专利名称：一种钻进式井壁取心器用电机驱动电源的制作方法
技术领域：
本发明是关于地质勘探技术领域，尤其是关于石油地质勘探和金属矿藏勘测的测井技术领域，具体来说是关于可直接使用测井仪器车上的发电机进行供电的一种钻进式井壁取心器用电机驱动电源。
背景技术：
在石油地质勘探和金属矿藏勘测的测井技术领域，利用岩心分析确定储层的岩性、物理参数是一项重要的工作。目前，用于分析的岩心可以通过钻井取心、爆炸撞击式井壁取心、钻进式井壁取心三种方式获得。钻井取心施工实效低、成本高且影响钻进速度；爆炸撞击式井壁取心所取岩心受到取心筒撞击损害，不利于物理分析化验，得不到孔隙度和渗透率等储层参数；钻进式井壁取心采用液压传动技术，使空心钻头垂直钻进式井壁获取岩心，对岩心原始物性损害小，可借助仪器进行岩性、电性、物性和含油性分析化验，求取孔隙度、渗透率等储层参数。钻进式井壁取心器的工作原理是，地面大功率电源通过7000米铠装电缆驱动井下的2500W-3000W大功率电机来带动一台液压泵产生液压动力，再由高压液压油驱动取心马达进行取心，因此，钻进式井壁取心器的关键部件之一是用来带动液压泵工作的大功率交流电机。电机要求地面驱动电源提供电压为850V、频率为50Hz、两相的相位差为90°的交流电源。可靠的电机驱动电源是保证电机正常工作的基础。目前为钻进式井壁取心器提供驱动的电源存在以下缺点一电机所需相位差90°的两路交流电源是通过三相电源获得，由于测井仪器车载的发电机均为单相发电机，因此现有电机无法采用测井仪器车载发电机，必须依赖钻井现场的其他发电机来提供电力，这样在供电规格不同的地区无法获得所需电源，从而影响取心作业，并且现场发电机的频率、电压的不稳定都会影响取心作业的成功率。二 井下大功率电机与地面供电电源之间有长达7000米的铠装电缆，通常单根缆芯内阻高达200多欧姆，电机启动时大电流将电机端电压拉得很低影响电机的启动转矩， 并且在取心作业中负载增加会造成电机扭矩下降，严重时甚至会造成取心失败，另外在取心仪器温度低时，会造成较稠液压油无法启动现象。三在高温状态下，液压油变稀，需要提高液压泵泵量，以补偿因液压油泄露而引起的功率不足情况。现有电机供电电源的频率依赖井场发电机的频率，为工频50Hz，无法根据液压泵流量相应调节电机工作频率来提高转速，降低了在恶劣井下环境中取心的成功 率。四现有的井壁取心系统是通过低频变压器升压，调压器调节等手段来实现高电压可调供电。对于IOKW的线性可调电源来说，体积和重量都十分庞大，搬运不便，且线性电源的转换效率低于50%，能源浪费严重。为了解决现有技术中使用线性电源作为钻进式井壁取心用的电机电源时所产生的问题，一种好的方式就是采用变频电源，由于变频电源体积小，且频率可变，因此性能更好。目前，在其他的工业领域中，比如工业制造等，已经存在变频电源。但是目前其他领域中使用的变频电源却无法适用于石油地质勘探和金属矿藏勘测领域中的钻进式井壁取心过程。这是因为，目前已有的变频电源与上述线性电源一样，仍然采用的是三相交流电输入， 这样，则仍然会产生与上述线性电源相同的问题。并且，已有的变频电源由于不是应用于石油地质勘探和金属矿藏勘测的钻进式井壁取心领域，因此，其还存在输入输出不隔离以及最终输出高频三相信号的特点，而这些特点无法满足钻进式井壁取心过程中特有的输入输出隔离要求，以及输出两相的相位差为90°的低频信号的要求。
发明内容
为克服 现有技术中井场发电机的频率、电压变化影响取心作业成功率的问题，本发明提供一种钻进式井壁取心器用电机驱动电源，可直接使用测井仪器车上的车载发电机进行供电。