非接触电能传输系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种非接触电能传输系统，涉及石油钻井器械技术领域。该电能传输系统，通过可分离式旋转变压器，完成了电能从转动部件与非转动部件之间的能量传输，避免了接触式能量传输的种种弊端，极大的提高了系统的安全性与可靠性。从而满足了井下旋转导向设备用电需求，同时，旋转变压器的初级和次级电路不需任何信号交互，大大降低了电路复杂程度，另外，通过软开关技术和谐振技术降低了系统损耗，提高传输效率。

Contactless power transmission system

The utility model discloses a contactless power transmission system, which relates to the technical field of petroleum drilling equipment. The power transmission system, the detachable rotating transformer, complete the electric energy from the rotating transmission between components and non rotating parts, avoid the disadvantage of contactless energy transmission, greatly improves the safety and reliability of the system. In order to meet the demand for electricity, rotary steerable rotary transformer equipment at the same time, the primary and secondary circuit without any signal interaction, greatly reduces the circuit complexity, in addition, by the soft switching resonant technology to reduce the loss of the system, improve the transmission efficiency.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及石油钻井器械
，具体涉及一种非接触电能传输系统。
技术介绍
旋转导向和随钻测井系统代表着当今世界钻井、测井技术的最高水平，在纠斜活套上设计有旋转导向系统的液压驱动机构，其所需电能由钻铤上的泥浆发电机提供，而钻铤与纠斜活套间存在相对转动。目前，一般采用接触式滑环实现能量传输，然而井下工作环境非常恶劣，在强烈的冲击与振动下，滑环极易磨损，其寿命与可靠性不能得到保证。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种非接触电能传输系统，从而解决现有技术中存在的前述问题。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案如下：一种非接触电能传输系统，按照电流方向依次包括：交流发电机、初级工频整流滤波电路、高频逆变电路、旋转变压器、次级高频整流滤波电路、稳压电路和直流电机；所述旋转变压器包括转子和定子，所述转子位于所述定子的内部，所述转子可相对所述定子发生转动，且所述转子与所述定子之间留有气隙，所述转子的外圆面上设置有初级磁芯，所述定子的内圆面上设置有次级磁芯，所述初级磁芯和所述次级磁芯均为E型磁芯，两个所述E型磁芯的开口面相对，形成两个小窗，在小窗内分别设置有初级线圈和次级线圈。优选地，所述转子的外圆面和所述定子的内圆面上均沿轴线加工有若干均匀分布的矩形凹槽，所述初级磁芯和所述次级磁芯分别安装在所述凹槽内。优选地，所述初级线圈串联，所述次级线圈并联。优选地，在所述高频逆变电路和所述旋转变压器之间设置有初级补偿电路，所述初级补偿电路采用串联补偿电容方式。优选地，在所述旋转变压器和所述次级高频整流滤波电路之间设置有次级补偿电路，所述次级补偿电路采用并联补偿电容方式。优选地，还包括DSP控制芯片，所述DSP控制芯片与所述高频逆变电路连接。优选地，所述高频逆变电路包括功率管和谐振极电容，所述功率管和谐振极电容并联。优选地，所述稳压电路采用反激式PWM变换器。优选地，所述初级工频整流滤波电路和所述次级高频整流滤波电路均采用全桥整流、电容滤波电路。优选地，还包括第一供电电路和第二供电电路，所述第一供电电路从所述初级主电路取电，为所述初级主电路的控制芯片和驱动芯片供电，所述第二供电电路从所述次级主电路取电，为所述次级主电路的控制芯片和驱动芯片供电；所述交流发电机与所述旋转变压器之间的电路为初级主电路，所述旋转变压器与所述直流电机之间的电路为次级电路；所述第一供电电路包括反激式稳压电路和多个电压转换芯片，所述反激式稳压电路从所述初级主电路稳压出12V直流电，通过多个所述电压转换芯片，将12V电压转化为需要的5V、3.3V和1.8V电压；所述第二供电电路包括反激式稳压电路和多个电压转换芯片，所述反激式稳压电路从所述次级主电路稳压出12V直流电，通过多个所述电压转换芯片，将12V电压转化为需要的5V电压。本技术的有益效果是：本技术实施例提供的非接触电能传输系统，通过可分离式旋转变压器，完成了电能从转动部件与非转动部件之间的能量传输，避免了接触式能量传输的种种弊端，极大的提高了系统的安全性与可靠性。从而满足了井下旋转导向设备用电需求，同时，旋转变压器的初级和次级电路不需任何信号交互，大大降低了电路复杂程度，另外，通过软开关技术和谐振技术降低了系统损耗，提高传输效率。附图说明图1是本技术非接触电能传输系统的结构框图；图2是本技术旋转变压器结构框图；图3是本技术旋转变压器的线圈连线图；图4是本技术谐振频率跟踪示意图；图5是本技术软开关实现原理图；图6是本技术系统供电规划图。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。如图1-2所示，本技术实施例提供了一种非接触电能传输系统，按照电流方向依次包括：交流发电机、初级工频整流滤波电路、高频逆变电路、旋转变压器、次级高频整流滤波电路、稳压电路和直流电机，所述旋转变压器包括转子和定子，所述转子位于所述定子的内部，所述转子可相对所述定子发生转动，且所述转子与所述定子之间留有气隙，所述转子的外圆面上设置有初级磁芯，所述定子的内圆面上设置有次级磁芯，所述初级磁芯和所述次级磁芯均为E型磁芯，两个所述E型磁芯的开口面相对，形成两个小窗，在小窗内分别设置有初级线圈和次级线圈。如图1所示，上述结构的非接触电能传输系统，其工作流程为：首先需要将泥浆发电机发出的不稳定的交流电进行整流、滤波，转换为稳定的直流电，然后通过高频逆变电路为可分离变压器的初级绕组供高频正弦交流电，初级绕组产生交变磁场，次级绕组以电磁感应的方式产生感应电压，经过整流和滤波后变为直流电流，最后经过三路开关稳压电路为驱动液压泵的直流电机提供电能。其中，高频逆变电路通过全桥逆变电路，将滤波后的直流电转化为旋转变压器所需要的高频交流电；上述结构的变压器，为一种可分离式旋转变压器，其中，定子和转子上的磁芯共同构成变压器的磁通回路，在转子连续相对转动下，磁路磁阻可以保持不变，保证了传输效率的稳定性。上述结构的非接触电能传输系统，由于能够保证传输效率的稳定性，所以，可以适应强烈的冲击与振动的工作环境，避免采用接触式滑环实现能量传输时，造成的滑环磨损，寿命与可靠性得不到保证的问题。当所述交流发电机为泥浆发电机，所述转子为钻铤，所述定子为纠斜活套时，非接触电能传输系统能够应用在井下旋转导向机构中，满足井下旋转导向机构的用电需求，避免了接触式能量传输的种种弊端，极大的提高了系统的安全性与可靠性。本技术实施例中，所述转子的外圆面和所述定子的内圆面上均沿轴线加工有若干均匀分布的矩形凹槽，所述初级磁芯和所述次级磁芯分别安装在所述凹槽内。采用上述结构，便于操作，而且可以使得初级磁芯和次级磁芯牢固的安装，不容易受到损坏。如图3所示，本技术实施例中，所述初级线圈串联，所述次级线圈并联。采用上述线圈绕线方式，可保证上下两个窗口在转子上产生的涡流大小相等，方向相反，相互抵消，有效提高能量的传递效率。本技术实施例中，在所述高频逆变电路和所述旋转变压器之间设置有初级补偿电路(参见图1)，所述初级补偿电路采用串联补偿电容方式。采用上述初级补偿电路，可以平衡原边的漏感抗和副边的映射感抗，减小泥浆发电机的视在功率，提高功率因数和旋转变压器的输出功率，同时实现逆变电路的零电流关断，降低开关损耗。本技术实施例中，在所述旋转变压器和所述次级高频整流滤波电路之间设置有次级补偿电路(参见图1)，所述次级补偿电路采用并联补偿电容方式。采用上述次级补偿电路，可以抵消变压器次级感抗，增加系统的输出功率，并为负载提供恒压源，保证旋转变压器输出电压不随负载的改变而改变。本技术实施例中，还包括DSP控制芯片，所述DSP控制芯片与所述高频逆变电路连接。逆变电路的驱动PWM波形工作频率和占空比由DSP控制器控制。其谐振频率跟踪流程，如图4所示，逆变电路的输出电压和电流信号，经过施密特触发器做过零比较后，送至DSP控制芯片的eCAP1和eCAP2输入捕捉通道，经DSP计算出电流和电压的相位差，并设定ePWM模块下一周期的时基周期寄存器TBPRD值，从而控制PWM输出频率，驱动全桥逆变电路。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非接触电能传输系统，其特征在于，按照电流方向依次包括：交流发电机、初级工频整流滤波电路、高频逆变电路、旋转变压器、次级高频整流滤波电路、稳压电路和直流电机；所述旋转变压器包括转子和定子，所述转子位于所述定子的内部，所述转子可相对所述定子发生转动，且所述转子与所述定子之间留有气隙，所述转子的外圆面上设置有初级磁芯，所述定子的内圆面上设置有次级磁芯，所述初级磁芯和所述次级磁芯均为E型磁芯，两个所述E型磁芯的开口面相对，形成两个小窗，在小窗内分别设置有初级线圈和次级线圈。

