[实用新型]井下涡轮发电机整流稳压供电装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种油井井下工具供电装置，特别是关于一种井下涡轮发电机整流稳压供电装置。

背景技术

井下涡轮发电机的工作原理是通过涡轮将钻井液的能量转化为电能。关于井下涡轮发电机的设计，国内已有数十项专利技术。从随钻测量和井下控制的工况以及随钻测量仪器和工具的功能、结构来分析，用发电机作为井下主电源应是一种较佳的选择。因为在随钻工况下，高速流动的钻井液为发电机提供了持续的动力，只要钻机工作、钻井液循环流动，发电机就能为随钻测量仪器和工具提供充足的电力。井下涡轮式交流发电机电源的优点是可长时间为系统提供电力，能够适应井下高温高压环境，工作寿命长，因而可以传输更多参数，代表了测量技术的发展趋势；其缺点是产生的电流不稳定，这也在一定程度上限制了其发展，因此需要对其进行整流稳压以提高系统的稳定性。

现有涡轮发电机整流稳压供电电源装置系统存在以下缺点：1、电压纹波较大，通常为模拟电源或者线性电源，转换效率低，发热量大，不能满足井下高温工作环境。2、现有模块缺少保护装置，在出现过载过压等情况下，损毁发电装置以及后端的负载装置，存在极大的安全隐患，安全性和可靠性差。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种能满足井下高温工作环境，安全性和可靠性较好的井下涡轮发电机整流稳压供电装置。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种井下涡轮发电机整流稳压供电装置，其特征在于：它包括涡轮发电机、整流滤波模块、输入级过流过压欠压保护模块、DC/DC开关变换器、电源管理控制器和二次滤波输出模块；所述涡轮发电机将钻井液的能量转化为大功率交流电能输入所述整流滤波模块内，将交流电压转换为直流大纹波电压后传输至所述输入级过流过压欠压保护模块内；所述输入级过流过压欠压保护模块输出的电压信号分别输入所述DC/DC开关变换器和电源管理控制器，所述电源管理控制器将接收到的电压信号转换为PWM信号，传输至所述DC/DC开关变换器内控制其通断；所述DC/DC开关变换器输出端连接所述二次滤波输出模块，电压信号经所述二次滤波输出模块滤波后生成低纹波稳定直流电压，输入至所述电源管理控制器内。

所述输入级过流过压欠压保护模块包括由两个串联电阻构成的第一分压电路、传感电阻、场效应管、由两个串联电阻构成的第二分压电路和控制器，所述控制器内设置有欠压判断模块、过流判断模块、过压判断模块和主控制器；所述输入级过流过压欠压保护模块输入端与所述第一分压电路并联，输入端还依次与所述传感电阻和场效应管串联；所述第一分压电路将检测到的输入端电压信号输入所述欠压判断模块内与预设的欠压保护阈值比较；所述传感电阻将检测到的电流信号输入所述过流判断模块内与预设的过流保护阈值比较，所述欠压判断模块和过流判断模块分别将其比较结果输入所述主控制器；所述场效应管源极连接所述输入级过流过压欠压保护模块输出端，在该输出端与所述场效应管源极之间并联所述第二分压电路；所述第二分压电路将检测到的输出端电压信号输入所述过压判断模块内，与预设的过压保护阈值比较，并将比较结果输入所述主控制器内；所述主控制器根据各比较结果控制所述场效应管断开/导通。

所述欠压判断模块内的欠压保护阈值V_undervoltag。为：V_undervoltage＝V_in×(R2/(R1+R2))，式中，V_in是所述输入级过流过压欠压保护模块的输入电压，R1、R2是所述第一分压电路中两个串联的电阻。

所述过流判断模块内的过流保护阈值I_overcurrent为：I_overcurrent＝V_senseset/Rsense，式中，V_senseset为所述传感电阻两端预设电压，Rsense为所述传感电阻的阻值。

所述过压判断模块内的过压保护阈值V_overvoltage为：V_overvoltage＝V_out×(R4/(R3+R4))，式中，V_out是所述输入级过流过压欠压保护模块的输出电压，R3、R4是所述第二分压电路中两个串联的电阻。