[發明專利]一種鉆井無線隨鉆儀的寬范圍AC-DC電源轉換系統及方法

有效

• 申請號: 202110018915.5
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112769342B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 盧祥明;余民
• 申請（專利權）人: 濟南新吉納遠程測控股份有限公司
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217;H02M3/156;H02M1/088;E21B47/13
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本發明公開一種鉆井無線隨鉆儀的寬范圍AC?DC電源轉換系統及方法，包括：三相整流電路與濾波均壓電路連接，用于將三相交流電壓經整流與濾波后輸出直流電壓；濾波均壓電路與雙側雙BUCK PWM變換電路連接，雙側雙BUCK PWM變換電路與沖激穩壓變壓器連接，雙側雙BUCK PWM變換電路包括第一MOS管、第二MOS管、驅動電路和PWM變換電路；在濾波均壓電路的正極和中點電壓之間，中點電壓和負極之間分別接入第一MOS管和第二MOS管，通過驅動電路和PWM變換電路控制雙MOS管動作，在雙MOS管未同步動作時，沖激穩壓變壓器雙邊線圈產生電壓相同且極性相反的感應電壓，以使雙MOS管保持半壓，以對直流電壓進行PWM調制后輸出目標電壓。對井下三相發電機輸出的AC50?500V電壓實現AC?DC轉換，并穩定工作。

技術領域

本發明涉及油田鉆井無線隨鉆系統技術領域，特別是涉及一種鉆井無線隨鉆儀的寬范圍AC-DC電源轉換系統及方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

油田鉆井過程中，無線隨鉆系統中有光譜測量和旋轉導向系統，這兩種系統必須由大功率電源供電，且只有利用井下發電機才能實現這種供電。然而，井下發電機的驅動力來自于鉆井時循環的泥漿流，其流量和壓力取決于泥漿泵的工作狀態，導致井下發電機的輸出電壓波動很大，實際測試中為AC50-500V，這對AC-DC轉換電路中的器件提出了極高的要求，如濾波電容的耐壓在125℃情況下達到600V，PWM電路中MOS管的耐壓達到1200V，而目前高溫電容的耐壓一般400V，硅MOS管的極限耐壓950V，碳化硅MOS管耐壓能達到1200V，但價格幾千元一只。如果用低電壓、大電流的發電機體積太大，無法安裝，高電壓發電機需要先用交流變壓器降壓，不僅效率低，同時會產生溫升，而且體積大，無法在鉆桿里安裝。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種鉆井無線隨鉆儀的寬范圍AC-DC電源轉換系統及方法，采用高低側雙側雙BUCK PWM變換電路和沖激穩壓變壓器，使電容、MOS管的工作電壓降低一半，在井下寬范圍交流輸入情況下，對井下三相發電機輸出的AC50-500V電壓實現AC-DC轉換，并保證電路穩定。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

第一方面，本發明提供一種鉆井無線隨鉆儀的寬范圍AC-DC電源轉換系統，包括：三相整流電路、濾波均壓電路、雙側雙BUCK PWM變換電路和沖激穩壓變壓器；

所述三相整流電路與濾波均壓電路連接，用于將三相交流電壓經整流與濾波后輸出直流電壓；

所述濾波均壓電路與雙側雙BUCK PWM變換電路連接，雙側雙BUCK PWM變換電路與沖激穩壓變壓器連接，所述雙側雙BUCK PWM變換電路包括第一MOS管、第二MOS管、驅動電路和PWM變換電路；

在濾波均壓電路的正極和中點電壓之間，中點電壓和負極之間分別接入第一MOS管和第二MOS管，通過驅動電路和PWM變換電路控制雙MOS管動作，在雙MOS管未同步動作時，沖激穩壓變壓器雙邊線圈產生電壓相同且極性相反的感應電壓，以使雙MOS管保持半壓，以對直流電壓進行PWM調制后輸出目標電壓。

第二方面，本發明提供一種鉆井無線隨鉆儀的寬范圍AC-DC電源轉換方法，包括：

對獲取的三相交流電壓經整流與濾波后輸出直流電壓；

通過驅動電路和PWM變換電路控制雙MOS管動作，以對直流電壓進行PWM調制后輸出目標電壓；

若雙MOS管未同步動作時，由沖激穩壓變壓器雙邊線圈產生電壓相同且極性相反的感應電壓，以使雙MOS管保持半壓狀態。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：