RU2133073C1 - Storage capacitor charger - Google Patents
Storage capacitor charger Download PDFInfo
- Publication number
- RU2133073C1 RU2133073C1 RU97108335A RU97108335A RU2133073C1 RU 2133073 C1 RU2133073 C1 RU 2133073C1 RU 97108335 A RU97108335 A RU 97108335A RU 97108335 A RU97108335 A RU 97108335A RU 2133073 C1 RU2133073 C1 RU 2133073C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- transformer
- charger
- rectifier
- capacitor
- Prior art date
Links
Landscapes
- Rectifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике, а именно к зарядным устройствам скважинных емкостных накопителей энергии, предназначенных для ведения сейсморазведки и обработки призабойной зоны нефтяных скважин. The invention relates to high-voltage pulse technology, namely, chargers for borehole capacitive energy storage devices for seismic exploration and processing of the bottom-hole zone of oil wells.
Известно зарядное устройство емкостных накопителей энергии (см. книгу В. М. Вакуленко и Л. П. Иванов. "Источники питания лазеров", М., Сов. радио, 1980, с. 39 - 53, рис. 3, 5), содержащее токоограничивающий элемент, повышающий трансформатор и мостовой выпрямитель. Токоограничивающий элемент - резистор или индуктивность установлен в первичной цепи питания, мостовой выпрямитель подключен ко вторичной обмотке трансформатора. Основной функцией зарядного устройства является передача необходимой электрической энергии в емкостный накопитель за время между импульсами разрядного тока. A charger for capacitive energy storage devices is known (see the book by V. M. Vakulenko and L. P. Ivanov. "Power sources for lasers", M., Sov. Radio, 1980, pp. 39 - 53, Fig. 3, 5), containing a current-limiting element, step-up transformer and bridge rectifier. A current-limiting element - a resistor or inductance is installed in the primary power circuit, a bridge rectifier is connected to the secondary winding of the transformer. The main function of the charger is to transfer the necessary electrical energy to the capacitive storage device between the pulses of the discharge current.
Недостатком указанного зарядного устройства является невысокое (обусловленное только коэффициентом трансформации) рабочее напряжение. The disadvantage of this charger is a low (due only to the transformation ratio) operating voltage.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является зарядное устройство емкостного накопителя скважинной электрогидравлической установки для обработки призабойной зоны нефтяных скважин (см. статью А.М. Курач, Ю.И. Курашко, В.И. Воробьев, С.И. Заславский. "Генератор импульсных токов для электрогидравлической установки воздействия на пласт". Тезисы докладов 3-й Всесоюзной научно-технической конференции. - Николаев, 1984, с. 111 - 112), содержащее металлический корпус, повышающий трансформатор, высоковольтный выпрямитель, разрядный резистор и отсекающий дроссель. Высоковольтный выпрямитель выполнен на двух вентилях и двух конденсаторах, соединенных по схеме удвоения напряжения Латура, и подключен общими точками соединения двух вентилей и двух конденсаторов ко вторичной обмотке трансформатора. Отсекающий дроссель одним выводом подключен к одному из общих точек соединения вентиля и конденсатора, а другим выводом - к корпусу выпрямителя и служит для ограничения токов в выпрямителе при перезарядке емкостного накопителя. Другая общая точка соединения вентиля и конденсатора подключена к высоковольтному выводу зарядного устройства. Разрядный высокоомный резистор включен между высоковольтным выводом и корпусом. Корпус выполнен в виде стальной трубы диаметром 112 мм и длиной 1330 мм и залит трансформаторным маслом. Рабочее напряжение зарядного устройства 30 кВ. Closest to the claimed technical solution is the charger of the capacitive storage of a borehole electro-hydraulic installation for processing the bottom-hole zone of oil wells (see article A.M. Kurach, Yu.I. Kurashko, V.I. Vorobyov, S.I. Zaslavsky. "Generator of pulsed currents for an electro-hydraulic installation for stimulating the formation. "Abstracts of the 3rd All-Union Scientific and Technical Conference. - Nikolaev, 1984, p. 111 - 112), containing a metal housing, step-up transformer, high-voltage rectifier, discharge resistor p and cuts off the throttle. The high-voltage rectifier is made on two gates and two capacitors connected according to the Latour voltage doubling circuit, and is connected by common points of connection of two gates and two capacitors to the secondary winding of the transformer. The cut-off inductor is connected to one of the common points of connection of the valve and the capacitor with one output, and to the rectifier case with the other output and serves to limit the currents in the rectifier when recharging the capacitive storage. Another common point between the valve and the capacitor is connected to the high voltage terminal of the charger. A high-resistance bit resistor is connected between the high-voltage terminal and the housing. The casing is made in the form of a steel pipe with a diameter of 112 mm and a length of 1330 mm and is filled with transformer oil. The operating voltage of the charger is 30 kV.
