功率因数校正技术在松耦合电能传输系统中的应用.pdf

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1、石油仪器2010年第24卷第6期PETROLEUMINsTRUMENTS·开发设计·功率因数校正技术在松耦合电能传输系统中的应用周静李永振(西安石油大学井下测控研究所陕西西安)摘要：松耦合电能传输系统是一种新型的电能传输技术，其关键部件是松耦合变压器，它的耦合系数较低，制约着系统的传输功率。文章主要通过研究无源功率因素校．r~．(PPFC)，搭建填谷式无源功率因数校正电路，提高系统有功功率，使功率因素校正技术应用于松耦合电能传输系统。关键词：松耦合；可分离变压器；电能传输系统；功率因数校正中图法分类号：TM714．3文献标识码：B文章编号：1004．9134(2010)06．0001．0

2、3O引言1松耦合电能传输系统的组成旋转导向钻井系统工程化技术研究是中海石油研松耦合电能传输系统式根据麦克斯维尔电磁场原究中心牵头的国家高科技研究发展计划(“863”计划)理，通过可分离变压器进行能量的传递。系统的组成的重大课题，西安石油大学井下测控研究所承担了“旋框图如图1所示。转导向可控偏心器工程化技术研究”的子课题(子课题lHH鐾HH鍪鲎H壁I编号：2007AA090801一O1)；其中国家科技重大专项课题“多枝导流适度出砂技术”的子课题：电机泵动力旋图1松耦合电能传输系统转导向钻井工具及配套技术研究(子课题编号：以可分离变压器为分界点，能量传输框图由两大2008ZX05024—00

3、3—05)，是旋转导向可控偏心器中部分组成，变压器原边由交流电网输入，整流滤波成直的重要组成部分。流电，并经过功率因数校正，通过高频逆变给变压器原作为旋转导向智能钻井系统核心部件的可控偏心边绕组提供高频交流电流。通过原边绕组与副边绕组器，其原理是利用电机泵产生推动翼肋伸缩的动力，的感应电磁耦合将电能经过整流滤波和功率调节后提当采用电机泵动力时，电机泵的能量来源于井下涡轮供给用电设备。发电机。由于可控偏心器的机械结构决定了电机泵要从该系统可以看出，整个系统的总的传输功率由安装在不旋转套上，而发电机要安装在旋转的主轴上，4部分组成：1)从工频交流道直流的变换效率；2)从这样就涉及到旋转和不旋

4、转之间的能量传输问题。以直流到高频逆变的逆变效率；3)从次级输出端到负载前一直采用的是接触式滑环能量传输方式，由于接触的变换效率；4)感应耦合环节的功率传输效率。前3式滑环存在安装非常不方便、旋转时易磨损、易受到井项与通态压降和高频开关损耗有关，采用软开关技术下钻井液、水的腐蚀以及泥浆的影响等缺陷，迫切的需和功率因数校正技术可以解决这些问题。关于第4要一种新的非接触式能量传输方式松耦合电能传输技项，可分离变压器属于松耦合结构，要增大感应耦合能术。而作为松耦合电能传输技术的核心部分松耦合变力，必须提高系统的工作频率，选择合适的电磁结构和压器，对它的研究则显得尤为重要。参数，以及补偿电路等方

5、法，力求可分离变压器传输功率的最大化⋯。基金项目：国家高科技研究发展计划(“863”计划)项目“旋转导向可控偏心器工程化技术研究”(编号：2007AA090801—01)和国家科技重大专项课题“多枝导流适度出砂技术”项目子课题“电机泵动力旋转导向钻井工具及配套技术研究”(编号：2008ZX05024—003—05)资助第一作者简介：周静，女，1964年生，1988年毕业于西安电子科技大学，获硕士学位，现为西安石油大学教授，主要从事国家863项目：旋转导向智能钻井系统的研究。邮政编码：710065石油仪器PETROLEUMINS豫UMENTS2010年12月电容作为滤波电容，适当地配上几只

6、二极管，使用电容2功率因数校正电路设计的串联充电、并联放电，以增大整流二极管的导通角，电能通过发电机、变压器、输电线送到用户端，电改善输入侧的功率因数。源、变压器和输电线路电阻所产生的损耗，R和发3填谷式无源功率因数校正电路工作原理热、升温有关，受功耗、发热和温升的限制，发电机、变压器、输电线路及各种电器都有额定电流、额定电压、填谷式无源功率因数校正电路如图2所示，这种额定功率的限制。在输电线路中传送的功率包括有功PPFC电路被置于桥式整流电路的输出端，电路由容值功率和无功功率两部分，其中无功部分在发电机、输电相同的直流滤波电容Cl，c2和3个二极管D5，D6，D7线路和负载间来回传送，

7、并不产生有用的功，但是却占组成一个二极管直流滤波电容网络。用了电力系统的容量。这部分无功容量取决于负载的功率因数，功率因数越小，无功电流越大，电力系统发送的电能利用率越低，造成资源的浪费。功率因数：1时，电力系统发送功率的利用率最高，这时发电机和电力系统输送的功率全部被负载利用。在工程上，功率因数定义为有用功率与视在功率之比，在正弦电路中功率因数是由电压和电流的相位差决定的，图2填谷式无源功率因数校正电路=cos[2]0其工作原理是