一种用于旋转导向钻机的交直流载波能量耦合装置的制作方法

1.本实用新型涉及石油开采技术领域，尤其涉及一种用于旋转导向钻机的交直流载波能量耦合装置。


背景技术：

2.为了节约开发成本和提高石油产量，对那些受地理位置限制或处于开发后期的油田，通常通过开发深井、超深井、大位移和长距离水平井来实现，进而产生了许多机构复杂的井。目前通行的滑动钻井技术已经不能满足现代钻井需要，自20世纪80年代后期，国际上开始加强对旋转导向钻井技术的研究，到90年代，旋转导向钻井技术已呈现商业化。
3.旋转导向钻机自20世纪90年代问世以来，已在高难度条件下的钻井作业特别是在海上大位移钻井中获得广泛应用，成为一种必不可少的导向钻井工具，它代表了当今世界钻井技术的最高水平，该技术使世界钻进技术发生了一次质的飞跃。
4.旋转导向技术可以控制钻井的方向，可以按照钻井的要求进行钻井轨迹调整，并且能够解决复杂地层的钻井问题，在特殊地区的钻井中能够提高钻井效率。钻井实现旋转导向主要是通过在供电及信号变换中采用非接触电磁转换技术，通过旋转状态下的磁机构将电能和信号在高温工作条件下进行传递。井下高温钻井作业中，前端的电机执行机构处于高速旋转状态下，同时由于井下的特殊高温环境，电机的供电以及信号传递，不能简单的采用滑环或导线类实现。综上所述，对于复杂的钻井环境，需要更可靠的装置，来实现能量供给和信号双向传播。
5.其中，中国专利cn202010032409.7公开了一种基于共享线圈传输的非接触式电能与信号同步传输系统，该发明包括分离式旋转变压器和mcu程序模块；分离式旋转变压器包括初级补偿回路、次级补偿回路和旋转变压器耦合线圈t1；初级补偿回路包括初级半双工通信单元、初级控制单元、电能发射电路和信号耦合线圈t2；次级补偿回路包括次级半双工通信单元、次级控制单元、电能接收电路和信号耦合线圈t3。但该系统中电能传输对信号传输干扰大，信号与电能同步传输时，少部分电能经耦合线圈t3耦合至信号接收回路中，使得信号解调误码率增大，信号传输信噪比较低，且相较于本发明，系统多出了两个变压器。中国专利cn202110178125.3公开了一种基于直流纹波调制的无线电能和数据同步传输系统，该发明系统通过将数字频带信号调制于直流母线，利用逆变/整流电路的混频效应，将调制的数字信号频谱迁移至功率传输频率附近，并传输至异侧电路，接收侧电路对该信号解调得到基带信号。但该发明通信速率受限与电能周期，传输效率与功率会降低，且信号只能正向传输。