本发明提供一种钻进式井壁取心器电机的驱动电源，所述的钻进式井壁取心器电机的驱动电源包括功率因数校正单元、电压调节单元、调制升压单元、滤波解调单元、逆变换向单元、两相信号生成单元和控制单元，其中功率因数校正单元，用于接收外部输入的单相交流电源信号，对所述的单相交流电源信号进行功率因数矫正，得到第一直流信号，将所述的第一直流信号输入到电压调节单元；电压调节单元，用于接收控制单元输出的频率设定控制信号，根据所述的频率设定控制信号对所述的第一直流信号进行调压，得到负载所需的第二直流信号，将第二直流信号输出至调制升压单元；调制升压单元，用于接收控制单元输出的正弦脉冲宽度调制信号，根据所述的驱动脉冲信号将所述的第二电源信号转换为第一高压低频波形信号；滤波解调单元，用于对所述的第一高压低频波形信号进行滤波， 得到第二高压低频波形信号；逆变换向单元，用于接收控制单元输出的换向驱动脉冲信号， 根据所述的驱动脉冲信号对所述的第二高压低频波形信号进行逆变换向处理，得到低频正弦信号；两相信号生成单元，用于对所述的低频正弦信号进行相位输出控制处理，得到两相低频正弦信号；控制单元，用于根据负载电流生成频率设定控制信号、正弦脉冲宽度调制信号和换向驱动脉冲信号。本发明提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源，解决了井场发电机的频率、电压变化对取心作业成功率的影响问题，解决了在供电规格不同的地区进行取心作业的问题。本发明提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源采用单相输入，因此可以使用测井仪器车自带的单相交流发电机为电机驱动电源供电，直接输出电机驱动电源可用的低频信号，解决了井场发电机的频率、电压变化对取心作业成功率的影响问题，同时解决了在供电规格不同的地区无法获得所需电源，从而无法进行取心作业的问题。本发明提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源可以装在6U的19寸标准机箱中，体积小，重量轻，搬运方便。本发明提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源可根据电缆长短以及井下仪器工作情况调节电机的工作电压和频率，不受发电机电压、频率的影响。在液压油较稠启动困难时，可以通过控制单元改变调制升压单元接收的正弦脉冲宽度调制信号，从而实现降频， 提高取心电机扭矩，可进行高扭矩变频启动，以便于达到对取心电机通过长电缆冷油启动的目的；同时可以通过控制单元改变调制升压单元接收的正弦脉冲宽度调制信号，提高电源的输出频率，提高取心电机转速，增加液压泵流量，解决了在高温状态下，液压油变稀引起的液压油泄露电机功率不足的问题。本发明提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源采用了高频变压器，输入输出隔离，并且输出的是两相的相位差为90°的低频信号，克服了现有技术中变频电源输入输出不隔离以及最终输出高频三相信号的缺点，满足了钻进式井壁取心过程中特有的输入输出隔离要求，以及输出两相的相位差为90°的低频信号的要求。本发明提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源，在电机从启动到运转再到取芯的各个工作状态中，输出电压和频率是根据电机的负载的电流实时调节的。在实际作业中， 由于各种原因，电机的负载变化和差异是非常大的，电机的负荷变化从最轻载到最重载变化可达5-6倍。由于本发明能够根据负载电流调节输出电压和频率，因此能够适应取芯仪器电机的复杂工况，避免现有技术中电机需要的功率很大，而电源无法供应，使电源负荷过大而烧毁电源；以及避免电机需要的功率不是很大，而电源输出过大，从而使电缆的损耗或电机绕组的铜损加大，使电缆或电机损坏等缺点。克服了现有技术中变频电源中输出电压和频率是固定不变，不能根据电机的电流实时调节的问题。本发明提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源，本电源可直接使用测井仪器车上的发电机进行供电，电源输出为正弦波，可以克服现有变频电源或变频器长缆驱动产生的高频衰减问题，也就克服了通用变频电源或变频器需要配用电抗器的缺点。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中图1是本发明实施例提供的一种钻进式井壁取心器用电机驱动电源框图。图2是本发明实施例提供的调制升压单元103的框图。图3所示为本发明实施例提供的钻进式井壁取心器用大功率电机驱动电源结构图。图4是本发明实施例提供的PFC并联拓扑图。图5是本发明实施例提供的BUCK调压模块示意图。