宽电压输入范围的自动垂直钻井系统电源模块设计

2 0 1 1 年 第 2 5 卷 第 1 期 石 油 仪 器 P E T ROL EUM I N S TR UME NT S · 开发设 计 · 宽 电压 输 入 范 围的 自动 垂 直 钻 井 系统 电源 模 块 设 计 张建 国 白玉新 解 庆 韩志 富 李广 伟 ( J L 京精密机 电控 制设 备研 究所 北京 ) 摘 要 ：针对石 油行业 井下 自动垂 直钻 井系统三相钻杆 式发 电机 电压输 出范围较大 的问题 ， 给 出了一种优化 垂钻 系 统电源模块 的设计 方法， 使 电源模 块既能适应较宽的 电压输入 范围， 又能基本 满足 井下高温环境工作要求。 关 键 词 ：自动垂 直钻 井 ；发 电机 ；整 流 ； 切 换 ；滞环 比较 中图法分类号 ： T E 2 4 2 ． 5 文献标识码 ： B 文章编号 ：1 0 0 4 — 9 1 3 4 ( 2 0 1 1 ) 0 1 — 0 0 1 3 — 0 3 0 引 言 石油 行业 井下 自动垂 直钻 井 系统 中常采用 钻杆 式 发电机为 自动垂钻系统 电控单元提供 电源 ， 钻杆发 电 机与 电控单 元都 是 自动 垂 钻 系统 的一 部 分 ， 安 装 在 井 下钻 头附近 。钻杆 由地 面 钻 机钻 盘 带 动 ， 钻 杆 发 电机 由钻 杆提供 动力 ， 钻 杆转 速 的变 化 制 约 了钻 杆 发 电机 的输 出性 能 ， 钻杆 转速 低 ， 电机输 出电压低 、 功率 小 ， 转 速高 ， 电机输 出 电压 高 、 功 率 大 。在 钻 进 过程 中 ， 如 井 下工 况恶劣 ， 钻杆 转速 可能会 大 范 围波 动 。为此 ， 用 钻杆 发 电机为 电控 单元 稳 定 供 电 ， 垂 钻 系 统 的 电 源 模 块 必须能适 应宽 范 围的 电压 输人 。 1 原有设计方案介绍 如 图 1 所示 ， 三 相发 电机输 出接 全桥 整流模 块 ， 整 流后 的直 流 电进 入 D C—D C开关 电 源模 块 ， 输 出 电控 单 元所需 的 +l 8 V、 一1 8 V和 4 - 9 V电源 。 - _ 2 B 相 、 DC— DC 模 块 } ● - - ． ． - ． ． ． - - ． ． ． - ． ． ． ． ． ． ． 一 中线 2 图 1 第一轮 参加 下井试验 的电源模块原理 图 2 0 0 9年 9月 ～1 1 月进 行 了首 轮两 次下井 试 验 ， 此 时 ， 钻杆额 定......