Недостатками зарядного устройства скважинной электрогидравлической установки-прототипа являются недостаточная надежность и довольно большие потери энергии вследствие сложности изолирования трансформатора и выпрямителя одновременно от корпуса и от дросселя и передачи электрической энергии к зарядному устройству по двум проводам (жилам) каротажного кабеля. The disadvantages of the charger of the borehole electro-hydraulic installation of the prototype are the lack of reliability and rather large energy losses due to the difficulty of isolating the transformer and rectifier simultaneously from the housing and from the inductor and transferring electrical energy to the charger through two wires (wires) of the wireline cable.
При создании данного изобретения решалась задача уменьшения габаритов и повышения надежности скважинной электрогидравлической установки, а также обеспечения ее работы в режиме повышенной частоты повторения разрядов, т.е. задача повышения эффективности обработки призабойной зоны нефтяной скважины и ведения сейсморазведки. When creating this invention, the problem was solved of reducing the dimensions and increasing the reliability of the borehole electro-hydraulic installation, as well as ensuring its operation in the mode of increased discharge repetition rate, i.e. the task of increasing the efficiency of processing the bottom-hole zone of an oil well and conducting seismic surveys.
Техническим результатом изобретения является уменьшение габаритов и увеличение надежности зарядного устройства - одного из основных блоков скважинной электрогидравлической установки. Дополнительным техническим результатом является повышение частоты повторения разрядов скважинной электрогидравлической установки. The technical result of the invention is to reduce the size and increase the reliability of the charger - one of the main blocks of a borehole electro-hydraulic installation. An additional technical result is an increase in the repetition rate of discharges of a borehole electro-hydraulic installation.
Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным зарядным устройством, содержащим маслонаполненный металлический корпус, повышающий трансформатор, высоковольтный выпрямитель, разрядный резистор и отсекающий дроссель, при этом высоковольтный выпрямитель выполнен на двух вентилях и двух конденсаторах, соединенных по схеме удвоения напряжения Латура, и подключен общими точками соединения двух вентилей и двух конденсаторов ко вторичной обмотке трансформатора, отсекающий дроссель одним своим выводом подключен к одной из общих точек соединения вентиля и конденсатора, разрядный резистор включен между высоковольтным выводом выпрямителя и корпусом, новым является то, что другая из общих точек соединения вентиля и конденсатора подключена к корпусу, другой вывод отсекающего дросселя непосредственно или через дополнительный резистор подключен к высоковольтному выводу. The specified technical result is achieved in that, in comparison with the known charger containing an oil-filled metal case, a step-up transformer, a high-voltage rectifier, a discharge resistor and a cut-off inductor, the high-voltage rectifier is made on two valves and two capacitors connected by a Latour voltage doubling circuit, and connected by common points of connection of two gates and two capacitors to the secondary winding of the transformer, the choke cut off with one of its conclusions is connected to one of the common points of connecting the valve and the capacitor, the discharge resistor is connected between the high-voltage output of the rectifier and the case, the new one is that the other of the common points of connecting the valve and the capacitor is connected to the case, the other output of the cut-off inductor directly or through an additional resistor is connected to the high-voltage conclusion.
