专利名称：防止发电机振荡系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油钻井技术领域，特别涉及一种用于垂钻用发电机的防止发电机振荡系统。
背景技术：
在垂直钻井系统中，发电机负责整个系统的供电。如果发电机产生强烈的振荡，会使发电机与垂直钻井系统失去同步，万一处理不当或保护拒动将导致大面积停电以致整个系统瓦解，其后果是极其严重的。在垂钻用发电机中，泥浆冲刷叶轮使之转动，叶轮与发电机转子之间通过磁耦合产生扭力使发电机转子转动。叶轮与发电机转子的磁耦合就是一个扭簧，磁耦合6对极，有6个工作扇区，可以工作在任何一个工作扇区中。每个工作扇区60°，当外磁耦与内磁 耦的角度为0°，外磁耦的磁力线与内磁耦的磁力线对准，无力矩。当外磁耦与内磁耦的角度(Γ20 °时，外磁耦的磁力线与内磁耦的磁力线偏离，产生恢复力矩，力矩与角度呈现正比。当外磁耦与内磁耦的角度3(Γ60°时，外磁耦的磁力线与内磁耦的磁力线偏离超过工作扇区，产生向下一个扇区的力矩，磁耦合打滑。所以磁耦合工作角度为±20°，超过±30°后就会打滑。而现有发电机中，电磁力矩与发电机的输出电流成正比，在发电机整流电压的波峰处电流大，在发电机整流电压的波谷处电流小，正好产生倍频的电磁力矩波动，该电磁力矩具有磁耦合力特性，所以该电磁力矩波动就有可能使得磁耦合由工作角度进入到打滑角度，不可避免地导致发电机的振荡。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种能够有效地防止垂钻用发电机的振荡的防止发电机振荡系统。为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下—种防止发电机振荡系统，包括整流电路、以分时恒流驱动方式控制并驱动脉冲器的驱动控制模块以及多个并联的电源模块，所述驱动控制模块包括控制电路、驱动电路、负载均衡电路以及保护电路，所述电源模块包括变压器以及开关模块。优选的，所述电源模块为四个。所述整流电路的输出端分别与所述控制电路、驱动电路、保护电路以及电源模块连接，将输入的发电机产生的三相交流电转换为直流电的并分别向所述控制电路、驱动电路以及电源模块供电。所述保护电路与所述整流电路连接，采样经所述整流电路整流后的直流电，以同时实现对所述控制电路、驱动电路、负载均衡电路以及保护电路自身的保护。所述负载均衡电路与所述多个电源模块连接，所述负载均衡电路采样每个所述电源模块的负载电流，并同时调整其电源电压输出，使四个所述模块的负载均衡。 所述控制电路的输出端与所述驱动电路的输入端连接，所述驱动电路与脉冲器连接。所述驱动电 路包括MOSFET管以及MOSFET驱动器，所述MOSFET驱动器的输入端与所述控制电路的输出端连接，所述MOSFET驱动器、MOSFET管以及脉冲器线圈依次串接。所述控制电路的CPU内置有PWM控制器以及定时器。所述控制电路串接用于监视经所述整流电路整流处理后的发电机的电压大小的模数转换器。所述电源模块中的所述变压器均为采用DC/DC方式的变压器，所述变压器输入的为经整流后的发电机输出的三相交流电，经DC/DC后输出32V直流电，向整个垂直钻井系统供电。采用本实用新型的防止发电机振荡系统具有以下优点I、按照恒流的方式取电流，使发电机整流电压的波谷处电流大，发电机整流电压的波峰处电流小；电磁力矩与发电机的输出电流成正比，因而电磁力矩在发电机整流电压的波谷处大，在发电机整流电压的波峰处小；发电机的这种电磁力矩和发电机转子的磁耦合力矩，在同一时刻大小近似相等，方向相反，起到抵消作用，因而有效地防止了发电机的振荡。2、为了防止脉冲器线圈瞬间吸收电流过大而引起电压波动，脉冲器的驱动电源取自于发电机整流后，而不是在DC/DC后的33V的稳压电源处，一方面，发电机整流后的电压范围比较高，为45 150V，使其驱动力也比较大；另外由于电源取在DC/DC前，电源的利用效率也较高，这样就可以去掉在33V处的大容量蓄电电容。
图I是本实用新型防止发电机振荡系统的模块示意图；图2是本实用新型防止发电机振荡系统中整流电路与驱动控制模块连接的电原理图；图3是本实用新型防止发电机振荡系统的DC/DC的简图；图4是图2中a部的电原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行进一步的详细说明。如图I所示，为本实用新型的防止发电机振荡系统，I为整流电路，2为控制电路，3为驱动电路、4为负载均衡电路，5为保护电路，6为变压器，7为开关模块，8为脉冲器。所述变压器6以及开关模块7包含在电源模块中，在本实用新型中采用了四个电源模块并联连接。所述控制电路2、驱动电路3、负载均衡电路4以及保护电路5均设置于控制所述驱动脉冲器8的驱动控制模块上。所述整流电路I将输入的发电机产生的三相交流电转换为直流电并分别向所述控制电路2、驱动电路3以及电源模块供电，所述保护电路5与所述整流电路I连接，采样经所述整流电路I整流后的直流电，以同时实现对所述控制电路2、驱动电路3、负载均衡电路4以及保护电路5自身的保护。所述负载均衡电路4与所述多个电源模块连接，所述负载均衡电路4采样每个所述电源模块的负载电流，并同时调整其电源电压输出，使四个所述模块的负载均衡。所述控制电路2的输出端与所述驱动电路3的输入端连接，所述驱动电路3与脉冲器8连接。如图2所示，a为集合有控制电路2以及驱动电路3的电源复换控制器，图3为DC/DC的简图。