图6是本发明实施例提供的正弦调制升压模块原理示意图。图7是本发明实施例提供的驱动脉冲波形图。图8是本发明实施例提供的变压器初级高频波形示意图。图9是本发明实施例提供的低频高压信号波形示意图。图10是本发明实施例提供的逆变换向模块原理示意图。图11是本发明实施例提供的换向驱动信号与正弦调制信号关系图。图12是本发明实施例提供的低频正弦信号。图13是本发明实施例提供的系统最终输出波形图。图14所示为本发明实施例提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源 示意图。
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明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。本发明实施例提供一种可直接使用测井仪器车上的发电机进行供电的钻进式井壁取心器用电机驱动电源，以下结合附图对本发明进行详细说明。实施例一 图1是本发明实施例提供的一种钻进式井壁取心器用电机驱动电源框图，如图1 所示，钻进式井壁取心器用电机驱动电源100包括功率因数校正单元101、电压调节单元 102、调制升压单元103、滤波解调单元104、逆变换向单元105、两相信号生成单元106和控制单元107，其中功率因数校正单元101，用于接收外部输入的单相交流电源信号，对所述的单相交流电源信号进行功率因数矫正，得到第一直流信号，将所述的第一直流信号输入到电压调节单元。在本发明实施例中，功率因数校正单元101可以是一 PFC(Power Factor Correction-功率因数校正)矫正模块，具体来说，可以采用DPF1000型功率因数校正模块作为输入，由于DPF1000功率因数校正模块只有1500W，故为了解决功率因数低带来的问题，可以采用多个DPF1000功率因数校正模块，比如可以将4或6个DPF1000功率因数校正子模块并联在一起。功率因数校正单元101将外部输入的单相交流电源信号转换为两相直流信号，并进行功率因数矫正，最后将校正过的两相直流信号输入到电压调节单元102。电压调节单元102，用于接收控制单元输出的频率设定控制信号，根据所述的频率设定控制信号对所述的第一直流信号进行调压，得到负载所需的第二直流信号，将第二直流信号输出至调制升压单元。在本发明实施例中，电压调节单元102可以是一 BUCK(降压DC-DC基本拓扑)调压模块，对从电压调节单元102接收到的两相直流信号进行调压，通过控制电感对电容的充电时间来实现具体的调压控制过程，以及缓慢加电，直到加到1500V，并根据接收到的控制单元107发送的频率设定控制信号控制输入和输出。调制升压单元103，用于接收控制单元输出的正弦脉冲宽度调制信号，根据所述的驱动脉冲信号将所述的第二电源信号转换为第一高压低频波形信号。在本发明实施例中，调制升压单元103接收控制单元107输出的正弦脉冲宽度调制信号，将电压调节单元102输出的直流电源信号转变成高频的正弦信号，然后通过高频变压器升压比如5-6倍。在本发明实施例中，图2是本发明实施例提供的调制升压单元103的框图，如图2 所示，调制升压单元103可以包括正弦信号转换模块201，升压模块202和滤波模块203， 其中正弦信号转换模块201，用于根据控制单元输出的正弦脉冲宽度调制信号将电压调节单元102输出的第二直流电源信号转换为高频正弦信号；升压模块202，对正弦信号转换模块201生成的高频正弦信号进行升压处理，得到
高频信号；滤波模块203，对升压模块202生成的高频信号进行滤波，得到第一高压低频波形信 号。滤波解调单元104，用于对所述的第一高压低频波形信号进行滤波，得到第二高压低频波形信号。在本发明实施例中，滤波解调单元104将调制升压单元103输出的高频信号经过内部滤波变成低频信号，输出低频高压波形。逆变换向单元105，用于接收控制单元输出的换向驱动脉冲信号，根据所述的驱动脉冲信号对所述的第二高压低频波形信号进行逆变换向处理，得到低频正弦信号。在本发明实施例中，逆变换向单元105接收滤波解调单元104输出的低频高压波形，并接收控制单元输出的换向驱动脉冲信号，根据换向驱动脉冲信号将低频高压波形换向后得到低频正弦信号。