一种用于旋转导向钻井工具软开关全桥逆变技术

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1、石油管材与仪器PETRoLEUMTUBULARGOODS&INSTRUnENTS2015年第1卷第5期·开发设计·一种用于旋转导向钻井工具的软开关全桥逆变技术木解庆白玉新罗翔张朝阳程召江(北京精密机电控制设备研究所北京100076)摘要：针对旋转导向钻井工具中的非接触式电能传输系统，设计了一种井下高温软开关零电压式全桥逆变电路，通过谐振原理利用谐振元件实现全桥开关管的零电压开关，以降低开关损耗，使得非接触式电能传输系统在300W额定功率下达到85％的传输效率。关键词：旋转导向；非接触式电能传输；软开关逆变中图法分类号：TE243文献标识码：A文章编号：2096-0077(2015)05—0

2、021-03Soft-switchingFull—bridgeInverterTechnologyofRotarySteerableToolXIEQingBAIYuxinLUOXiangZHANGChaoyangCHENGZha~iang(BeifingResearchInstituteofPrec~eMechanicalandElectronicControlEquipment，Beijing100076，China)Abstract：Thisarticleintroducesafullbridgeinverterincontactlesspowertransferofrotaryste

3、erabletool，achievingzerovoltageswitchingoffullbridgeswitchusingtheresonantelement．Thesystemreached85％efficiencyat300Wratedpower．Keyword：rotarysteerabletool，contactlesspowertransfer，soft—switchinginverter向是从中心钻杆(全桥逆变器和旋转变压器原边)到不0引言旋转外套(旋转变压器副边和电源变换器)。旋转导向钻井工具应用非接触式电能传输系统实1．1总体方案现中心钻杆到不旋转外套的电能传输，是目前

4、国内外静全桥逆变器将发电机输出的低频三相交流电转换态推靠式旋转导向主流的技术路线，国内石油设备相关为高频单相交流电，通过电磁感应从旋转变压器原边到机构研发并成功应用的实例并不多。副边传递，再由稳压变换器输出供电。为提高非接触式电能传输效率，井下高温逆变技术如图1所示，全桥逆变器由三相整流桥、电容阵列、一直是不断研究的课题，既要满足旋转导向大功率用电DCDC、ZVS—PWM控制器、全桥自举驱动电路、全桥ZVS需求，还要在高温狭窄密封空间内可靠工作数百小时，—PWM谐振变换器、串联谐振电路和保护电路组成。三对逆变器的效率、结构和工艺提出了超高的要求。相整流桥和电容阵列将输入的低频三相交流电变换

5、为本文所阐述的高温软开关全桥逆变技术已成功应直流电后，一路输出给全桥ZVS—PWM谐振变换器，另用在自主研发的旋转导向钻井工具上，取得了多次井下一路经过DCDC变换为+15V和+5V供ZVS—PWM实验的成功。控制器使用；ZVS—PWM控制器输出2组4路PWM信号(每组的2路相位差180。并包含死区时间)，经过全桥1原理与设计自举驱动电路控制全桥ZVS—PWM谐振变换器的开关软开关全桥逆变器与旋转变压器、稳压变换器共同管依次导通，最后输出单相高频交流电信号；系统内部组成旋转导向中的非接触式电能传输系统，电能传输方设置过流保护、过压保护功能，超出最高值即关闭ZVS一基金项目：国家科技重大专项

6、大型油气田及煤层气开发(5021—001)第一作者简介：解庆，男，1984年生，硕士研究生，2009年毕业于四川工业学院机械电子工程专业，现在北京精密机电控制设备研究所从事研发工作。E—mail：xqyefeng@163．COB石油管材与仪器·22·PETRoLEUMTUBULARGOODS&INSTRUMENTS2015年1O月PWM控制器的输出。软开关全桥逆变参数指标见表1。嚣sJT：l1；[图2软开关ZVS逆变电路拓扑结构图1．2．2ZVS—PWM控制和自举驱动电路的设计ZVS—PWM控制器以Unitrode公司的UC1875控制芯片为核心，并搭配相关的外围电路组成ZVS—PWM控制

7、单元，如图3所示。+l5V图1全桥软开关ZVS逆变功能图表1软开关全桥逆变参数指标项目指标额定输入相电压范围70v～150V额定输入三相电频率50Hz～8OHz额定输出相电压范围70V一150V额定输出单相电频率70kHz额定输出功率30oW图3基于UC1875的PWM控制电路转换效率>94％OUTA、OUTB、OUTC、OUTD为输出的4路PWM控保护功能过压关断、过流关断制信号，FREQ设定PWM输出频率，DELAY