由发电机输出的三相交流电经所述整流电路I的整流后为直流，消除发电机的输出电流的波峰和波谷，把整流电容减到最小，不用起储能平滑作用。连接电源复换控制器a的电感电流是高频开关状态，在发电机的电流和连接电源复换控制器a的电感电流不一致时电容只起旁路续流作用，避免在发电机整流电压的波峰处电流大，在发电机整流电压的波谷处电流小，而产生倍频的电磁力矩波动进而引起发电机振荡。在图3中，输入的为经整流后的发电机输出的三相交流电，经所述变压器6的DC/DC处理后输出32V直流电，向整个垂直钻井系统供电。如图4所示，9为MOSFET管，10为MOSFET驱动器，11为模数转换器，12为CPU输入端，13为电源复换控制器的输入端，14为脉冲器线圈，15为CPU。所述MOSFET驱动器10 的输入端与所述控制电路2的输出端连接，所述MOSFET驱动器10、M0SFET管9以及脉冲器线圈14依次串接且所述MOSFET管9反并联一二极管。所述脉冲器线圈14与所述MOSFET管9串联后并联一电容，所述脉冲器8的驱动电源取自于发电机整流后，而不是在DC/DC后的33V的稳压电源处，防止了所述脉冲器线圈14瞬间吸收电流过大而引起电压波动，并且发电机整流后的电压范围比较高，为45 150V，使其驱动力也比较大；另外由于电源取在DC/DC前，电源的利用效率也较高，这样就可以去掉在33V处的大容量蓄电电容。经所述电源复换控制器的输入端13输入的经所述整流电路I整流后的电压通过串联的电阻Rl以及R2分压后，经过低通滤波输出至所述CPU15，所述CPU15的输出端依次串接所述MOSFET驱动器10以及MOSFET管9。所述控制电路的CPU内置有PWM控制器以及定时器。由于MOSFET管9的驱动电压来自于不稳定的发电机整流后的电压，所述控制电路2串接所述模数转换器11监视发电机整流电压的大小，以便适时的调整PWM的脉宽以满足恒流驱动的要求。根据所述脉冲器线圈14的吸合特性采用分时恒流驱动，在本实用新型中采用I. 5A和O. 5A的分时恒流驱动，起始电流要达到I. 5A，持续200mS后，保持电流要达到O. 5A，持续到无线随钻(MWD)脉冲的结束。垂钻系统的TTL脉冲信号由所述CPU输入端12输入，通过所述CPU15内置的PWM控制器调整输出的PWM脉冲信号的占空比来得到相应的电流，通过定时器设置电流所需要的时间，最终产生与所述脉冲器线圈14所需的分时恒流驱动相对应的PWM脉冲信号，输送给所述MOSFET驱动器10，进而控制所述MOSFET管的导通，最终导通所述脉冲器线圈14，实现对所述脉冲器8的分时恒流驱动。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种防止发电机振荡系统，其特征在于包括整流电路(I)、以分时恒流驱动方式控制并驱动脉冲器(8)的驱动控制模块以及多个并联的电源模块，所述驱动控制模块包括控制电路(2)、驱动电路(3)、负载均衡电路(4)以及保护电路(5)，所述电源模块包括变压器(6)以及开关模块(7);所述整流电路⑴用于将发电机产生的三相交流电转换为直流电，所述整流电路⑴的输出端分别与所述控制电路(2)、驱动电路(3)、保护电路(5)以及电源模块连接，所述负载均衡电路(4)与所述多个电源模块连接，所述控制电路(2)的输出端与所述驱动电路(3)的输入端连接，所述驱动电路(3)与脉冲器(8)连接。
2.根据权利要求I所述的防止发电机振荡系统，其特征在于所述驱动电路(3)包括MOSFET管(9)以及MOSFET驱动器(10)，所述MOSFET驱动器(10)的输入端与所述控制电路(2)的输出端连接，所述MOSFET驱动器(10)、MOSFET管(9)以及脉冲器线圈(14)依次串接。
3.根据权利要求I所述的防止发电机振荡系统，其特征在于所述控制电路(2)的CPU (15)内置有PWM控制器以及定时器。
4.根据权利要求I或3所述的防止发电机振荡系统，其特征在于所述控制电路(2)串接用于监视经所述整流电路(I)整流处理后的发电机的电压大小的模数转换器(11)。
5.根据权利要求I所述的防止发电机振荡系统，其特征在于所述电源模块为四个。
6.根据权利要求I所述的防止发电机振荡系统，其特征在于所述电源模块中的所述变压器(6)均为采用DC/DC方式的变压器。
专利摘要本实用新型公开了一种防止发电机振荡系统，包括整流电路、恒流控制驱动脉冲器的驱动控制模块以及多个并联的电源模块，所述驱动控制模块包括控制电路、驱动电路、负载均衡电路以及保护电路，所述电源模块包括变压器以及开关模块；将输入的发电机产生的三相交流电转换为直流电的所述整流电路的输出端分别与所述控制电路、驱动电路、保护电路以及电源模块连接，所述负载均衡电路与所述多个电源模块连接，所述控制电路的输出端与所述驱动电路的输入端连接，所述驱动电路与脉冲器连接。采用本实用新型的防止发电机振荡系统按照恒流的方式取电流，使发电机的电磁力矩与发电机转子的磁耦合力矩抵消，有效地防止了发电机的振荡。
文档编号H02P9/44GK202385047SQ201120553898
公开日2012年8月15日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者吕志忠, 周胜鹏, 张健庚, 张炳顺, 张鑫, 李立昌, 汝大军, 郝楠, 马哲, 黄蜂 申请人:中国石油集团渤海钻探工程有限公司