两相信号生成单元106，用于对所述的低频正弦信号进行相位输出控制处理，得到两相低频正弦信号。在本发明实施例中，钻进式井壁取心器用电机驱动电源100可以包含两组上述功率因数校正单元101、电压调节单元102、调制升压单元103、滤波解调单元104和逆变换向单元105，每组单元分别产生一路低频正弦信号，两路低频正弦信号的相位差为90度。控制单元107，用于根据负载电流生成频率设定控制信号、正弦脉冲宽度调制信号和换向驱动脉冲信号。在本发明实施例中，控制单元107根据负载电流生成频率设定控制信号，控制电压调节单元102对第一直流信号进行调压，得到负载所需的第二直流信号；控制单元107还生成正弦脉冲宽度调制信号，控制调制升压单元103将第二电源信号转换为第一高压低频波形信号；控制单元107还生成换向驱动脉冲信号，控制逆变换向单元105对第二高压低频波形信号进行逆变换向处理，得到低频正弦信号。在本发明实施例中，控制单元107通过控制每一路调制升压单元103的正弦调制波形的相位来控制每路低频正弦信号的相位，以保证两路低频正弦信号的相位差为90度。本发明提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源采用单相输入，因此可以使用测井仪器车自带的单相交流发电机为电机驱动电源供电，直接输出电机驱动电源可用的低频信号，解决了井场发电机的频率、电压变化对取心作业成功率的影响问题，同时解决了在供电规格不同的地区无法获得所需电源，从而无法进行取心作业的问题。本发明提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源可以装在6U的19寸标准机箱中，体积小，重量轻，搬运方便。本发明提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源可根据电缆长短以及井下仪器工作情况调节电机的工作电压和频率，不受发电机电压、频率的影响。在液压油较稠启动困难时，可以通过控制单元改变调制升压单元接收的正弦脉冲宽度调制信号，从而实现降频， 提高取心电机扭矩，可进行高扭矩变频启动，以便于达到对取心电机通过长电缆冷油启动的目的；同时可以通过控制单元改变调制升压单元接收的正弦脉冲宽度调制信号，提高电源的输出频率，提高取心电机转速，增加液压泵流量，解决了在高温状态下，液压油变稀引起的液压油泄露电机功率不足的问题。本发明提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源采用了高频变压器，输入输出隔离，并且输出的是单相低频信号，克服了现有技术中变频电源输入输出不隔离以及最终输出高频三相信号的缺点，满足了钻进式井壁取心过程中特有的输入输出隔离要求，以及输出两相的相位差为90°的低频信号的要求。本发明提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源，电源输出为正弦波，所以可以克服现有变频电源或变频器长缆驱动产生的高频衰减问题，也就克服了通用变频电源或变频器需要配用电抗器的缺点。实施例二本发明实施例提出的钻进式井壁取心器用大功率电机驱动电源，输入可以为 220V/50HZ的交流电压，输出为两组相位相差90°的交流电源，其整体指标如下输入电压单相AC180V AC240V 50Hz ；A相额定功率3000W ；A相输出电压AC OV 1200V ；A相额定电流3A;B相额定功率3000W ；B相输出电压AC OV 1200V ；B相额定电流3A;输出频率0·IHZ 60HZ ；AB 相角90°。在电气特性上AB两相相同，以下以任意一相为例分析各模块的功能。图3所示为本发明实施例提供的钻进式井壁取心器用大功率电机驱动电源结构图，如图3所示，钻进式井壁取心器用大功率电机驱动电源包括Α、Β相功率因数校正(PFC) 模块301和311，A、B相BUCK调压模块302和312，A、B相高频正弦调制升压模块303和 313，A、B相滤波解调模块304和314，A、B相逆变输出模块305和315，控制模块306，其中，A、B相功率因数校正(PFC)模块301和311，分别用于从外部接收单相电输入，进行功率因数校正，分别得到电压与电流同步的直流信号，分别将该直流信号输入到A、B相 BUCK调压模块302和312。