Кроме того, один из концов первичной обмотки трансформатора соединен с корпусом, а разрядный резистор размещен внутри дросселя. In addition, one of the ends of the primary winding of the transformer is connected to the housing, and a discharge resistor is placed inside the inductor.
Соединение одного из конденсаторов выпрямителя напрямую с металлическим корпусом и перенос отсекающего дросселя из низковольтной цепи выпрямителя в выходную высоковольтную цепь выпрямителя обеспечивает сохранение устойчивости высоковольтного выпрямителя к броскам разрядного тока при переполюсовке емкостного накопителя (колебательном характере разряда емкостного накопителя), возможность конструктивного сближения (и даже совмещения по принципу матрешки) разрядного резистора и отсекающего дросселя и, тем самым, уменьшения габаритов зарядного устройства. The connection of one of the rectifier capacitors directly to the metal case and the transfer of the cut-off inductor from the low-voltage rectifier circuit to the output high-voltage rectifier circuit ensures that the high-voltage rectifier is resistant to inrush currents when the capacitive storage is reversed (the oscillatory nature of the capacitive storage discharge), the possibility of structural convergence (and even according to the principle of a nested doll) of a discharge resistor and a cut-off inductor and, thereby, a reduction in size a charger.
Введение в выходную высоковольтную цепь зарядного устройства дополнительного резистора позволяет задемпфировать резонансные процессы в последовательном резонансном контуре, образованном вторичной обмоткой трансформатора и емкостным накопителем, и устранить нежелательные перенапряжения во вторичной обмотке трансформатора, уменьшить пусковой ток в первичной обмотке трансформатора в начальный момент зарядки емкостного накопителя, когда его реактивное сопротивление очень мало, и обезопасить источник первичного напряжения от аварии. The introduction of an additional resistor into the output high-voltage circuit of the charger allows you to damp resonant processes in the series resonant circuit formed by the secondary winding of the transformer and the capacitive storage, eliminate undesirable overvoltages in the secondary winding of the transformer, and reduce the starting current in the primary winding of the transformer at the initial moment of charging the capacitive storage when its reactance is very small, and to protect the source of primary voltage from accidents and.
Гальваническое соединение первичной обмотки трансформатора одним своим концом с корпусом зарядного устройства позволяет: осуществить передачу электрической энергии от наземного пульта питания и управления к зарядному устройству, а от него - к емкостному накопителю одновременно по нескольким (2, 3 или 5) запараллеленным жилам и броне каротажного кабеля и, соответственно, снизить в 2 - 5 раз потери электрической энергии на активном сопротивлении кабеля; увеличить частоту повторения разрядов и электрогидравлических ударов, т.е. повысить производительность электрогидравлической установки; упростить изоляцию первичной обмотки и ферромагнитного сердечника трансформатора от высокого напряжения (ферромагнитный сердечник при этом можно не изолировать). The galvanic connection of the primary winding of the transformer at one end with the charger housing allows you to: transfer electric energy from the ground power and control panel to the charger, and from it to the capacitive storage at the same time for several (2, 3 or 5) parallel wires and logging armor cable and, accordingly, reduce by 2 - 5 times the loss of electrical energy on the active resistance of the cable; increase the frequency of repetition of discharges and electro-hydraulic shocks, i.e. increase the productivity of the electro-hydraulic installation; to simplify the isolation of the primary winding and the ferromagnetic core of the transformer from high voltage (the ferromagnetic core may not be isolated).
На чертеже изображена электрическая схема заявляемого зарядного устройства. The drawing shows an electrical diagram of the inventive charger.