【技术特征摘要】
1.一种非接触电能传输系统，其特征在于，按照电流方向依次包括：交流发电机、初级工频整流滤波电路、高频逆变电路、旋转变压器、次级高频整流滤波电路、稳压电路和直流电机；所述旋转变压器包括转子和定子，所述转子位于所述定子的内部，所述转子可相对所述定子发生转动，且所述转子与所述定子之间留有气隙，所述转子的外圆面上设置有初级磁芯，所述定子的内圆面上设置有次级磁芯，所述初级磁芯和所述次级磁芯均为E型磁芯，两个所述E型磁芯的开口面相对，形成两个小窗，在小窗内分别设置有初级线圈和次级线圈。2.根据权利要求1所述的非接触电能传输系统，其特征在于，所述转子的外圆面和所述定子的内圆面上均沿轴线加工有若干均匀分布的矩形凹槽，所述初级磁芯和所述次级磁芯分别安装在所述凹槽内。3.根据权利要求1所述的非接触电能传输系统，其特征在于，所述初级线圈串联，所述次级线圈并联。4.根据权利要求1所述的非接触电能传输系统，其特征在于，在所述高频逆变电路和所述旋转变压器之间设置有初级补偿电路，所述初级补偿电路采用串联补偿电容方式。5.根据权利要求1所述的非接触电能传输系统，其特征在于，在所述旋转变压器和所述次级高频整流滤波电路之间设置有次级补偿电路，所述次级补偿电路采用并联补偿电容方式。6.根据权利要求1所述的非接触电能传输系统，其特征在于，还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：高增欣，
申请(专利权)人：北京恒泰万博石油技术股份有限公司，烟台恒泰油田科技开发有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11