CN112787682B - 一种单线圈同步传输系统 - Google Patents
一种单线圈同步传输系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112787682B CN112787682B CN201911092565.6A CN201911092565A CN112787682B CN 112787682 B CN112787682 B CN 112787682B CN 201911092565 A CN201911092565 A CN 201911092565A CN 112787682 B CN112787682 B CN 112787682B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- signal
- conversion unit
- circuit
- transmission system
- power supply
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
- H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
- H04B1/40—Circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
本方案提供了一种单线圈同步传输系统，该系统包括：第一电源变换单元、第一信号转换单元、变压器、第二电源变换单元和第二信号转换单元。本方案基于分时复用的方式实现供电和信号的单线圈同步传输，从而提高旋转导向系统的工作效率和导向能力。
Description
技术领域
本方案实施例涉及电能和通讯信号传输技术领域，具体涉及一种适用于井下高温钻井行业中旋转导向供电及信号传输产品的利用单线圈同步传输电能和通讯信号的系统。
背景技术
钻井实现旋转导向主要是通过在供电及信号变换中采用非接触电磁转换技术，通过旋转状态下的磁机构将电能和信号在高温工作条件下进行传递。
井下高温钻井作业中，前端的电机执行机构处于高速旋转状态下，电机的供电以及信号，同时由于井下的特殊高温环境，不能简单的采用滑环或导线类实现。因此，在旋转导向产品中，通常采用旋转状态下的磁机构将电能和信号在高温工作条件下进行传递。
采用非接触磁机构形式实现电磁转换的功能，目前多采用供电和信号利用同一磁体，但是为了降低供电和信号之间的交叉耦合，采用同一磁体，两组线圈的实现方式。该方式能够有效避免信号与电源解耦的实现难度，但由于双线圈结构，增加了磁机构的长度，增加了井下执行机构的导向角难度，对井下设备高效工作产生影响。
发明内容
有鉴于此，本发明实施提供了一种单线圈同步传输系统。
为解决上述问题，根据本方案实施例提供了一种单线圈同步传输系统，该系统包括：
第一电源变换单元，对输入的直流电压信号进行处理，获得固定频率和固定占空比的交流电压信号；
第一信号转换单元，对输入的通讯控制信号进行处理，获得第一传输信号，以及对接收到的第二传输信号进行处理，获得通讯反馈信号；
变压器，基于同一时间基准，将所述交流电压信号和所述第一传输信号分别传递给第二电源变换单元和第二信号转换单元，以及将第二传输信号传递给第一信号转换单元；
第二电源变换单元，对接收到的所述交流电压信号进行处理，获得所需直流电压信号；
第二信号转换单元，对接收到的第一传输信号进行处理，获得通讯控制信号，以及对通讯反馈信号进行处理，获得第二传输信号。
在一种优选地实施例中，所述第一电源变换单元包括：依次连接在直流信号输入端和交流信号输出端之间的第一控制电路和功率变换电路。
在一种优选地实施例中，所述第一电源变换单元还包括：第一辅助供电电路，用于为第一信号转换单元供电。
在一种优选地实施例中，所述第一信号转换单元包括：依次连接在通讯控制信号输入端和第一传输信号输出端之间的第二控制电路和第一放大电路。
在一种优选地实施例中，所述第二电源变换单元包括：连接在交流信号输入端和直流线号输出端之间的整流降压电路。
在一种优选地实施例中，所述第二电源变换单元还包括：第二辅助供电电路，用于为第二信号转换单元供电。
在一种优选地实施例中，所述第二信号转换单元包括：连接在第一传输信号输入端和通讯控制信号输出端之间的第二放大电路。
在一种优选地实施例中，所述功率变换电路采用全桥电路。
在一种优选地实施例中，所述第一放大电路以及第二放大电路采用全桥电路。
在一种优选地实施例中，所述第一辅助供电电路以及第二辅助供电电路采用高温电源。
在一种优选地实施例中，所述第一控制电路以及第二控制电路采用数字控制器。
本方案实施例的技术方案具有以下优点：
