專利名稱：井下大功率電磁鐵及井下儀器驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于石油測井領(lǐng)域，具體地指一種用于實現(xiàn)供電和控制的井下大功率電磁鐵及井下儀器驅(qū)動系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在石油測井領(lǐng)域，因大功率的電磁鐵固有的高可靠性和結(jié)構(gòu)簡單性，常被用作井 下大功率運動部件的動力源。為保證電磁鐵能夠在井下惡劣的環(huán)境中工作，需要配套高可 靠性的驅(qū)動系統(tǒng)。驅(qū)動井下大功率電磁鐵及小功率井下儀器常用的系統(tǒng)一般有如下兩種一、如說明書附圖中的圖1所示，該系統(tǒng)中，位于井下的電磁鐵5和井下儀器用電 設(shè)備6由一套位于地面的供電電源1并聯(lián)供電，并由地面遙測控制電路2把電磁鐵5的控 制命令發(fā)送給井下遙測單元3，由后者控制電磁鐵開關(guān)控制電路4，進而控制電磁鐵5的吸 合/釋放動作。在這種系統(tǒng)中，由于用于控制電磁鐵5的井下遙測單元3和電磁鐵開關(guān)控 制電路4均位于井下，當(dāng)出現(xiàn)通信故障或者井下遙測單元3不能正常工作時，可能會失去地 面對電磁鐵5的控制，造成測井事故。二、如說明書附圖中的圖2所示，該系統(tǒng)中，電磁鐵開關(guān)控制電路4位于地面，地面 遙測控制電路2產(chǎn)生的控制信號直接控制位于地面的電磁鐵開關(guān)控制電路4，再由專門的 電纜將電能傳送給井下的電磁鐵5，實現(xiàn)電磁鐵5的吸合/釋放動作。該系統(tǒng)的優(yōu)點是可靠 性高，然而由于需要為電磁鐵5配備專門的供電電纜，所以會導(dǎo)致寶貴的測井電纜資源的浪費。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的就是克服上述現(xiàn)有電磁鐵及井下儀器驅(qū)動系統(tǒng)的問題，提供一 種可靠性高、節(jié)約電纜資源的井下大功率電磁鐵及井下儀器驅(qū)動系統(tǒng)。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供的一種井下大功率電磁鐵及井下儀器驅(qū)動系統(tǒng) 包括地面控制部分、井下部分及連接二者的測井電纜，其中所述地面控制部分包括井下儀器供電電源、電磁鐵供電電源和選通開關(guān)，所述選 通開關(guān)包括第一輸入端IN1、第二輸入端IN2、第三輸入端IN3和輸出端OUT，所述井下儀器 供電電源的負(fù)極、電磁鐵供電電源的正極和第二輸入端IN2同時接地，所述井下儀器供電 電源的正極與第一輸入端mi連接，所述電磁鐵供電電源的負(fù)極與第三輸入端IN3連接；所述井下部分包括井下儀器用電設(shè)備的供電電路和電磁鐵的供電電路，井下儀器 用電設(shè)備的供電電路的正極輸入端和電磁鐵的供電電路的負(fù)極輸入端分別與所述選通開 關(guān)的輸出端OUT連接，井下儀器用電設(shè)備的供電電路的負(fù)極輸入端和電磁鐵的供電電路的 正極輸入端分別接地。所述井下儀器用電設(shè)備的供電電路包括與井下儀器用電設(shè)備串聯(lián)的二極管Dl，所 述二極管Dl的正極與所述選通開關(guān)的輸出端OUT連接，所述二極管Dl的負(fù)極與所述井下 儀器用電設(shè)備的正極連接，所述井下儀器用電設(shè)備的正、負(fù)極之間并聯(lián)有儲能電容Cl。[0010]所述井下儀器用電設(shè)備的供電電路還包括與井下儀器用電設(shè)備串聯(lián)的熔斷器Fl。所述電磁鐵的供電電路包括與電磁鐵串聯(lián)的二極管D2，所述二極管D2的負(fù)極與所述選通開關(guān)的輸出端OUT連接，所述二極管D2的正極與所述電磁鐵的負(fù)極連接。本實用新型的有益效果在于該系統(tǒng)將對于電磁鐵的控制置于地面，保證了即使 在井下儀器用電設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下，電磁鐵仍然可以正常工作，從而避免出現(xiàn)嚴(yán)重的 測井事故；同時，電磁鐵的供電與井下儀器用電設(shè)備的正常供電采用分時復(fù)用的方式在一 條電纜芯上傳輸，節(jié)約了寶貴的電纜資源，保證了該驅(qū)動系統(tǒng)的高效性。