在本发明实施例中，功率因数是实际功率与视在功率的比值，或输入电压与输入电流的角度余弦值。对于纯阻性负载，由于电压与电流同步，角度为0，故余弦值为1，即功率因数为1，所有的视在功率均转换为实际功率。在实际应用中，尤其是电机类负载均为感性负载，在大功率的应用场合和输入电源的功率受限的情况下，功率因数低带来的问题尤为突出。该电源的设计输入采用了 DPF1000型功率因数校正模块，参数如下输入电压单相AC170V AC250V ；额定功率I5OOW;输出电压DC36OV;功率因数95%;由于DPF1000功率因数校正模块只有1500W，故为了解决功率因数低带来的问题， PFC矫正模块具体是由多个，图4是本发明实施例提供的PFC并联拓扑图，如图4所示，可以由4或6个PFC矫正子模块并联在一起来实现的，从而解决了功率不足的问题。交流输入 PFC校正模块后输出360V的直流电压输入到A、B相BUCK调压模块302和312。A、B相BUCK调压模块302和312，分别接收控制模块306发来的设定频率的控制信号，分别通过控制信号的占空比来控制BUCK调压模块内部开关管的导通时间，从而调节电压，分别输出负载所需的直流信号到A、B相高频正弦调制升压模块303和313。在本发明实施例中，图5是本发明实施例提供的BUCK调压模块示意图，如图5所示，A、B相BUCK调压模块302和312完成了系统调节电压的功能，A、B相功率因数校 正 (PFC)模块301和311输出的DC360V的直流电压输入到A、B相BUCK调压模块302和312。 控制模块306通过控制驱动信号来控制输出电压。控制模块306发出一个一定频率的控制信号，通过控制驱动信号的占空比来控制Ml开关管的导通时间，从而控制输入电压通过Ll 对Cl的充电时间，达到调节电压的目的。输出电压范围为直流0 360V。A、B相高频正弦调制升压模块303和313，分别与控制模块306相连，分别接收控制模块306发出的驱动脉冲，根据该驱动脉冲将接收到的直流信号转变成高频的正弦信号，然后通过升压处理，得到高频信号，并经过内部滤波变成低频信号，输出高压低频波形信号分别至A、B相滤波解调电路304和314。在本发明实施例中，图6是本发明实施例提供的正弦调制升压模块原理示意图， 如图6所示，4个IGBT开关管M1-M4按照全桥方式连接，然后依次连接升压的高频变压器以及整流滤波电路；A、B相BUCK调压模块302和312输出的直流输入到该模块，控制模块306 发出两组脉冲宽度按照低频正弦规律变化的驱动脉冲，波形如图7所示，控制M1、M4和M2、 M3交替导通。这样在图6中的A点处得到如图8所示的高频波形。变压器Tl是升压的高频变压器，升压比为1 :5，则在图6中的B点得到高压高频波形。经过Bl整流，L1、C1滤波后，得到与驱动脉冲相同频率的高压低频波形，如图9所示。A、B相滤波解调模块304和314，分别用于对接收到的高压低频波形信号进行滤波解调后分别输出至A、B相逆变换向模块305和315。A、B相逆变换向模块305和315，接收控制模块306发出到驱动脉冲，根据该驱动脉冲，对接收到的高压低频波形信号进行逆变换向处理，得到低频正弦信号；分别将采集到的负载的电流值输出至所述控制模块306。在本发明实施例中，图10是本发明实施例提供的逆变换向模块原理示意图，图11 是本发明实施例提供的换向驱动信号与正弦调制信号关系图。A、B相高频正弦调制升压模块303和313用于将A、B相BUCK调压模块302和312输出的直流电源信号转变成高频的正弦信号，然后通过高频变压器升压，如5-6倍，输出高频信号，并经过内部滤波变成低频信号，输出的低频高压波形输入到逆变换向模块，如图11中所示的低频信号，控制模块306 发出两组与正弦调制控制信号同步的换向驱动脉冲，如图11中所示的换向逻辑脉冲，其中换向逻辑脉冲A驱动高压换向模块中的Ml、M4高压开关管，换向逻辑脉冲B驱动高压换向模块中的M2、M3高压开关管。经逆变换向模块的换向后得到低频正弦信号，如下图12所