本方案通过采用供电和通讯信号使用单线圈的传输方案，即利用同一磁芯，同一绕组，实现供电和通讯信号传递的方案，能够大幅度降低磁机构长度，提高旋转导向系统的工作效率和导向能力。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本方案所述一种单线圈同步传输系统的示意图；
图2为本实施例中第一电源变换单元和第一信号转换单元的示意图；
图3为本实施例中全桥电路的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本方案的核心设计思路在于：利用变压器单侧的单线圈同时传输电能和通讯信号，即利用同一磁芯，同一绕组，以同一时间基准，传递电能和通讯信号。
如图1所示，本方案所述单线圈同步传输系统包括：第一电源变换单元、第一信号转换单元、变压器、第二电源变换单元、第二信号转换单元。
本方案中，第一电源变换单元将输入的直流电压信号通过第一控制电路和功率变换电路转换为固定频率和固定占空比的交流电压信号，该交流电压信号作为变压器的输入；第一电源变换单元还通过第一辅助供电电路对电能进行转换，给第一信号转换单元内部的电路进行供电；第一电源变换单元同时为第一信号转换单元提供同步信号。
本方案中，第一信号转换单元接收输入侧的通讯控制信号，以第一电源变换单元提供的同步信号作为时间基准，将按照既定协议转换的第一传输信号发送给变压器；第一信号转换单元还可以接收变压器回传的第二传输信号，并按照既定协议将第二传输信号转换为通讯反馈信号输出。
本方案中，变压器实现电能的单向传递和通讯信号的双向传递。
本方案中，第二电源变换单元接收变压器传递的交流电压信号，并将其转换所需直流电压信号输出；第二电源变换单元还通过第二辅助供电电路对电能进行转换，给第二信号转换单元内部的电路进行供电。
本方案中，第二信号转换单元接收剔除掉交流信号的第一传输信号，按照既定协议将第一传输信号转换为通讯控制信号；第二信号转换单元还可以将通讯反馈信号按照既定协议转换为第二传输信号。
本方案基于分时复用的方式实现供电和通讯信号的非接触单线圈传输，提高旋转导向系统的工作效率和导向能力。
下面通过实例对本方案作进一步说明。
如图1和图2所示，第一电源变换单元包括：第一控制电路、功率变换电路和第一辅助供电电路。其中，所述功率变换电路采用全桥电路实现功率的变换；所述第一控制电路可以采用CPLD类数字控制器。通过第一控制电路和功率变换电路的配合，将输入的直流电压信号转换为固定频率和固定占空比的交流电压信号输出。如图3所示，全桥电路中Q1、Q4与Q2、Q3两组开关管以开关频率交替循环导通，实现矩形波交流脉冲，工作频率为20～50kHz，占空比为60％～80％。本实施例中，第一辅助供电电路可以采用高温电压将供电输入转换为5V和12V，给第一信号转换单元供电。同时在每个开关周期内向第一信号转换单元发送同步信号。
如图1和图2所示，本实施例中第一信号转换单元包括：第二控制电路和第一放大电路。其中，第一放大电路采用全桥电路实现信号的放大；所述第二控制电路可以采用CPLD类数字控制器。利用第一控制电路首先接收外部既定通讯协议的通讯控制信号，并存储在内部RAM中，以第一电源变换单元传递的同步信号作为时间基准，根据不同信号逐周期的利用第一放大电路将通讯控制信号放大传递给变压器。如图3所示，第一信号转换单元中的第一放大电路采用全桥电路，该全桥电路与功率变换电路拓扑结构相同；设定数据帧结束标识符，随后进入接收信号模式。此外，第一信号转换单元还可以接受由变压器传递过来的第二传输信号，按照既定协议将第二传输信号转换为通讯反馈信号。
本实施例中，变压器采用同轴非接触形式，能够实现同轴旋转功能，在参数设计上能够满足20～50kHz的工作频率，实现满足要求的功率传递。
本实施例中，第二电源变换单元主要实现的是将变压器传递的交流电压信号变换为直流电压信号。首先采用全波整流桥对交流电能进行整流，再根据整流电压幅值与任务要求的输出电压幅值。本实施例中，第二电源变换单元中的整流降压电路可以选择BUCK电路或者BOOST电路。本实施例中，第一辅助供电电路可以采用高温电压将供电输入转换为5V和12V，给第二信号转换单元供电。
本实施例中，第二信号转换单元接收到变压器传递过来的第一传输信号。首先依据幅值和频率滤除交流电能信号，再接收由第一信号转换单元发出的，通过变压器传递的第一传输信号，按照既定协议将第一传输信号转换成通讯控制信号进行输出。此外，第二信号转换单元还根据相应的标识符将下位机发送的通讯反馈信号通过第二放大电路放大为第二传输信号传递给变压器。如图3所示，本实施例中第二放大电路采用全桥电路，与功率变换电路拓扑结构相同；设定数据帧结束标识符，随后进入接收信号模式。
上述所述的逻辑电路单元的细化逻辑实现，可参照方法部分的相应说明，说明书中关联的各部分均可对应参照，此处不再赘述