圖1為一種現(xiàn)有井下大功率電磁鐵及井下儀器驅(qū)動系統(tǒng)的電路框圖；圖2為另一種現(xiàn)有井下大功率電磁鐵及井下儀器驅(qū)動系統(tǒng)的電路框圖；圖3為本實用新型的井下大功率電磁鐵及井下儀器驅(qū)動系統(tǒng)的電路框圖；圖4為圖3中選通開關(guān)的輸出端OUT輸出的驅(qū)動脈沖Vd 的一個典型波形圖；圖5為圖3中選通開關(guān)一個典型實施例的電路框圖。圖中，供電電源1，地面遙測控制電路2，井下遙測單元3，電磁鐵開關(guān)控制電路4， 電磁鐵5，井下儀器用電設(shè)備6，井下儀器供電電源7，電磁鐵供電電源8，選通開關(guān)9 (其中 第一直流變換電源9. 1、第一光電隔離芯片9. 2、第一MOSFET驅(qū)動芯片9. 3、第二直流變換電 源9. 4、第二光電隔離芯片9. 5、第二 MOSFET驅(qū)動芯片9. 6)。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型的井下大功率電磁鐵及井下儀器驅(qū)動 系統(tǒng)作進一步的詳細(xì)描述圖1和圖2示出了現(xiàn)有的兩種常用井下大功率電磁鐵及井下儀器驅(qū)動系統(tǒng)，因在 背景技術(shù)中已作了詳細(xì)介紹，于此不再贅述。如圖3所示，本實用新型的井下大功率電磁鐵及井下儀器驅(qū)動系統(tǒng)包括地面控制 部分、井下部分及連接二者的測井電纜，其中地面控制部分包括井下儀器供電電源7、電磁鐵供電電源8和選通開關(guān)9。選通開 關(guān)9包括第一輸入端IN1、第二輸入端IN2、第三輸入端IN3和輸出端OUT。井下儀器供電 電源7的負(fù)極、電磁鐵供電電源8的正極和第二輸入端IN2同時接地。井下儀器供電電源 7的正極與第一輸入端mi連接，電磁鐵供電電源8的負(fù)極與第三輸入端IN3連接；圖5示意出了一種實現(xiàn)上述選通開關(guān)9的選通電路的電路框圖?？刂菩盘朇TRLl 和控制信號CTRL2共同構(gòu)成選通開關(guān)9的脈沖控制信號輸入，第一直流變換電源9. 1為第 一光電隔離芯片9. 2和第一 MOSFET驅(qū)動芯片供電，第二直流變換電源9. 4為第二光電隔離 芯片9. 5和第二 MOSFET驅(qū)動芯片供電一、當(dāng)控制信號CTRLl (控制信號CTRL2)為高電平時，第一光電隔離芯片9. 2 (第 二光電隔離芯片9. 5)輸出高電平，此電平經(jīng)第一MOSFET驅(qū)動芯片9. 3(第二MOSFET驅(qū)動芯 片9. 6)驅(qū)動第一功率MOSFET管Ql (第二功率MOSFET管Q2)，使第一功率MOSFET管Ql (第 二功率MOSFET管Q2)導(dǎo)通，輸出端OUT和第一輸入端1附(第二輸入端IN2)接通；當(dāng)控制信號CTRLl和控制信號CTRL2均為低電平時，第一光電隔離芯片9. 2和第二光電隔離芯片9. 5均輸出低電平，該低電平分別經(jīng)第一 MOSFET驅(qū)動芯片9. 3和第二MOSFET驅(qū)動芯片9. 6驅(qū)動第一功率MOSFET管Ql和第二功率MOSFET管Q2，使第一功率 MOSFET管Ql和第二功率MOSFET管Q2均截止，輸出端OUT經(jīng)電阻Rl和輸入端IN2接通。井下部分包括井下儀器用電設(shè)備6的供電電路和電磁鐵5的供電電路。井下儀器 用電設(shè)備6的供電電路包括與井下儀器用電設(shè)備6串聯(lián)的二極管D1。該二極管Dl的正極 與選通開關(guān)9的輸出端OUT連接，負(fù)極與井下儀器用電設(shè)備6的正極連接。井下儀器用電 設(shè)備6 —般為小功率用電器。為確保井下儀器用電電路故障時，仍能夠?qū)崿F(xiàn)對電磁鐵5的 驅(qū)動，本實施例在二極管Dl與井下儀器用電設(shè)備6之間還串聯(lián)有熔斷器F1。在井下儀器用 電設(shè)備6的正、負(fù)極之間并聯(lián)有儲能電容Cl，通過該儲能電容Cl的充、放電，實現(xiàn)對井下儀 器用電設(shè)備6的連續(xù)供電；電磁鐵5的供電電路包括與電磁鐵5串聯(lián)的二極管D2。二極管 D2的負(fù)極與選通開關(guān)9的輸出端OUT連接，正極與電磁鐵5相連。