7J\ ο控制模块306，通过控制A、B两相的高频正弦调制升压模块303和313的正弦调制波形的相位来控制系统输出两相低频正弦信号的相位。本实施例中A、B两相相位相差 90°。系统最终输出波形如图13所示。在本发明实施例中，A、B相逆变换向模块305和315还用于采集负载的电流值，并输出至控制模块306。控制模块306，还用于对A、B相逆变换向模块305和315得到的低频正弦信号进行相位输出控制处理，并最终输出两相低频正弦信号；在输出该两相低频正弦信号后，根据接收到的电流值判断负载的电流在预定时间内的变化值是否超过预定值，如果是，则控制所述A、B相BUCK调压模块302和312进行升压处理，或者控制所述A、B相高频正弦调制升压模块303和313进行降频处理；否则，确定平衡点电压值，并输出具有该平衡点电压值的两相低频正弦信号，其中，平衡点电压值对应增高或降低电压值时，负载的电流均升高。本发明提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源采用单相输入，因此可以使用测井仪器车自带的单相交流发电机为电机驱动电源供电，直接输出电机驱动电源可用的低频信号，解决了井场发电机的频率、电压变化对取心作业成功率的影响问题，同时解决了在供电规格不同的地区无法获得所需电源，从而无法进行取心作业的问题。 本发明提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源可以装在6U的19寸标准机箱中，体积小，重量轻，搬运方便。本发明提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源可根据电缆长短以及井下仪器工作情况调节电机的工作电压和频率，不受发电机电压、频率的影响。在液压油较稠启动困难时，可以通过控制单元改变调制升压单元接收的正弦脉冲宽度调制信号，从而实现降频， 提高取心电机扭矩，可进行高扭矩变频启动，以便于达到对取心电机通过长电缆冷油启动的目的；同时可以通过控制单元改变调制升压单元接收的正弦脉冲宽度调制信号，提高电源的输出频率，提高取心电机转速，增加液压泵流量，解决了在高温状态下，液压油变稀引起的液压油泄露电机功率不足的问题。本发明提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源采用了高频变压器，输入输出隔离，并且输出的是单相低频信号，克服了现有技术中变频电源输入输出不隔离以及最终输出高频三相信号的缺点，满足了钻进式井壁取心过程中特有的输入输出隔离要求，以及输出单相低频信号的要求。本发明提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源，在电机从启动到运转再到取芯的各个工作状态中，输出电压和频率是根据电机的负载的电流实时调节的。在实际作业中， 由于各种原因，电机的负载变化和差异是非常大的，电机的负荷变化从最轻载到最重载变化可达5-6倍。由于本发明能够根据负载电流调节输出电压和频率，因此能够适应取芯仪器电机的复杂工况，避免现有技术中电机需要的功率很大，而电源无法供应，使电源负荷过大而烧毁电源；以及避免电机需要的功率不是很大，而电源输出过大，从而使电缆的损耗或电机绕组的铜损加大，使电缆或电机损坏等缺点。克服了现有技术中变频电源中输出电压和频率是固定不变，不能根据电机的电流实时调节的问题。本发明提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源，电源输出为正弦波，所以可以克服现有变频电源或变频器长缆驱动产生的高频衰减问题，也就克服了通用变频电源或变频器需要配用电抗器的缺点。实施例三图14所示为本发明实施例提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源使用位置示意图，如图14所示，测井系统1400包括车体1401，驱动电源1402和测井仪器1403，其中， 驱动电源1402可以是实施例一和实施例二中的钻进式井壁取心器电机的驱动电源，在此不再赘述。