虽然本发明实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (13)
1.一种单线圈同步传输系统，其特征在于，该系统包括：
第一电源变换单元，对输入的直流电压信号进行处理，获得固定频率和固定占空比的交流电压信号；
第一信号转换单元，对输入的通讯控制信号进行处理，获得第一传输信号，以及对接收到的第二传输信号进行处理，获得通讯反馈信号；
变压器，基于同一时间基准，将所述交流电压信号和所述第一传输信号分别传递给第二电源变换单元和第二信号转换单元，以及将第二传输信号传递给第一信号转换单元；
第二电源变换单元，对接收到的所述交流电压信号进行处理，获得所需直流电压信号；
第二信号转换单元，对接收到的第一传输信号进行处理，获得通讯控制信号，以及对通讯反馈信号进行处理，获得第二传输信号；
所述第一电源变换单元还包括：第一辅助供电电路，用于为第一信号转换单元供电；
第一电源变换单元通过第一辅助供电电路对电能进行转换，给第一信号转换单元内部的电路进行供电；第一电源变换单元同时为第一信号转换单元提供同步信号。
2.根据权利要求1所述的一种单线圈同步传输系统，其特征在于，所述第一电源变换单元包括：依次连接在直流信号输入端和交流信号输出端之间的第一控制电路和功率变换电路。
3.根据权利要求1所述的一种单线圈同步传输系统，其特征在于，所述第一信号转换单元包括：依次连接在通讯控制信号输入端和第一传输信号输出端之间的第二控制电路和第一放大电路。
4.根据权利要求1所述的一种单线圈同步传输系统，其特征在于，所述第二电源变换单元包括：连接在交流信号输入端和直流信号输出端之间的整流降压电路。
5.根据权利要求1所述的一种单线圈同步传输系统，其特征在于，所述第二电源变换单元还包括：第二辅助供电电路，用于为第二信号转换单元供电。
6.根据权利要求1所述的一种单线圈同步传输系统，其特征在于，所述第二信号转换单元包括：连接在第一传输信号输入端和通讯控制信号输出端之间的第二放大电路。
7.根据权利要求2所述的一种单线圈同步传输系统，其特征在于，所述功率变换电路采用全桥电路。
8.根据权利要求3所述的一种单线圈同步传输系统，其特征在于，所述第一放大电路采用全桥电路。
9.根据权利要求6所述的一种单线圈同步传输系统，其特征在于，所述第二放大电路采用全桥电路。
10.根据权利要求1所述的一种单线圈同步传输系统，其特征在于，所述第一辅助供电电路采用高温电源。
11.根据权利要求5所述的一种单线圈同步传输系统，其特征在于，所述第二辅助供电电路采用高温电源。
12.根据权利要求2所述的一种单线圈同步传输系统，其特征在于，所述第一控制电路采用数字控制器。
13.根据权利要求3所述的一种单线圈同步传输系统，其特征在于，所述第二控制电路采用数字控制器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911092565.6A CN112787682B (zh) | 2019-11-11 | 2019-11-11 | 一种单线圈同步传输系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911092565.6A CN112787682B (zh) | 2019-11-11 | 2019-11-11 | 一种单线圈同步传输系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112787682A CN112787682A (zh) | 2021-05-11 |
| CN112787682B true CN112787682B (zh) | 2022-06-21 |
Family
ID=75749515
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911092565.6A Active CN112787682B (zh) | 2019-11-11 | 2019-11-11 | 一种单线圈同步传输系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112787682B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104299385A (zh) * | 2014-10-16 | 2015-01-21 | 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 | 用于随钻测量仪器的旋转式无线电能、信号传输系统 |