技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种用于旋转导向钻机的交直流载波能量耦合装置。
7.本实用新型是通过以下技术方案予以实现：
8.一种用于旋转导向钻机的交直流载波能量耦合装置，其特征在于，包括初级电源单元、初级通讯单元、驱动变压器、次级电源单元以及次级通讯单元，所述初级电源单元与初级通讯单元通讯连接，所述初级电源单元通过驱动变压器与次级电源单元通讯连接，所述初级通讯单元通过驱动变压器与次级通讯单元通讯连接。
9.根据上述技术方案，优选地，所述初级电源单元包括全桥式逆变器，所述全桥式逆变器输出交流电压信号。
10.根据上述技术方案，优选地，所述初级电源单元通过驱动变压器向次级电源单元传送交流电压信号。
11.根据上述技术方案，优选地，所述初级电源单元向初级通讯单元传送同步信号。
12.根据上述技术方案，优选地，所述初级通讯单元通过驱动变压器与次级通讯单元建立双向传输信号。
13.根据上述技术方案，优选地，所述双向传输信号包括初级通讯单元通过驱动变压器向次级通讯单元发送的初级传输信号以及次级通讯单元通过驱动变压器向初级通讯单元发送的次级传输信号。
14.本实用新型的有益效果是：
15.本实用新型利用驱动变压器同时传输电能和通讯信号,即利用同一磁芯传递电能和信号，同时驱动变压器也可以实现反馈信号的回传，实现电能的单向传递和通讯信号的双向传递。相较于传统通信方式，省去了专用信号线进行数据的传输，从而减少了维护的复杂性，提高了系统的可靠性，不仅保证了信号模块的信号稳定传输，还保证了电源电压输出的稳定性，确保电能和信号在高温工作条件下进行传递，提高了钻机的寿命和导向的效率。
附图说明
16.图1是本实用新型的模块连接原理图。
17.图2是本实用新型的电路连接示意图。
18.图中：1、全桥式逆变器；2、初级通讯单元；3、驱动变压器。
具体实施方式
19.为了使本技术领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本实用新型作进一步的详细说明。基于实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于实用新型保护的范围。
20.如图所示，本实用新型包括初级电源单元、初级通讯单元2、驱动变压器3、次级电源单元以及次级通讯单元，所述初级电源单元与初级通讯单元2通讯连接，所述初级电源单元通过驱动变压器3与次级电源单元通讯连接，所述初级通讯单元2通过驱动变压器3与次级通讯单元通讯连接。驱动变压器3是一种磁机构形式，实现电磁转换的功能，利用同一磁芯传递电能和信号，实现电能的单向传递和通讯信号的双向传递，相较于传统通信方式，省去了专用信号线进行数据的传输，从而减少了维护的复杂性，提高了系统的可靠性，不仅保证了信号模块的信号稳定传输，还保证了电源电压输出的稳定性，确保电能和信号在高温工作条件下进行传递，提高了钻机的寿命和导向的效率。
21.根据上述实施例，优选地，所述初级电源单元包括全桥式逆变器1，所述全桥式逆变器1输出交流电压信号，本例中在逆变器桥上加入pwm驱动信号，控制p1、p2、n1、n2，将直流电压转换为交流电压。
22.根据上述实施例，优选地，所述初级电源单元通过驱动变压器3向次级电源单元传送交流电压信号，次级电源单元接受驱动变压器3传递的电压信号，并将其转换为所需的电压信号输出，次级电源单元还通过辅助供电电路对电能进行转换，给次级通讯单元内部的电路进行供电。
23.根据上述实施例，优选地，所述初级电源单元向初级通讯单元2传送同步信号，所述初级通讯单元2通过驱动变压器3与次级通讯单元建立双向传输信号。其中初级通讯单元2采用电力线载波技术将信号加载至全桥式逆变器1输出的交流电，再通过驱动变压器3的耦合线圈耦合至接收线圈的两端，再通过对接收线圈两端电压幅值的变化，对接收线圈两端的电压进行检波、滤波、比较、整形，实现信号的传输并为负载供电。
24.根据上述实施例，优选地，所述双向传输信号包括初级通讯单元2通过驱动变压器3向次级通讯单元发送的初级传输信号以及次级通讯单元通过驱动变压器3向初级通讯单元2发送的次级传输信号。其中，初级通讯单元2以初级电源单元提供的同步信号作为时间基准，将按照既定协议转换初级通讯单元2的初级传输信号发送给驱动变压器3，次级通讯单元接收初级传输信号，按照既定协议将初级传输信号转换为通讯控制信号；次级通讯单元还可以将通讯反馈信号按照既定协议转换为次级传输信号，初级通讯单元2接受驱动变压器3回传的次级通讯单元的次级传输信号，并按照既定协议将次级通讯单元的次级传输信号转换为通讯反馈信号。
25.本实用新型利用驱动变压器3同时传输电能和通讯信号,即利用同一磁芯传递电能和信号，同时驱动变压器3也可以实现反馈信号的回传，实现电能的单向传递和通讯信号的双向传递。相较于传统通信方式，省去了专用信号线进行数据的传输，从而减少了维护的复杂性，提高了系统的可靠性，不仅保证了信号模块的信号稳定传输，还保证了电源电压输出的稳定性，确保电能和信号在高温工作条件下进行传递，提高了钻机的寿命和导向的效率。
26.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和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。