本发明提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源采用单相输入，因此可以使用测井仪器车自带的单相交流发电机为电机驱动电源供电，直接输出电机驱动电源可用的低频信号，解决了井场发电机的频率、电压变化对取心作业成功率的影响问题，同时解决了在供电规格不同的地区无法获得所需电源，从而无法进行取心作业的问题。本发明提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源可以装在6U的19寸标准机箱中，体积小，重量轻，搬运方便。
本发明提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源可根据电缆长短以及井下仪器工作情况调节电机的工作电压和频率，不受发电机电压、频率的影响。在液压油较稠启动困难时，可以通过控制单元改变调制升压单元接收的正弦脉冲宽度调制信号，从而实现降频， 提高取心电机扭矩，可进行高扭矩变频启动，以便于达到对取心电机通过长电缆冷油启动的目的；同时可以通过控制单元改变调制升压单元接收的正弦脉冲宽度调制信号，提高电源的输出频率，提高取心电机转速，增加液压泵流量，解决了在高温状态下，液压油变稀引起的液压油泄露电机功率不足的问题。本发明提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源采用了高频变压器，输入输出隔离，并且输出的是单相低频信号，克服了现有技术中变频电源输入输出不隔离以及最终输出高频三相信号的缺点，满足了钻进式井壁取心过程中特有的输入输出隔离要求，以及输出单相低频信号的要求。本发明提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源，在电机从启动到运转再到取芯的各个工作状态中，输出电压和频率是根据电机的负载的电流实时调节的。在实际作业中， 由于各种原因，电机的负载变化和差异是非常大的，电机的负荷变化从最轻载到最重载变化可达5-6倍。由于本发明能够根据负载电流调节输出电压和频率，因此能够适应取芯仪器电机的复杂工况，避免现有技术中电机需要的功率很大，而电源无法供应，使电源负荷过大而烧毁电源；以及避免电机需要的功率不是很大，而电源输出过大，从而使电缆的损耗或电机绕组的铜损加大，使电缆或电机损坏等缺点。克服了现有技术中变频电源中输出电压和频率是固定不变，不能根据电机的电流实时调节的问题。本发明提供的钻进式井壁取心器用电机驱动电源，电源输出为正弦波，所以可以克服现有变频电源或变频器长缆驱动产生的高频衰减问题，也就克服了通用变频电源或变频器需要配用电抗器的缺点。以上所述的具体实施方式
，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式
而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种钻进式井壁取心器电机的驱动电源，其特征在于，所述的钻进式井壁取心器电机的驱动电源包括功率因数校正单元、电压调节单元、调制升压单元、滤波解调单元、逆变换向单元、两相信号生成单元和控制单元，其中功率因数校正单元，用于接收外部输入的单相交流电源信号，对所述的单相交流电源信号进行功率因数矫正，得到第一直流信号，将所述的第一直流信号输入到电压调节单元；电压调节单元，用于接收控制单元输出的频率设定控制信号，根据所述的频率设定控制信号对所述的第一直流信号进行调压，得到负载所需的第二直流信号，将第二直流信号输出至调制升压单元；调制升压单元，用于接收控制单元输出的正弦脉冲宽度调制信号，根据所述的驱动脉冲信号将所述的第二电源信号转换为第一高压低频波形信号；滤波解调单元，用于对所述的第一高压低频波形信号进行滤波，得到第二高压低频波形信号；逆变换向单元，用于接收控制单元输出的换向驱动脉冲信号，根据所述的驱动脉冲信号对所述的第二高压低频波形信号进行逆变换向处理，得到低频正弦信号；两相信号生成单元，用于对所述的低频正弦信号进行相位输出控制处理，得到两相低频正弦信号；控制单元，用于根据负载电流生成频率设定控制信号、正弦脉冲宽度调制信号和换向驱动脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的钻进式井壁取心器电机的驱动电源，其特征在于，所述的调制升压单元包括正弦信号转换模块，用于根据所述的正弦脉冲宽度调制信号将所述的第二直流电源信号转换为高频正弦信号；升压模块，对所述的高频正弦信号进行升压处理，得到高频信号； 滤波模块，对所述的高频信号进行滤波，得到第一高压低频波形信号。