Зарядное устройство содержит маслонаполненный металлический корпус 1, повышающий трансформатор 2, высоковольтный выпрямитель 3, отсекающий дроссель 4, дополнительный резистор 5 и разрядный резистор 6. The charger contains an oil-filled metal case 1, a step-up transformer 2, a high-voltage rectifier 3, a cut-off inductor 4, an additional resistor 5 and a discharge resistor 6.
Первичная обмотка 7 повышающего трансформатора 2 намотана на сердечник 8 из электротехнической стали и соединена одним своим концом с корпусом 1 зарядного устройства. Второй конец первичной обмотки 7 подпаян к штырю входного разъема 9 (или к нескольким штырям сразу в случае многожильного каротажного кабеля). The primary winding 7 of the step-up transformer 2 is wound on a core 8 of electrical steel and connected at one end to the housing 1 of the charger. The second end of the primary winding 7 is soldered to the pin of the input connector 9 (or to several pins at once in the case of a multicore logging cable).
Вторичная обмотка 10 повышающего трансформатора 2 намотана на отдельном изоляционном каркасе и имеет в 22 раза большее число витков чем первичная обмотка 7. The secondary winding 10 of the step-up transformer 2 is wound on a separate insulating frame and has 22 times more turns than the primary winding 7.
Высоковольтный выпрямитель 3 состоит из двух высоковольтных диодов (или двух кремниевых или селеновых диодных столбиков) 11 и 12 и двух высоковольтных фильтрующих конденсаторов 13 и 14, соединенных по схеме удвоения напряжения Латура. Общие точки соединения двух вентилей 11 и 12 и двух конденсаторов 13 и 14 подключены ко вторичной обмотке 10 трансформатора. Одна из общих точек соединения вентиля 1 и конденсатора 14 подключена к корпусу 1. Другая из общих точек соединения вентиля 11 и конденсатора 13 подключена к одному из выводов отсекающего дросселя 4. Другой вывод отсекающего дросселя 4 подключен непосредственно или через дополнительный резистор 5 к высоковольтному выводу 15. The high-voltage rectifier 3 consists of two high-voltage diodes (or two silicon or selenium diode columns) 11 and 12 and two high-voltage filter capacitors 13 and 14 connected by a Latour voltage doubling circuit. Common points of connection of two valves 11 and 12 and two capacitors 13 and 14 are connected to the secondary winding 10 of the transformer. One of the common connection points of the valve 1 and the capacitor 14 is connected to the housing 1. Another of the common connection points of the valve 11 and the capacitor 13 is connected to one of the outputs of the isolation choke 4. The other output of the isolation choke 4 is connected directly or through an additional resistor 5 to the high-voltage terminal 15 .
Отсекающий дроссель 4 представляет собой многовитковую секционированную катушку индуктивности, намотанную на изоляционном каркасе. Внутри (вдоль оси) отсекающего дросселя установлен разрядный резистор 6 величиной 100 - 300 МОм. Разрядный резистор 6 включен между высоковольтным выводом 15 и корпусом 1 зарядного устройства и служит для снятия остаточного напряжения с емкостного накопителя при отключении первичного источника напряжения. Дополнительный резистор 5 имеет номинал нескольких килоом. The cut-off inductor 4 is a multi-turn sectioned inductance coil wound on an insulating frame. Inside (along the axis) of the cut-off inductor, a discharge resistor 6 of 100 - 300 MΩ is installed. A discharge resistor 6 is connected between the high voltage terminal 15 and the housing 1 of the charger and serves to remove residual voltage from the capacitive storage when the primary voltage source is disconnected. Additional resistor 5 has a nominal value of several kilo-ohms.