本實用新型的工作原理如下一、驅(qū)動系統(tǒng)正常工作時設(shè)井下儀器供電電源7的輸出電壓為Vt(ral，電磁鐵供電電源8的輸出電壓為VM， 選通開關(guān)9在脈沖控制信號的控制下，實現(xiàn)輸出端OUT與三個輸入端INI、IN2和IN3之間 的輪換接通，形成相應(yīng)的電磁鐵驅(qū)動脈沖Vd 。例如在圖5中，設(shè)置控制信號CTRLl為高電 平，控制信號CTRL2為低電平，使第一功率MOSFET管Ql導(dǎo)通，第二功率MOSFET管Q2截止， 電流經(jīng)第一功率MOSFET管Ql從輸入端mi流向輸出端OUT，實現(xiàn)正電壓的輸出；設(shè)置控制 信號CTRLl為低電平，控制信號CTRL2為高電平，使第一功率MOSFET管Ql截止，第二功率 MOSFET管Q2導(dǎo)通，電流經(jīng)第MOSFET管Q2從輸出端OUT流向輸入端IN3，實現(xiàn)負(fù)電壓的輸 出；使控制信號CTRLl和控制信號CTRL2同時為低電平，第一功率MOSFET管Ql和第二功率 MOSFET管Q2同時截止，輸出端OUT輸出與輸入端IN2相同的電平。以A點作為系統(tǒng)的零電位參考點，則Vd 的一個典型波形如圖4所示 在T。ff時間范圍內(nèi)，脈沖控制信號使選通開關(guān)9的輸出端OUT與第二輸入端IN2接 通，Vdrv為0，井下C、D之間的電壓差Vd。也為0，二極管D1、D2均截止，井下儀器用電設(shè)備6 和電磁鐵5都不工作。在Ttral時間范圍內(nèi)，脈沖控制信號使選通開關(guān)9的輸出端OUT與第一輸入端INl 接通，Vd = Vtral，此電壓雖然經(jīng)測井電纜的傳輸會有衰減，但vd。仍為正電壓，此時，二極管 Dl導(dǎo)通，二極管D2截止，井下儀器用電設(shè)備6得電工作，同時該電壓向儲能電容Cl充電。 電磁鐵5不工作。在Tem時間范圍內(nèi)，脈沖控制信號使選通開關(guān)9的輸出端OUT與第三輸入端IN3接 通，vd = -V ，此電壓雖然經(jīng)測井電纜的傳輸會有衰減，Vd。仍為負(fù)電壓，此時，二極管Dl截 止，二極管D2導(dǎo)通。儲能電容Cl在Ttral時間內(nèi)的儲能向井下儀器用電設(shè)備6的供電電路 供電，維持井下儀器用電設(shè)備6正常工作。同時，由于二極管D2導(dǎo)通，電磁鐵5得電工作， 電磁鐵5吸合，開啟了由電磁鐵5控制的井下大功率機械。在接下來的Tttral時間范圍內(nèi)，脈沖控制信號重新使選通開關(guān)9的輸出端OUT與第 一輸入端mi接通，vd = Vtral,并經(jīng)測井電纜向井下儀器用電設(shè)備6供應(yīng)電能。此時，二極 管Dl再次導(dǎo)通，井下儀器用電設(shè)備6得電工作的同時向儲能電容Cl充電。由于電磁鐵5 是一種感性設(shè)備，此時二極管D2給電磁鐵5提供了續(xù)流通道，電磁鐵向其他電路返回能量，電磁鐵釋放。電磁鐵5產(chǎn)生的自感電動勢被地面的Vd 鉗位。所以，實際上C、D之間的電 壓差Vd。由Vtral、測井電纜特性、儲能電容Cl，以及井下測井電路的功耗共同決定。在接下來的Tem時間范圍內(nèi)，脈沖控制信號使選通開關(guān)9的輸出端OUT與第三輸入 端IN3接通，Vd = -Veffl, Vdc為負(fù)電壓，此時，二極管Dl截止，二極管D2導(dǎo)通。儲能電容Cl 在Tttral時間內(nèi)的儲能向井下儀器用電設(shè)備6供電，使其正常工作。同時，由于二極管D2導(dǎo) 通，電磁鐵5得電工作，電磁鐵5吸合，井下大功率機械輸出動力。整個測井系統(tǒng)進入穩(wěn)定 工作狀態(tài)。在上述過程中，通過控制Tttral和Tem的長度及比例，可以改變電磁鐵5的工作頻率， 實現(xiàn)電磁鐵5的不同工作需求。通過改變電磁鐵供電電源8的輸出電壓VM，可以改變電磁 鐵5的吸合強度。二、井下儀器用電設(shè)備6的供電電路出現(xiàn)異常時井下儀器用電設(shè)備6的供電電路通常有兩種異常情況1.井下儀器用電設(shè)備6的供電電路出現(xiàn)短路故障。該種故障包括井下儀器用電設(shè) 備6本身、儲能電容Cl或者二極管Dl發(fā)生短路。在這幾種情況下，熔斷器Fl都會熔斷，從 而使發(fā)生故障的井下儀器用電設(shè)備6的供電電路與電磁鐵5的供電電路隔離，保證地面對 電磁鐵5的驅(qū)動仍然能夠進行；2.井下儀器用電設(shè)備6的供電電路出現(xiàn)斷路故障。該情況下，只要二極管D2不發(fā) 生斷路，電磁鐵5就能夠正常工作。事實上，二極管發(fā)生斷路故障的幾率極小。三、地面設(shè)備出現(xiàn)異常時1.井下儀器供電電源7故障。由于該電源不對電磁鐵5供電，所以此時，電磁鐵5的工作不受影響。2.電磁鐵供電電源8故障。此時，可方便的更換其它合適的電源代替原來的電磁鐵供電電源8工作。3.選通開關(guān)9故障。此時，可在C、D間以點動的方式人工加入相應(yīng)的電源，提供 相應(yīng)的負(fù)脈沖，以維持井下電磁鐵5的工作。
