào)控制器、LLC諧振變換器連接，用于對(duì)所述LLC諧振變換器的功率管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；

所述數(shù)字信號(hào)控制器包括輸入捕捉模塊、相位差測(cè)量模塊和脈寬調(diào)制模塊；

所述輸入捕捉模塊接收所述信號(hào)檢測(cè)電路所檢測(cè)到電壓和電流信號(hào)，并對(duì)電壓與電流的波形進(jìn)行捕捉；所述相位差測(cè)量模塊用于對(duì)所捕捉到的電壓波形和電流波形進(jìn)行相位差計(jì)算；所述脈寬調(diào)制模塊接收所述相位差測(cè)量模塊的相位差測(cè)量信號(hào)，用于對(duì)所述LLC諧振變換器的開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行調(diào)整。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非接觸電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于，

根據(jù)所述相位差測(cè)量模塊所測(cè)的電壓與電流的相位差對(duì)所述LLC諧振變換器的開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行調(diào)整，具體包括：

當(dāng)所測(cè)電流信號(hào)滯后于電壓信號(hào)時(shí)，增大所述LLC諧振變換器的開(kāi)關(guān)頻率，并使電壓信號(hào)與電流信號(hào)之間的相位差趨向于零；

當(dāng)所測(cè)電流信號(hào)超前于電壓信號(hào)時(shí)，減少所述LLC諧振變換器的開(kāi)關(guān)頻率，并使電壓與電流信號(hào)之間的相位差趨向于零；

當(dāng)所測(cè)電流信號(hào)和電壓信號(hào)之間相位差小于一定值時(shí)，保持所述LLC諧振變換器的開(kāi)關(guān)頻率恒定。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的非接觸電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于，

所述次級(jí)繞組上還設(shè)有次級(jí)補(bǔ)償電容，用于補(bǔ)償所述初級(jí)繞組中電流的無(wú)功分量。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非接觸電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于，

所述次級(jí)補(bǔ)償電容為次級(jí)并聯(lián)補(bǔ)償電容，其取值滿足于所述次級(jí)繞組的電感在所述LLC諧振變換器處的開(kāi)關(guān)頻率諧振時(shí)，所述次級(jí)網(wǎng)絡(luò)感納與其容納相抵消。