Корпус 1 выполнен из стальной трубы диаметром 102 мм, рассчитанной на внешнее гидростатическое давление 50 МПа. Внутренняя полость корпуса заполнена трансформаторным маслом. С левого конца корпуса зарядного устройства закреплена низковольтная кабельная головка 9 для соединения с каротажным кабелем, с правого конца - высоковольтный разъем 15 с проходным изолятором и контактом типа штырь для подключения емкостного накопителя. The housing 1 is made of a steel pipe with a diameter of 102 mm, designed for an external hydrostatic pressure of 50 MPa. The internal cavity of the housing is filled with transformer oil. A low-voltage cable head 9 is fixed on the left end of the charger housing for connecting with a logging cable, and on the right end is a high-voltage connector 15 with a bushing and a pin type contact for connecting a capacitive storage.
Работает зарядное устройство следующим образом. Charger works as follows.
При включении источника первичного напряжения на вход 9 зарядного устройства через каротажный кабель поступает переменное напряжение амплитудой U1m и частотой f, которое трансформатором 2 повышается до напряжения U2m = U1mW2/W1, где W2 и W1 - число первичной 7 и вторичной 10 обмоток повышающего трансформатора 2.When the primary voltage source is turned on, the input 9 of the charger through the logging cable receives an alternating voltage of amplitude U 1m and frequency f, which is increased by transformer 2 to voltage U 2m = U 1m W 2 / W 1 , where W 2 and W 1 are the primary number 7 and secondary 10 windings of step-up transformer 2.
В положительный полупериод вторичного напряжения открыт диод 11 и заряжается (до потенциала вторичной обмотки U2m) фильтрующий конденсатор 13 высоковольтного выпрямителя 3. В отрицательный полупериод напряжения открыт диод 12 и заряжается фильтрующий конденсатор 14. Так как оба фильтрующих конденсатора 13 и 14 выпрямителя 3 соединены последовательно, то на выходе выпрямителя через два полупериода создается напряжение 2U2m. Это напряжение через дроссель 4 (или дроссель 4 и дополнительный резистор 5) прикладывается к емкостному накопителю. Усредненная (и малочувствительная к величине резистора 5) кривая роста напряжения на емкостном накопителе имеет вид
Uн = 2U2m(1 - (1 - b)mft),
где m = 2;
b = C1ф/(C1ф + Cн); C1ф и Cн - емкости фильтрующих конденсаторов выпрямителя и емкостного накопителя.In the positive half-cycle of the secondary voltage, the diode 11 is open and the filter capacitor 13 of the high-voltage rectifier 3 is charged (up to the secondary winding potential U 2m ). The diode 12 is open in the negative half-cycle of the voltage and the filter capacitor 14 is charged. Since both filter capacitors 13 and 14 of the rectifier 3 are connected in series , then at the output of the rectifier through two half-cycles a voltage of 2U 2m is created . This voltage through the inductor 4 (or inductor 4 and additional resistor 5) is applied to the capacitive storage. The averaged (and insensitive to the value of resistor 5) voltage growth curve on a capacitive storage has the form
U n = 2U 2m (1 - (1 - b) mft ),
where m = 2;
b = C 1p / (C 1p + C n ); C 1f and C n - filter capacitors of the rectifier and capacitive storage.
Процесс продолжается до тех пор, пока емкостный накопитель полностью не зарядится. При выключении источника первичного напряжения емкостный накопитель медленно разряжается через высокоомный резистор 6. The process continues until the capacitive storage is fully charged. When you turn off the source of primary voltage capacitive storage is slowly discharged through a high-resistance resistor 6.
Авторами изготовлен и испытан с положительными результатами опытный образец зарядного устройства. Опытный образец имеет диаметр 102 мм, длину 1 м и вес 28 кг. Потребляемая мощность достигает 0,5 кВт, выходное напряжение 42 кВ, средний ток зарядки 12,5 мА. The authors made and tested with positive results a prototype charger. The prototype has a diameter of 102 mm, a length of 1 m and a weight of 28 kg. Power consumption reaches 0.5 kW, output voltage 42 kV, average charging current 12.5 mA.