權(quán)利要求一種井下大功率電磁鐵及井下儀器驅(qū)動系統(tǒng)，包括地面控制部分、井下部分及連接二者的測井電纜，其特征在于所述地面控制部分包括井下儀器供電電源(7)、電磁鐵供電電源(8)和選通開關(guān)(9)，所述選通開關(guān)(9)包括第一輸入端IN1、第二輸入端IN2、第三輸入端IN3和輸出端OUT，所述井下儀器供電電源(7)的負(fù)極、電磁鐵供電電源(8)的正極和第二輸入端IN2同時接地，所述井下儀器供電電源(7)的正極與第一輸入端IN1連接，所述電磁鐵供電電源(8)的負(fù)極與第三輸入端IN3連接；所述井下部分包括井下儀器用電設(shè)備(6)的供電電路和電磁鐵(5)的供電電路，井下儀器用電設(shè)備(6)的供電電路的正極輸入端和電磁鐵(5)的供電電路的負(fù)極輸入端分別與所述選通開關(guān)(9)的輸出端OUT連接，井下儀器用電設(shè)備(6)的供電電路的負(fù)極輸入端和電磁鐵(5)的供電電路的正極輸入端分別接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下大功率電磁鐵及井下儀器驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述 井下儀器用電設(shè)備(6)的供電電路包括與井下儀器用電設(shè)備(6)串聯(lián)的二極管D1，所述二 極管Dl的正極與所述選通開關(guān)(9)的輸出端OUT連接，所述二極管Dl的負(fù)極與所述井下 儀器用電設(shè)備(6)的正極連接，所述井下儀器用電設(shè)備(6)的正、負(fù)極之間并聯(lián)有儲能電容 Cl。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的井下大功率電磁鐵及井下儀器驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述 井下儀器用電設(shè)備(6)的供電電路還包括與井下儀器用電設(shè)備(6)串聯(lián)的熔斷器F1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的井下大功率電磁鐵及井下儀器驅(qū)動系 統(tǒng)，其特征在于所述電磁鐵(5)的供電電路包括與電磁鐵(5)串聯(lián)的二極管D2，所述二極 管D2的負(fù)極與所述選通開關(guān)(9)的輸出端OUT連接，所述二極管D2的正極與所述電磁鐵 (5)的負(fù)極連接。
專利摘要本實用新型指一種井下大功率電磁鐵及井下儀器驅(qū)動系統(tǒng)，屬于石油測井領(lǐng)域。它包括地面控制部分、井下部分及連接二者的測井電纜。地面控制部分包括井下儀器供電電源、電磁鐵供電電源和選通開關(guān)。選通開關(guān)包括第一輸入端IN1、第二輸入端IN2、第三輸入端IN3和輸出端OUT。井下儀器供電電源的負(fù)極、電磁鐵供電電源的正極和第二輸入端IN2同時接地。井下儀器供電電源的正極與第一輸入端IN1連接，電磁鐵供電電源的負(fù)極與第三輸入端IN3連接；井下部分包括井下儀器用電設(shè)備6的供電電路和電磁鐵5的供電電路。井下儀器用電設(shè)備6的供電電路的正極和電磁鐵5的供電電路的負(fù)極分別與選通開關(guān)的輸出端OUT連接，井下儀器用電設(shè)備6的供電電路的負(fù)極和電磁鐵5的供電電路的正極分別接地。
文檔編號H01F7/18GK201576526SQ20092028936
公開日2010年9月8日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者付永前, 周艷平, 孫濤, 程波, 胡瀅, 金為武, 顏曉淮, 高瑋 申請人:武漢海王機電工程技術(shù)公司