一种用于垂直钻井系统的非接触电能传输系统

摘要

本发明公开了一种用于垂直钻井系统的非接触电能传输系统，包括：变压器、串联谐振逆变电路、整流输出电路和逆变控制电路，其中的变压器为分离式变压器，其包括彼此分离的初级磁芯和次级磁芯，钻井系统的动力主轴的外圆面上及纠斜活套的内圆面上分别成型有多个沿轴线方向设置的凹槽，初级磁芯设置于动力主轴的凹槽内，次级磁芯设置于所述纠斜活套的凹槽内，次级磁芯表面圆弧相对于动力主轴轴心所形成的圆心角θ满足一定关系，使初级磁芯与次级磁芯间的磁阻恒定，不受旋转运动影响；通过检测逆变电路的输出电压和输出电流信号计算出电压和电流之间的相位差，通过调节开关频率使其工作在谐振状态，不仅简化硬件电路，而且提高了相位检测的灵活性。

主权项

一种用于垂直钻井系统的非接触电能传输系统，包括：变压器，用于实现电能的传输；串联谐振逆变电路，与所述变压器的初级绕组连接；整流输出电路，分别与所述变压器的次级绕组及钻井系统的纠斜电控系统连接，用于对所述次级绕组所输出的电流进行整流并输送至所述纠斜电控系统；逆变控制电路，与所述串联谐振逆变电路连接，用于对所述串联谐振逆变电路的输出电压与电流进行同相位控制；其特征在于，所述变压器为分离式变压器，其包括彼此分离的初级磁芯和次级磁芯，所述钻井系统的动力主轴的外圆面上及所述纠斜活套的内圆面上分别成型有多个沿轴线方向设置的凹槽，所述初级磁芯设置于所述动力主轴的凹槽内，所述次级磁芯设置于所述纠斜活套的凹槽内，所述次级磁芯表面圆弧相对于所述动力主轴轴心所形成的圆心角θ满足以下表达式：$\theta =k\frac{2\pi }{p}$其中p为定子块数与转子块数的最小公倍数，k为正整数；所述逆变控制电路包括：信号检测电路、信号整形电路、功率管驱动器和数字信号控制器；所述信号检测电路分别与所述信号整形电路、LLC谐振变换器连接，用于检测所述LLC谐振变换器的输出电压和输出电流信号；所述信号整形电路与所述数字信号控制器连接，用于对所接收的电压信号和电流信号整形为方波信号；所述功率管驱动器分别与数字信号控制器、LLC谐振变换器连接，用于对所述LLC谐振变换器的功率管进行驱动；所述数字信号控制器包括输入捕捉模块、相位差测量模块和脉宽调制模块；所述输入捕捉模块接收所述信号检测电路所检测到电压和电流信号，并对电压与电流的波形进行捕捉；所述相位差测量模块用于对所捕捉到的电压波形和电流波形进行相位差计算；所述脉宽调制模块接收所述相位差测量模块的相位差测量信号，用于对所述LLC谐振变换器的开关频率进行调整。