3.根据权利要求2所述的钻进式井壁取心器电机的驱动电源，其特征在于，所述的正弦信号转换模块包括按照全桥方式连接的4个IGBT开关管；所述的升压模块是一高频变压器； 所述的滤波模块是一整流滤波电路。
4.根据权利要求3所述的钻进式井壁取心器电机的驱动电源，其特征在于，所述的控制单元向所述调制升压单元发出正弦脉冲宽度调制信号，控制所述的调制升压单元中的 IGBT开关管交替导通，得到所述的高频正弦信号；所述的高频变压器对所述的高频正弦信号进行升压，得到所述的高频信号； 所述的整流滤波电路对所述的高频信号进行整流滤波后，得到与所述的正弦脉冲宽度调制信号相同低频频率的所述的第一高压低频波形信号。
5.根据权利要求1所述的钻进式井壁取心器电机的驱动电源，其特征在于，所述的钻进式井壁取心器电机的驱动电源包括两组功率因数校正单元、电压调节单元、调制升压单元、滤波解调单元和逆变换向单元，每组所述的功率因数校正单元、电压调节单元、调制升压单元、滤波解调单元、逆变换向单元分别生成一路低频正弦信号，两低频正弦信号的相位差为90度。
6.根据权利要求1所述的钻进式井壁取心器电机的驱动电源，其特征在于，控制单元通过调整正弦脉冲宽度调制信号来控制每路低频正弦信号的相位，使两路低频正弦信号的相位差为90度。
7.根据权利要求1所述的钻进式井壁取心器电机的驱动电源，其特征在于，所述的控制单元向所述逆变换向单元发出与正弦脉冲宽度调制信号同步的换向驱动脉冲信号，驱动所述逆变换向单元中的高压开关管，换向后得到所述低频正弦信号。
8.根据权利要求1所述的钻进式井壁取心器电机的驱动电源，其特征在于，所述的功率因数校正单元由4或6个功率因数校正电路并联组成。
9.根据权利要求1所述的钻进式井壁取心器电机的驱动电源，其特征在于，所述的逆变换向单元还用于采集负载的电流值，并输出至所述控制单元。
10.根据权利要求9所述的钻进式井壁取心器电机的驱动电源，其特征在于，所述的控制单元根据接收到的电流值判断负载的电流在预定时间内的变化值是否超过预定值，如果是，则控制所述电压调节单元进行升压处理，或者控制所述调制升压单元进行降频处理；否则，确定平衡点电压值，两相信号生成单元输出具有该平衡点电压值的两相低频正弦信号， 其中，平衡点电压值对应增高或降低电压值时，负载的电流均升高。
11.根据权利要求1所述的钻进式井壁取心器电机的驱动电源，其特征在于，所述的驱动电源设置于测井仪器车上。
全文摘要
本发明是关于一种钻进式井壁取心器用电机驱动电源，所述的驱动电源包括功率因数校正单元对单相交流电源信号进行功率因数矫正得到第一直流信号；电压调节单元接收频率设定控制信号对第一直流信号进行调压得到第二直流信号；调制升压单元接收正弦脉冲宽度调制信号将第二电源信号转换为第一高压低频波形信号；滤波解调单元对第一高压低频波形信号进行滤波得到第二高压低频波形信号；逆变换向单元接收换向驱动脉冲信号对第二高压低频波形信号进行逆变换向处理得到低频正弦信号；两相信号生成单元对低频正弦信号进行相位输出控制处理得到两相低频正弦信号；控制单元根据负载电流生成频率设定控制信号、正弦脉冲宽度调制信号和换向驱动脉冲信号。本电源可直接使用测井仪器车上的发电机进行供电。
文档编号H02M5/458GK102291009SQ201110219869
公开日2011年12月21日 申请日期2011年8月2日 优先权日2011年8月2日
发明者刘国权, 刘庆丰, 孙金花, 张珩, 李勇, 李文东, 杨亮, 王国平, 王易安, 罗学东, 范林, 贾向东, 邓林, 陈江同, 黄明艳 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油集团测井有限公司