摘要：为解决旋转导向系统中无源二极管整流器导致交流端电流谐波大、直流总线电压缺乏可控性,以及功率因数偏低的问题,提出应用于旋转导向系统的有源前端整流器方案。通过对旋转导向系统中发电整流模块的电压稳定性、电磁兼容性及功率管理的分析研究,构建了有源前端整流器仿真模型,并对其在空载到满载及动态载荷变化下的性能进行仿真;实现了有源前端整流器的系统设计,并在实验室内搭建了系统测试平台。测试结果表明:发电机端电流谐波得到有效抑制,电流波形呈现高保真正弦特性,电流总谐波失真系数THD小于5%;直流总线电压精准控制在400 V;稳态下,直流总线电压展现零静态误差特性,系统功率因数大于0.9,确保高效率运行,各项参数符合设计指标。该有源前端整流器解决了旋转导向供电系统中由于非线性元件影响系统稳定性和效率的问题,提升了发电利用率,使旋转导向系统运行更加高效。

摘要：目前涡轮发电机已成为井下随钻测量技术(MWD)的标准配置。为保障其工作可靠性,以涡轮特性为研究对象,建立随钻涡轮仿真器以永磁同步电机为主的Simulink模型,对MWD涡轮发电机系统及其工作特性进行仿真设计和研究。搭建了以TMS320F28335为核心的永磁同步电机控制仿真系统,在不同流量下对Simulink模型和系统进行测试,电机转速的输出性能与涡轮特性一致,完成了基于直流电机和DSP的涡轮仿真器设计;比较了直流电机与涡轮模型输出特性,在试验中经过测量得出,当输入流量为5~11 L/s时,涡轮的输出特性有很好体现,由此验证了涡轮仿真器的正确性。所得结论可为涡轮机的后续研究提供参考,对现场操作具有指导意义。

摘要：为使在宽钻井液排量变化范围内随钻涡轮发电机输出电压得到补偿和稳定,通过建立随钻涡轮发电机及励磁控制Simulink模型,研究涡轮转速、负载变化及工具行为对发电机输出电压、输出功率和励磁控制的影响。仿真和试验结果表明:当励磁电流为0时,输出电压的范围满足旋转导向工具正常运行的需求,在额定转速范围内,发电机的输出功率达到4 kW;励磁控制系统模型和控制电路的调节性能基本一致,升降压励磁电流达到预期设计指标要求;当随钻涡轮发电机励磁控制系统在升压增磁状态和降压弱磁状态工作时,电压调整率为-19%~20%。所得结论可为旋转导向工具的水力循环测试、实际钻井作业和车间维保等提供数据支持。