CN113300593B - 一种用于随钻仪器的直流稳压电源系统 - Google Patents

一种用于随钻仪器的直流稳压电源系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于随钻仪器的直流稳压电源系统,包括:整流模块,与泥浆涡轮发电机连接,用于将三相交流电转换为粗直流电;调整模块,与所述整流模块连接,用于调整所述整流模块输出的粗直流电至稳定直流电供给包括外设探管在内的用电设备;驱动模块,与所述整流模块连接,用于接收外部探管信号,并控制脉冲发生器动作。本发明中整流模块、调整模块和驱动模块的设置,使得线性稳压电源取代了传统的锂电池对随钻仪器的供电,避免了废旧锂电池的处理难题,并且本发明的输出电压具有更高的稳定性,对后续电路具有较好的保护作用。此外,本发明集电源变换结构和驱动结构于一体,使用方便,可移植性高,既可以单独做成短节使用,也可以集成在MWD探管内。

Description

一种用于随钻仪器的直流稳压电源系统
技术领域
本发明涉及石油天然气钻井设备领域,特别是一种用于随钻仪器的直流稳压电源系统。
背景技术
随着计算机技术、精密测量与控制技术、大规模集成电路等在石油钻井领域的应用,随钻测量仪器得到了广泛应用与推广。随钻仪器通过无线通信技术建立地面与井底数据通信,将井底的方位、姿态、压力、温度等信息上传至地面,地面操作人员根据钻井设计和井底工况实时调整工具的工作状态,并实现对控制执行机构的驱动,整个过程均需要为随钻钻井仪器提供稳定、持久的电能供应。
目前随钻仪器大多采用电池供电,高温锂电池组在MWD、电子压力计等功耗较低的测量类井下工具中获得了广泛应用,特别是MWD+伽马组合大部分采用锂电池供电。使用锂电池供电存在电池容量和使用安全问题以及随着《环保法》颁布实施,废旧锂电池的处理问题难以得到有效解决,给相关单位造成很大困扰。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题,提供了一种用于随钻仪器的直流稳压电源系统,本发明采用直流稳压电源系统来满足随钻仪器井下电源的需求,避免传统采用锂电池供电方式产生的废旧电池处理问题,并保证了对用电设备持续且稳定的供电。
本发明公开了一种用于随钻仪器的直流稳压电源系统,包括:
整流模块,与泥浆涡轮发电机连接,用于将三相交流电转换为粗直流电;
调整模块,与所述整流模块连接,用于调整所述整流模块输出的粗直流电至稳定直流电供给包括外设探管在内的用电设备;
驱动模块,与所述整流模块连接,用于接收外部探管信号,并控制脉冲发生器动作。
进一步地,所述整流模块包括三个并联结构的整流电路单元,任一所述整流电路单元中,包括输出端二极管和接地端二极管,所述输出端二极管的负极与所述整流模块的输出端相连,所述输出端二极管的正极与所述接地端二极管的负极连接,所述接地端二极管的正极接地;所述泥浆涡轮发电机的输出端U、输出端V和输出端W,分别连接三个所述整流电路单元中所述输出端二极管的正极。
进一步地,所述调整模块包括:
滤波电容单元,其一端连接所述整流模块的输出端,另一端接地;
瞬间抑制二极管,其正极接地,负极与所述整流模块的输出端连接;
所述调整模块还包括:电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电源参考Drec、组成对管的三极管TR1和三极管TR2、三极管TR3、三极管TR4、二极管D7、电容C3;
其中,所述电阻R2和所述电阻R3并联后两端分别接入所述电阻R1的一端和所述电源参考Drec的负极,所述电阻R1的另一端与所述整流模块的输出端连接,所述电源参考Drec的正极接地,并且其负极还接有所述三极管TR1的基级;
所述二极管D7与所述电阻R5并联,所述二极管D7的正极连接所述整流模块的输出端,并且其负极连接所述三极管TR1的集电极和所述三极管TR3的基级;
所述电阻R6的一端连接所述整流模块的输出端和所述三极管TR4的集电极,另一端连接所述三极管TR3的发射极,所述三极管TR1的发射极与所述三极管TR2的发射极连接,并且共同接入接地的所述电阻R4;
所述三极管TR2的基级接于串联的所述电阻R7和所述电阻R8之间,所述电阻R7一端与所述电阻R8连接,另一端与所述三极管TR4的发射极连接,所述三极管TR2的集电极连接所述三极管TR3的集电极和所述三极管TR4的基极,所述三极管TR4的发射极接有所述电阻R7和电压输出端V1,所述电阻R8和所述电容C3的负极接地,所述电容C3的正极与所述三极管TR4的发射极连接,其负极接地。
进一步地,所述驱动模块包括:电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、稳压二极管D8、二极管D9、三极管TR5、三极管TR6、输出端A和接地端B;
其中,所述电阻R10的一端连有用于接收外部TTL电平信号的信号输入端S,所述电阻R10的另一端连接所述电阻R11和所述三极管TR6,所述电阻R11的另一端接地,所述三极管TR6的发射极接地,并且与所述二极管D9的正极连接,所述三极管TR6的集电极与所述电阻R9的一端连接,所述电阻R9的另一端分别与所述三极管TR5的基级和所述二极管D8的正极连接,所述二极管D8的负极分别与所述调整模块的电压端和所述电阻R12的一端连接,所述电阻R12的另一端与所述三极管TR5的发射极连接,所述三极管TR5的集电极分别与所述二极管D9的负极和所述输出端A连接,所述接地端B直接接地。
本发明至少具有以下有益效果:
本发明采用整流模块、调整模块和驱动模块对处理泥浆涡轮发电机输出的进行处理,取代了传统的锂电池对随钻仪器的供电,避免了废旧锂电池的处理难题,并且本发明的输出电压具有更高的稳定性,对后续电路具有较好的保护作用。
本发明集电源变换结构和驱动结构于一体,使用方便,可移植性高,既可以单独做成短节使用,也可以集成在MWD探管内。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例,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,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明优选实施例公开的用于随钻仪器的直流稳压电源系统的系统框图。
图2是本发明优选实施例公开的用于随钻仪器的直流稳压电源系统的整流模块的电路结构图。
图3是本发明优选实施例公开的用于随钻仪器的直流稳压电源系统的调整模块的电路结构图。
图4是本发明优选实施例公开的用于随钻仪器的直流稳压电源系统的驱动模块的电路结构图。
其中,10-整流模块,20-调整模块,30-驱动模块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式,都属于本发明所保护的范围。
如图1所示,本发明公开了一种用于随钻仪器的直流稳压电源系统,包括:
(1)整流模块10,与泥浆涡轮发电机连接,用于将三相交流电转换为粗直流电,以输出给调整模块20和驱动模块30。
(2)调整模块20,与所述整流模块10连接,用于调整所述整流模块输出的粗直流电至稳定直流电(例如28V直流电)供给包括外设探管在内的用电设备。
(3)驱动模块30,能够连接脉冲发生器和外设探管,用于接收外部探管信号,并控制脉冲发生器动作,从而将井下信号按照既定的编码方式传递至地面解码系统。
在本发明的一些实施例中,所述整流模块包括三个并联结构的整流电路单元,任一所述整流电路单元中,包括输出端二极管和接地端二极管,所述输出端二极管的负极与所述整流模块的输出端相连,所述输出端二极管的正极与所述接地端二极管的负极连接,所述接地端二极管的正极接地;所述泥浆涡轮发电机的输出端U、输出端V和输出端W,分别连接三个所述整流电路单元中所述输出端二极管的正极。
如图2所示,所述整流模块包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6,其中,所述二极管D1的正极与二极管D4的负极连接,所述二极管D1的负极连接所述整流模块的输出端Vrec,所述二极管D4的正极接地,所述二极管D2的正极与所述二极管D5的负极连接,所述二极管D2的负极连接所述整流模块的输出端Vrec,所述二极管D5的正极接地,所述二极管D3的正极与所述二极管D6的负极连接,所述二极管D3的负极连接所述整流模块的输出端Vrec,所述二极管D6的正极接地,泥浆涡轮发电机的三相电能输出端U、V、W分别连接所述二极管D1、所述二极管D2、所述二极管D3的正极。
在本发明的一些实施例中,如图3所示,所述调整模块包括:
滤波电容单元,电容C1和电容C2,所述电容C1正极接输出端Vrec,电容C1负极接电容C2正极,电容C2负极接地,电容C1和电容C2串联,为滤波电容。瞬间抑制二极管,即二极管D10,其优选采用TVS二极管,能够起到防止瞬间大电压冲击后续电路,其正极接地,负极与所述整流模块的输出端Vrec连接。
如图3所示,所述调整模块还包括:电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电源参考Drec、组成对管的三极管TR1和三极管TR2、三极管TR3、三极管TR4、二极管D7、电容C3。
其中,阻值相同的所述电阻R2和所述电阻R3并联后两端分别接入所述电阻R1的一端和所述电源参考Drec的负极,所述电阻R1的另一端与所述整流模块的输出端Vrec连接,所述电源参考Drec的正极接地,并且其负极还接有所述三极管TR1的基级。
所述二极管D7与所述电阻R5并联,所述二极管D7的正极连接所述整流模块的输出端Vrec,并且其负极连接所述三极管TR1的集电极和所述三极管TR3的基级。
所述电阻R6的一端连接所述整流模块的输出端Vrec和所述三极管TR4的集电极,另一端连接所述三极管TR3的发射极,所述三极管TR1的发射极与所述三极管TR2的发射极连接,并且共同接入接地的所述电阻R4。
所述三极管TR2的基级接于串联的所述电阻R7和所述电阻R8之间,所述电阻R7一端与所述电阻R8连接,另一端与所述三极管TR4的发射极连接,所述三极管TR2的集电极连接所述三极管TR3的集电极和所述三极管TR4的基极,所述三极管TR4的发射极接有所述电阻R7和电压输出端端V1,所述电阻R8和所述电容C3的负极接地,所述电容C3的正极与所述三极管TR4的发射极连接,其负极接地。
在本发明的一些实施例中,如图4所示,所述驱动模块包括:电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、稳压二极管D8、二极管D9、三极管TR5、三极管TR6、输出端A和接地端B。
其中,所述电阻R10的一端连有用于接收外部TTL电平信号的信号输入端S,所述电阻R10的另一端连接所述电阻R11和所述三极管TR6,所述电阻R11的另一端接地,所述三极管TR6的发射极接地,并且与所述二极管D9的正极连接,所述三极管TR6的集电极与所述电阻R9的一端连接,所述电阻R9的另一端分别与所述三极管TR5的基级和所述二极管D8的正极连接,所述二极管D8的负极分别与所述调整模块的电压端和所述电阻R12的一端连接,所述电阻R12的另一端与所述三极管TR5的发射极连接,所述三极管TR5的集电极分别与所述二极管D9的负极和所述输出端A连接,所述接地端B直接接地。
本发明随钻钻井仪器钻进的时候,钻井液冲刷泥浆涡轮发电机的转子,泥浆涡轮发电机产生三相低频交流电能,由整流模块将三相低频交流电能转换成粗直流电能输出至调整模块,调整模块将电能调制至稳定的28V的直流电供应给随钻测量仪器,同时还将转换后的电能输出给驱动模块,使得驱动模块能够接收外设探管信号的指令,并按照既定规则直接驱动脉冲发生器。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于随钻仪器的直流稳压电源系统,其特征在于,包括:
整流模块,与泥浆涡轮发电机连接,用于将三相交流电转换为粗直流电;
调整模块,与所述整流模块连接,用于调整所述整流模块输出的粗直流电至稳定直流电供给包括外设探管在内的用电设备;
驱动模块,与所述整流模块连接,用于接收外部探管信号,并控制脉冲发生器动作;
所述调整模块包括:
滤波电容单元,其一端连接所述整流模块的输出端,另一端接地;
瞬间抑制二极管,其正极接地,负极与所述整流模块的输出端连接;
所述调整模块还包括:电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电源参考Drec、组成对管的三极管TR1和三极管TR2、三极管TR3、三极管TR4、二极管D7、电容C3;
其中,所述电阻R2和所述电阻R3并联后两端分别接入所述电阻R1的一端和所述电源参考Drec的负极,所述电阻R1的另一端与所述整流模块的输出端连接,所述电源参考Drec的正极接地,并且其负极还接有所述三极管TR1的基极;
所述二极管D7与所述电阻R5并联,所述二极管D7的正极连接所述整流模块的输出端,并且其负极连接所述三极管TR1的集电极和所述三极管TR3的基极;
所述电阻R6的一端连接所述整流模块的输出端和所述三极管TR4的集电极,另一端连接所述三极管TR3的发射极,所述三极管TR1的发射极与所述三极管TR2的发射极连接,并且共同接入接地的所述电阻R4;
所述三极管TR2的基极接于串联的所述电阻R7和所述电阻R8之间,所述电阻R7一端与所述电阻R8连接,另一端与所述三极管TR4的发射极连接,所述三极管TR2的集电极连接所述三极管TR3的集电极和所述三极管TR4的基极,所述三极管TR4的发射极接有所述电阻R7和电压输出端V1,所述电阻R8和所述电容C3的负极接地,所述电容C3的正极与所述三极管TR4的发射极连接,其负极接地;
所述驱动模块包括:电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、稳压二极管D8、二极管D9、三极管TR5、三极管TR6、输出端A和接地端B;
其中,所述电阻R10的一端连有用于接收外部TTL电平信号的信号输入端S,所述电阻R10的另一端连接所述电阻R11和所述三极管TR6的基极,所述电阻R11的另一端接地,所述三极管TR6的发射极接地,并且与所述二极管D9的正极连接,所述三极管TR6的集电极与所述电阻R9的一端连接,所述电阻R9的另一端分别与所述三极管TR5的基极和所述二极管D8的正极连接,所述二极管D8的负极分别与所述调整模块的电压端和所述电阻R12的一端连接,所述电阻R12的另一端与所述三极管TR5的发射极连接,所述三极管TR5的集电极分别与所述二极管D9的负极和所述输出端A连接,所述接地端B直接接地。
2.根据权利要求1所述的用于随钻仪器的直流稳压电源系统,其特征在于,所述整流模块包括三个并联结构的整流电路单元,任一所述整流电路单元中,包括输出端二极管和接地端二极管,所述输出端二极管的负极与所述整流模块的输出端相连,所述输出端二极管的正极与所述接地端二极管的负极连接,所述接地端二极管的正极接地;所述泥浆涡轮发电机的输出端U、输出端V和输出端W,分别连接三个所述整流电路单元中所述输出端二极管的正极。
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