Таким образом, предлагаемое зарядное устройство имеет по сравнению с прототипом одновременно и меньшую на 30% длину, и меньший на 10% диаметр, и большее на 40% рабочее напряжение и тем самым улучшает эксплуатационные характеристики скважинной электрогидравлической установки (ее проходимость внутри обсадных колонн и условия электрического пробоя скважинной жидкости). Thus, the proposed charger is compared with the prototype at the same time and is 30% shorter and 10% smaller in diameter and 40% greater in operating voltage and thereby improves the operational characteristics of the borehole electro-hydraulic installation (its permeability inside the casing and conditions electrical breakdown of well fluid).
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97108335A RU2133073C1 (en) | 1997-05-20 | 1997-05-20 | Storage capacitor charger |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97108335A RU2133073C1 (en) | 1997-05-20 | 1997-05-20 | Storage capacitor charger |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97108335A RU97108335A (en) | 1999-05-27 |
| RU2133073C1 true RU2133073C1 (en) | 1999-07-10 |
Family
ID=20193178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97108335A RU2133073C1 (en) | 1997-05-20 | 1997-05-20 | Storage capacitor charger |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2133073C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA017335B1 (en) * | 2009-09-18 | 2012-11-30 | Анатолий Яковлевич КАРТЕЛЕВ | Method of powering of electrodeischarge well devices |
| RU214505U1 (en) * | 2021-03-09 | 2022-11-01 | Серсель | Mobile docking device for seismic blocks |
-
1997
- 1997-05-20 RU RU97108335A patent/RU2133073C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| РСТ, заявка, 9533301, H 02 M 7/02, 1995. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA017335B1 (en) * | 2009-09-18 | 2012-11-30 | Анатолий Яковлевич КАРТЕЛЕВ | Method of powering of electrodeischarge well devices |
| RU214505U1 (en) * | 2021-03-09 | 2022-11-01 | Серсель | Mobile docking device for seismic blocks |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10113364B2 (en) | Method and apparatus for isolating and switching lower voltage pulses from high voltage pulses in electrocrushing and electrohydraulic drills | |
| US10718163B2 (en) | Pulse transformer for downhole electrocrushing drilling | |
| US10472894B2 (en) | Resonant transformer for downhole electrocrushing drilling | |
| KR20090009251A (en) | Ignition system | |
| US4707619A (en) | Saturable inductor switch and pulse compression power supply employing the switch | |
| FI79764B (en) | ANORDNING FOER ATT LAGRA OCH OEVERFOERA ELEKTRISK ENERGI. | |
| WO2015095140A1 (en) | Repetitive ignition system for enhanced combustion | |
| JPS63502549A (en) | Electrical components with inductive and capacitive properties | |
| CN1011843B (en) | Laser arrangement with high-tension pulse generator and method of generating pulse | |
| US5138627A (en) | Preionizationd device, in particular for x-ray preionization in discharge-pumped gas lasers, in particular excimer lasers | |
| RU2133073C1 (en) | Storage capacitor charger | |
| US20100020913A1 (en) | Method for obtainging plasma | |
| RU2312454C1 (en) | Impulse generator on inductive energy accumulator with transformer connection | |
| Pavlovskii et al. | Transformer energy output magnetic cumulation generators | |
| RU2132105C1 (en) | Charging device for capacitance storage | |
| WO2010151170A1 (en) | Device for producing an electrohydraulic effect on a well bottom-hole zone | |
| CN113691239A (en) | Magnetic switch pulse generator for electric pulse rock breaking | |
| RU2231937C1 (en) | Linear induction accelerator | |
| RU2090020C1 (en) | Generator of voltage pulses | |
| RU2218658C2 (en) | Transformer-generator unit | |
| RU2337237C2 (en) | Electrohydroimpulsive downhole device | |
| RU2263392C2 (en) | High-voltage pulse generator | |
| SU570702A1 (en) | Borehole electrocontact | |
| SU729822A1 (en) | Pulse generator | |
| SU1657300A1 (en) | Pulse generator |