基于频率跟踪控制的串联谐振变换器研究.pdf

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1、第44卷第3期电力电子技术Vo1．44．No．320l0牟3月PowerElectronicsMarch2O10基于频率跟踪控制的串联谐振变换器研究陆芬，王慧贞(南京航空航天大学，江苏南京210016)摘要：在石油钻井随钻仪器的供电系统中，常采用泥浆发电机供电。由于电机的转子和定子在结构上是分离的，所以转子侧的直流电不能直接给定子侧的随钻仪器供电．于是引入了一个具有可分离变压器的串联谐振全桥变换器来实现功率耦合。分析了串联谐振全桥变换器的特性，针对井下高温环境，谐振参数随温度变化较大，引入了谐振频率跟踪控制，使变换器始终工作于谐振频率处，保证电机转子与定子侧的最大功率耦合。给出了控制环路的

2、设计，实验证明．频率跟踪控制能很好地跟踪谐振频率，实现最大功率耦合。关键词：全桥变换器；串联谐振；可分离变压器；频率跟踪中图分类号：TM46文献标识码：A文章编号：1000—100X(2叭0)03—0063—02StudyofSeriesResonantFull-bridgeConverterBasedonFrequencyTrackingControlLuFen．WANGHui—zhen(NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)Abstract：Inthepowersupplysystemofpe

3、troleumdrilling，amudgeneratorisoftenusedtosupplypowerfortheinstru-mentswhiledrilling．Becausetherotorandstatorofmudgeneratorareseparatedstructurally，theDCpowerofrotorsidecan’tdirectlysupplypowerforinstrumentswhiledrillinginthestatorside．Soaseriesresonantfull—bridgeconve~erwhichhasaseparatetransform

4、erisintroducedtocouplepower．Thispaperanalysesthecharacteristicsofseriesresonantfull—bridgeconverter．Aimingattheundergroundhightemperatureenvironment，theresonant~equencytrackingcontrolowingtothegreatvariationofresonantparameterswithtemperatureisintroducedtoensuretheconve~eralwaysworkingatreso—nantf

5、requencyforthemaximumcoupledpowerfromtherotorsidetothestatorside．Thenthedesignofcontrolloopisprovided．Eventually，theexperimentalverificationsarepresented．Theresultsshowthatresonantfrequencytrackingcontrolcanworkverywellandrealizethemaximumcoupledpower．Keywords：ful—bridgeconve~er；seriesresonant；sep

6、aratetransformer；~equency—tracking1引言关。一旦匝比确定下来，即可得到稳定的输出电压。目前．石油钻井随钻仪器常采用泥浆发电机供但井下环境温度较高．谐振元件参数随温度变化较电。泥浆发电机通过泥浆液体带动叶轮旋转，驱动电大，导致谐振频率随之变化。若保持开关频率不变．动机转子旋转．切割磁力线实现发电，发出的交流电变换器将偏离谐振点工作，不但导致输出电压随负经整流和电压调节电路后得到稳定的直流电压。由载变化较大，耦合的功率也会受到限制。因此，引入于电机的转子和定子在结构上是分离的．所以转子了频率跟踪控制，确保开关频率随谐振频率变化，使侧的直流电不能直接给定子侧的随

7、钻仪器供电。于变换器始终工作在谐振点。是在此供电系统中引入了高频逆变、磁耦合和高频2串联谐振全桥变换器的特性分析整流环节，以实现转子侧功率向定子侧的耦合。所述图1示出具有可分离变压器的串联谐振全桥变高频逆变环节采用串联谐振全桥结构．谐振电流呈换器拓扑。正弦，因此对井下无线通讯干扰较小。磁耦合采用可⋯。⋯一⋯’’囊。毫’分离变压器，初级磁芯和绕组安装在转子上，次级磁芯和绕组安装在定子上。高频整流环节采用桥式整流电路。整个拓