| CN105846684A (zh) * | 2016-03-23 | 2016-08-10 | 中国矿业大学 | 一种非接触电能与信号同步传输系统及其控制方法 |
| CN108599813A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-09-28 | 中国计量大学 | 一种无触点的能量及信号传输滑环 |
-
2019
- 2019-11-11 CN CN201911092565.6A patent/CN112787682B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104299385A (zh) * | 2014-10-16 | 2015-01-21 | 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 | 用于随钻测量仪器的旋转式无线电能、信号传输系统 |
| CN105846684A (zh) * | 2016-03-23 | 2016-08-10 | 中国矿业大学 | 一种非接触电能与信号同步传输系统及其控制方法 |
| CN108599813A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-09-28 | 中国计量大学 | 一种无触点的能量及信号传输滑环 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112787682A (zh) | 2021-05-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103595145B (zh) | 一种基于公共电感耦合实现高速通讯和无线能量传输的系统 | |
| CN202004714U (zh) | 一种直流无刷同步风力发电机的励磁装置及风力发电系统 | |
| CN203261131U (zh) | 基于电磁耦合谐振的无线输电装置 | |
| CN108900093B (zh) | 单相pfc电路工频纹波消除方法及pfc拓扑系统、充电桩系统 | |
| US9186120B2 (en) | Inductive rotating transmission devices with ripple compensation for computer tomographs | |
| CN111030314A (zh) | 基于电磁谐振的运载火箭箭地大功率无线供电系统 | |
| CN106448122A (zh) | 一种直接利用电力线实现数据传输的系统及方法 | |
| CN102222981B (zh) | 一种风电变流器的监控系统及风力发电系统 | |
| CN114598236B (zh) | 基于可变电容的无线电机系统 | |
| CN210608707U (zh) | 一种基于lccl的非接触式电轨装置 | |
| WO2014176856A1 (zh) | 无线电能传输方法及系统 | |
| CN103683944A (zh) | 电压供应系统及其中的变流器以及电压调整方法 | |
| CN100477448C (zh) | 内馈无刷交流电机 | |
| CN112787682B (zh) | 一种单线圈同步传输系统 | |
| CN104124764A (zh) | 无线电力传输接收端、系统及接收方法 | |
| CN113675956A (zh) | 一种交错抗偏移恒压谐振式无线电能传输系统 | |
| CN103199637B (zh) | 绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输装置和方法 | |
| CN106444530A (zh) | 一种集成modbus协议的交交变频控制板 | |
| CN109672165A (zh) | 基于载波取能与反馈的水底高压直流输电系统 | |
| CN214069676U (zh) | 一种集成型智能开关的无线供电系统 | |
| CN104682825A (zh) | 异步电动机的一种综合调速控制方法 | |
| CN107994686B (zh) | 多负载感应耦合电能传输装置 | |
| CN205178892U (zh) | 一种含通讯接口的小功率风电变流器 | |
| WO2014176873A1 (zh) | 基于无线电力传输系统的通讯信号传输方法和系统 | |
| CN208782738U (zh) | 一种基于磁开关控制的分布式电源装置、充电桩、充电器、保护电路装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |