一種深井脈沖電容器的恒流充電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種深井脈沖電容器的恒流充電系統(tǒng)，包括設(shè)置在地面上的第一裝置、電纜、設(shè)置在井下的第二裝置和脈沖電容器。第一裝置將工頻220V交流電源變?yōu)橹蓄l高壓交流電源，然后經(jīng)電纜將其傳輸?shù)降诙b置，第二裝置再將此中頻高壓電源變成所需的高壓直流電源直接對(duì)脈沖電容器充電。脈沖電容器的電壓通過(guò)電阻分壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量，控制程序通過(guò)脈沖電容器電壓的增量計(jì)算平均充電電流，并通過(guò)調(diào)節(jié)逆變電路中開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)脈寬來(lái)改變平均充電電流，形成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)平均充電電流的恒定。本發(fā)明采用閉環(huán)控制方法，實(shí)現(xiàn)了深井脈沖電容器的恒流充電，提高了充電速度和能量利用率，簡(jiǎn)化了井下裝置的結(jié)構(gòu)，提高了充電系統(tǒng)的可靠性。
【專利說(shuō)明】
一種深井脈沖電容器的恒流充電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于高電壓技術(shù)和脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種深井脈沖電容 器的恒流充電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著對(duì)脈沖功率技術(shù)研究的不斷深入，脈沖功率裝置被越來(lái)越多地應(yīng)用到工業(yè)及 民用領(lǐng)域，油井解堵、礦井物探和水下目標(biāo)探測(cè)等是其中重要的一方面。然而由于這些領(lǐng)域 的特殊性，脈沖功率裝置一般需要工作在數(shù)千米的井下，因此對(duì)深井脈沖電容器充電系統(tǒng) 提出了較高要求。
[0003] 目前，深井脈沖電容器充電系統(tǒng)普遍采用恒壓充電方式，通過(guò)測(cè)井電纜將地面的 工頻市電直接傳輸?shù)骄律龎鹤儔浩鳎蚪?jīng)變頻后傳輸?shù)骄律龎鹤儔浩?，變壓器升壓?經(jīng)過(guò)整流電路和限流電阻后給脈沖電容器充電。這種充電方式的缺點(diǎn)是能量利用率很低， 充電速度較慢，并且限流電阻的發(fā)熱對(duì)井下裝置的整體運(yùn)行不利。采用恒流充電的方式可 以很好地解決上述問(wèn)題，然而普通的高頻諧振式恒流充電電路應(yīng)用于深井中時(shí)，面臨井下 部分體積大、復(fù)雜程度高等問(wèn)題，而且由于電力電子器件工作在井下，需要承受較高溫度， 導(dǎo)致其工作可靠性較低、故障率高，在過(guò)深的井中甚至完全不能正常運(yùn)行。因此，需要一種 能夠應(yīng)用于深井中的新型脈沖電容器恒流充電系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種深井中脈沖電容器恒流充電系 統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有充電裝置充電速度慢，井下部件體積大、能量利用率低的問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明提供了一種深井脈沖電容器的恒流充電系統(tǒng)，包括設(shè)置在地面上的第一裝 置、設(shè)置在井下的第二裝置以及用于連接所述第一裝置和所述第二裝置的電纜;所述第一 裝置用于將地面工頻220V交流電源轉(zhuǎn)換為中頻高壓交流電源;所述第二裝置的輸出端用于 連接脈沖電容器;所述第二裝置用于將地面?zhèn)鬏數(shù)闹蓄l高壓電源轉(zhuǎn)換為所需的高壓直流電 源并對(duì)所述脈沖電容器充電；
[0006] 更進(jìn)一步地，所述第一裝置包括依次連接的工頻變壓器、整流濾波電路和逆變電 路，以及其輸入端用于連接所述電纜的第一輸出端且輸出端用于連接所述逆變電路的低壓 控制電路。
[0007] 更進(jìn)一步地，所述第二裝置包括高溫中頻變壓器、高溫整流電路和電阻分壓器，所 述高溫中頻變壓器的輸入端連接至所述電纜的第二輸出端，所述高溫整流電路的輸入端連 接至所述高溫中頻變壓器的輸出端，所述電阻分壓器的輸入端連接至所述高溫整流電路的 輸出端，所述電阻分壓器的輸出端連接至所述電纜的第二輸入端;所述高溫中頻變壓器用 于將地面?zhèn)鬏斚聛?lái)的電壓升高到脈沖電容器充電所需的電壓值;所述高溫整流電路用于將 高溫中頻變壓器輸出的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓;所述電阻分壓器用于實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖電容器 電壓的測(cè)量。
[0008] 更進(jìn)一步地，所述低壓控制電路包括主控制芯片、功率驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)隔離與調(diào)理 電路、充電過(guò)壓保護(hù)電路和顯示電路;所述信號(hào)隔離與調(diào)理電路的輸入端作為低壓控制電 路的輸入端連接至電纜的第一輸出端，充電過(guò)壓保護(hù)電路的輸入端連接至信號(hào)隔離與調(diào)理 電路的第一輸出端，主控制芯片的第一輸入端連接至充電過(guò)壓保護(hù)電路的輸出端，主控制 芯片的第二輸入端連接至信號(hào)隔離與調(diào)理電路的輸出端，主控制芯片的第一輸出端連接至 功率驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，主控制芯片的第二輸出端連接至顯示電路，功率驅(qū)動(dòng)電路的輸出 端作為低壓控制電路的輸出端連接至逆變電路;所述主控芯片對(duì)信號(hào)隔離與調(diào)理電路輸出 的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果傳輸?shù)斤@示電路，從而完成對(duì)脈沖電容器充電電壓的檢 測(cè);所述主控芯片對(duì)充電過(guò)壓保護(hù)電路輸出的充電過(guò)壓進(jìn)行判斷，當(dāng)出現(xiàn)充電過(guò)壓時(shí)產(chǎn)生 報(bào)警信號(hào);所述主控芯片通過(guò)計(jì)算平均充電電流，并通過(guò)功率驅(qū)動(dòng)電路實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)逆變電路 中開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)脈寬來(lái)維持平均充電電流恒定，從而實(shí)現(xiàn)脈沖電容器的恒流充電。
[0009] 更進(jìn)一步地，所述電纜采用交流耐壓水平大于逆變電路輸出電壓峰值、芯線數(shù)η多 4的測(cè)井電纜，其中兩根芯線用作能量傳輸線，另兩根芯線用作測(cè)量信號(hào)傳輸線。
[0010] 更進(jìn)一步地，所述高溫中頻變壓器的原方繞組電感遠(yuǎn)大于電纜的總電感。
[0011] 更進(jìn)一步地，所述高溫整流電路中的高壓整流器件采用多個(gè)高溫SiC二極管串聯(lián) 組成
[0012] 通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下的有益效 果：
[0013] (1)采用閉環(huán)控制的方法，控制程序通過(guò)脈沖電容器電壓的增量計(jì)算平均充電電 流，并通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)逆變電路中開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)脈寬來(lái)維持平均充電電流恒定，從而實(shí)現(xiàn)脈 沖電容器的恒流充電。與傳統(tǒng)的恒壓充電方式相比，不需要在井下再接限流電阻，減小了井 下部件的發(fā)熱量，提高了充電系統(tǒng)的能量利用率，減小了能量損耗。
[0014] (2)將脈沖電容器的恒流充電系統(tǒng)分成地面、井下兩部分，其中將電力電子器件置 于地面，從而使其不需要承受井下的高溫，這樣可以降低電力電子器件的故障率，提高充電 系統(tǒng)運(yùn)行可靠性;井下部分僅有變壓器、整流電路和高壓分壓器等高壓器件，這樣大大降低 了井下裝置的復(fù)雜程度。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種深井脈沖電容器的恒流充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種深井脈沖電容器的恒流充電系統(tǒng)的原理框圖。
[0017] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種深井脈沖電容器的恒流充電系統(tǒng)中低壓控制電路 的結(jié)構(gòu)原理框圖。
[0018] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種深井脈沖電容器的恒流充電系統(tǒng)中全橋逆變電路 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)圖。
[0019] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種深井脈沖電容器的恒流充電系統(tǒng)中信號(hào)隔離與調(diào) 理電路原理圖。
[0020] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種深井脈沖電容器的恒流充電系統(tǒng)中恒流控制程序 流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0022] 本發(fā)明包括設(shè)置在地面上的第一裝置、電纜、設(shè)置在井下的第二裝置和脈沖電容 器。其中第一裝置由工頻變壓器、整流濾波電路、逆變電路以及低壓控制電路組成，第二裝 置由高溫中頻變壓器、高溫整流電路以及電阻分壓器組成。地面的工頻220V交流電源經(jīng)工 頻變壓器、整流濾波電路、逆變電路后得到中頻高壓交流電源，再經(jīng)電纜傳輸?shù)骄?，然?再經(jīng)高溫中頻變壓器、高溫整流電路后變成所需的高壓直流電源直接對(duì)脈沖電容器充電。 脈沖電容器兩端并聯(lián)的電阻分壓器，其輸出信號(hào)經(jīng)電纜傳輸?shù)降孛娴牡蛪嚎刂齐娐?，?shí)現(xiàn) 對(duì)脈沖電容器電壓的測(cè)量;控制程序通過(guò)脈沖電容器電壓的增量計(jì)算平均充電電流，并通 過(guò)調(diào)節(jié)逆變電路中開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)脈寬來(lái)改變平均充電電流，形成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)平均充電 電流的恒定。
[0023]所述逆變電路采用全控型開(kāi)關(guān)器件，并運(yùn)用定頻調(diào)寬的控制方式，即驅(qū)動(dòng)信號(hào)的 頻率保持不變，通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)脈寬的方式來(lái)改變平均充電電流。
[0024] 所述低壓控制電路主要由主控制芯片、功率驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)隔離與調(diào)理電路、充電 過(guò)壓保護(hù)電路及顯示電路組成。主控制芯片可以是單片機(jī)或DSP;功率驅(qū)動(dòng)電路用于驅(qū)動(dòng)逆 變電路中的開(kāi)關(guān)器件;信號(hào)隔離與調(diào)理電路是對(duì)電阻分壓器輸出的信號(hào)進(jìn)行調(diào)理、放大、隔 離;充電過(guò)壓保護(hù)電路為了防止脈沖電容器電壓出現(xiàn)過(guò)充。
[0025] 所述電纜采用交流耐壓水平大于逆變電路輸出電壓峰值、芯線數(shù)η多4的測(cè)井電 纜，選其中兩根芯線用作能量傳輸線，其首端接到逆變電路的輸出端，末端接到高溫中頻變 壓器的原方繞組端；另選兩根芯線用作測(cè)量信號(hào)傳輸線，其首端接到信號(hào)隔離與調(diào)理電路 的輸入接口，末端接到電阻分壓器的信號(hào)輸出端。
[0026] 所述高溫中頻變壓器的原方繞組電感遠(yuǎn)大于電纜的總電感。
[0027] 所述高溫整流電路中的高壓整流器件采用多個(gè)高溫SiC二極管串聯(lián)組成；可以達(dá) 到體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠性高的目的。
[0028] 所述電阻分壓器的低壓臂電阻遠(yuǎn)大于電纜電阻。
[0029] 為了更進(jìn)一步的說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例提供的深井脈沖電容器的恒流充電系統(tǒng)，現(xiàn)結(jié) 合附圖和具體實(shí)例詳述如下：
[0030] 如圖1和圖2所示，包括設(shè)置在地面上的第一裝置101、電纜102、設(shè)置在井下的第二 裝置103和脈沖電容器104。設(shè)置在地面上的第一裝置101的輸出接口通過(guò)電纜102與設(shè)置在 井下的第二裝置103的輸入接口連接;電纜102有至少四根芯線;設(shè)置在井下的第二裝置103 的輸出接口與脈沖電容器104連接，并共同密封在一個(gè)直徑為102_的鋼管內(nèi)。
[0031]其中第一裝置由工頻變壓器201、整流濾波電路202、逆變電路203以及低壓控制電 路207組成。工頻變壓器201的原邊繞組接220V工頻交流電源，副邊繞組接整流濾波電路202 的輸入端;整流濾波電路202的輸出端連接到逆變電路203的輸入端;逆變電路203的輸出端 接電纜102地面端的兩根充電芯線;低壓控制電路207的檢測(cè)輸入端接電纜102地面端的兩 根測(cè)量芯線，低壓控制電路207的驅(qū)動(dòng)輸出端接到逆變電路203的開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)極上。第一裝 置主要用于把工頻220V交流電源變?yōu)橹蓄l恒流流電源，然后經(jīng)電纜將其傳輸?shù)骄虏糠帧?[0032] 第二裝置由高溫中頻變壓器204、高溫整流電路205以及電阻分壓器206組成。高溫 中頻變壓器204的原邊繞組接電纜102井下端的兩根充電芯線，其副邊繞組接高溫整流電路 205的輸入端；高溫整流電路205的輸出端連接脈沖電容器104;電阻分壓器206的高壓臂兩 端接在脈沖電容器104上，其低壓臂輸出端接在電纜102井下端的兩根測(cè)量芯線上。井下部 分主要將地面?zhèn)鬏斚聛?lái)的中頻高壓電源變成所需的高壓直流電源直接對(duì)脈沖電容器充電， 并完成對(duì)脈沖電容器充電電壓的測(cè)量。
[0033] 如圖3所示，低壓控制電路主要由主控制芯片301、功率驅(qū)動(dòng)電路302、信號(hào)隔離與 調(diào)理電路303、充電過(guò)壓保護(hù)電路304及顯示電路305組成。信號(hào)隔離與調(diào)理電路303的輸入 端（即低壓控制電路207的檢測(cè)輸入端)接在電纜102地面端的兩根測(cè)量芯線上;信號(hào)隔離與 調(diào)理電路303的輸出端接到主控制芯片301的A/D轉(zhuǎn)換引腳上;信號(hào)隔離與調(diào)理電路303的輸 出端還接到充電過(guò)壓保護(hù)電路304的輸入端;充電過(guò)壓保護(hù)電路304的輸出端接到主控制芯 片301;主控制芯片301的PWM輸出引腳接到功率驅(qū)動(dòng)電路302的輸入端;功率驅(qū)動(dòng)電路302的 輸出端（即低壓控制電路207的驅(qū)動(dòng)輸出端)接到逆變電路203的開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)極上。低壓控制 電路主要通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)逆變電路中開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)脈寬來(lái)維持平均充電電流恒定，從而實(shí)現(xiàn) 脈沖電容器的恒流充電。
[0034] 工頻220V交流電源經(jīng)工頻變壓器、整流濾波電路、逆變電路后得到中頻高壓交流 電源，再經(jīng)電纜傳輸?shù)骄?，然后再?jīng)高溫中頻變壓器、高溫整流電路后變成所需的高壓直 流電源直接對(duì)脈沖電容器充電。脈沖電容器兩端并聯(lián)的電阻分壓器，其輸出信號(hào)經(jīng)電纜傳 輸?shù)降孛娴牡蛪嚎刂齐娐?，?shí)現(xiàn)對(duì)脈沖電容器電壓的測(cè)量;控制程序通過(guò)脈沖電容器電壓 的增量計(jì)算平均充電電流，并通過(guò)調(diào)節(jié)逆變電路中開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)脈寬來(lái)改變平均充電電 流，形成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)平均充電電流的恒定。
[0035]逆變電路采用全橋逆變，由四個(gè)相同的全控型開(kāi)關(guān)器件S1~S4組成，逆變電路的 輸出電壓峰值為1800V。全橋逆變電路采用定頻調(diào)寬的控制方式，驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率保持1kHz 不變，通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)脈寬的方式來(lái)改變平均充電電流。相對(duì)橋臂（如S1和S3)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相 同，相同橋臂（如S1和S2)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相位相差180°，所有橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)脈寬相同，如圖4 所示。
[0036] 主控制芯片可以是單片機(jī)、DSP或其他控制芯片。主控制芯片主要實(shí)現(xiàn)以下功能： 對(duì)信號(hào)隔離與調(diào)理電路輸出的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果傳輸?shù)斤@示電路，從而完成 對(duì)脈沖電容器充電電壓的檢測(cè);對(duì)充電過(guò)壓進(jìn)行判斷，當(dāng)出現(xiàn)充電過(guò)壓時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào);通 過(guò)程序計(jì)算平均充電電流，并通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)逆變電路中開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)脈寬來(lái)維持平均充電 電流恒定，從而實(shí)現(xiàn)脈沖電容器的恒流充電。
[0037] 功率驅(qū)動(dòng)電路由四個(gè)相同的開(kāi)關(guān)管集成驅(qū)動(dòng)模塊組成，每個(gè)開(kāi)關(guān)器件對(duì)應(yīng)一個(gè)集 成驅(qū)動(dòng)模塊，集成驅(qū)動(dòng)模塊的輸入開(kāi)關(guān)控制信號(hào)由主控制芯片提供，集成驅(qū)動(dòng)模塊的輸出 接到相應(yīng)開(kāi)關(guān)器件的控制極上。功率驅(qū)動(dòng)電路的供電電源與主控制電路的電源要隔離。 [0038]信號(hào)隔離與調(diào)理電路是對(duì)電阻分壓器輸出的信號(hào)進(jìn)行調(diào)理、放大、隔離，然后輸入 到主控制芯片進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，從而用于程序控制和數(shù)字顯示。圖5是信號(hào)隔離與調(diào)理電路原 理圖，主要由濾波、放大、隔離、電壓跟隨組成。來(lái)自分壓器的信號(hào)先經(jīng)過(guò)共模電感GLM、電容 來(lái)濾除交流信號(hào)。然后經(jīng)過(guò)放大器INA128將信號(hào)放大50倍，由于放大器具有很大的輸入阻 抗，可以降低電纜電阻對(duì)測(cè)量值的影響。采用運(yùn)算放大器0PA27和光耦L0C111組成隔離電 路，LOCI 11內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個(gè)紅外線發(fā)光二極管與兩個(gè)光電三極管形成的光耦合，與一般的 光親隔離不同，此電路將LOCI 11光親合器設(shè)置在伺服模式，其中的一個(gè)光電三極管在伺服 反饋機(jī)制中對(duì)發(fā)光二極管的導(dǎo)通電流予以補(bǔ)償，另一個(gè)光電三極管用于提供輸入及輸出電 路間的電流隔離，從而使此隔離電路具有良好的線性度。最后將隔離后的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)一 個(gè)電壓跟隨電路再輸入到A/D轉(zhuǎn)換接口，這樣可以避免A/D接口的輸入電阻對(duì)測(cè)量信號(hào)的影 響。
[0039] 充電過(guò)壓保護(hù)電路是通過(guò)一個(gè)電壓比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)充電電壓大于30kV的設(shè)定 值時(shí)，電壓比較器輸出高電平，用于報(bào)警，并且立即停止充電。
[0040] 電纜采用交流耐壓水平大于逆變電路輸出電壓峰值的七芯測(cè)井電纜，選其中兩根 芯線為充電芯線，用作充電能量傳輸線，其地面端接到逆變電路的輸出端，井下端接到高溫 中頻變壓器的原方繞組端;另選兩根芯線為測(cè)量芯線，用作測(cè)量信號(hào)傳輸線，其地面端接到 信號(hào)隔離與調(diào)理電路的輸入接口，井下端接到電阻分壓器的低壓臂輸出端。
[0041] 高溫中頻變壓器采用多個(gè)高溫特性良好的磁芯串聯(lián)實(shí)現(xiàn)，原方繞組電感為623mH， 而經(jīng)測(cè)量3km的七芯電纜電感約為2.67mH，高溫中頻變壓器的原方繞組電感遠(yuǎn)大于電纜的 電感。高溫中頻變壓器整體灌封在直徑為69mm的圓柱體中。
[0042] 高溫整流電路中的高壓整流器件采用多個(gè)高溫SiC二極管串聯(lián)組成，可以達(dá)到體 積小、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠性高的目的。所有SiC二極管都布置在PCB電路板上，并用環(huán)氧樹 脂灌封在直徑為69_的圓柱體中。
[0043] 圖6是主控制芯片中的恒流控制程序流程圖。程序先讀取A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果Vi，然后 與30kV的設(shè)定值Vset對(duì)比，若充電電壓達(dá)到了此設(shè)定值，則禁止脈寬輸出，停止充電。若還沒(méi) 有達(dá)到30kV的設(shè)定值，則經(jīng)過(guò)t = 2ms后再讀取充電電壓V2,以t = 2ms時(shí)間內(nèi)電壓的增量計(jì) 算平均充電電流I:
[0044] (1)
[0045] 式中，C是脈沖電容器的電容量，在本實(shí)施例中C = 3yF。然后再將計(jì)算的平均充電 電流I與設(shè)定的充電電流I s (631 = 15 m A對(duì)比，若計(jì)算的平均充電電流I小于設(shè)定的充電電流 Iset，則增大驅(qū)動(dòng)脈寬Τ〇η，若計(jì)算的平均充電電流I大于設(shè)定的充電電流IS(3t，則減小驅(qū)動(dòng)脈 寬T〇 n，如此形成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)平均充電電流的恒定。
[0046]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種深井脈沖電容器的恒流充電系統(tǒng)，其特征在于，包括設(shè)置在地面上的第一裝置 (101) 、設(shè)置在井下的第二裝置（103)以及用于連接所述第一裝置和所述第二裝置的電纜 (102) ； 所述第一裝置（101)用于將地面工頻220V交流電源轉(zhuǎn)換為中頻高壓交流電源； 所述第二裝置（103)的輸出端用于連接脈沖電容器（104);所述第二裝置（103)用于將 地面?zhèn)鬏數(shù)闹蓄l高壓電源轉(zhuǎn)換為所需的高壓直流電源并對(duì)所述脈沖電容器(104)充電。2. 如權(quán)利要求1所述的恒流充電系統(tǒng)，其特征在于，所述第一裝置（101)包括依次連接 的工頻變壓器(201)、整流濾波電路(202)和逆變電路(203)，以及其輸入端用于連接所述電 纜(102)的第一輸出端且輸出端用于連接所述逆變電路的低壓控制電路(207)。3. 如權(quán)利要求1或2所述的恒流充電系統(tǒng)，其特征在于，所述第二裝置（103)包括高溫中 頻變壓器(204)、高溫整流電路(205)和電阻分壓器(206)，所述高溫中頻變壓器(204)的輸 入端連接至所述電纜的第二輸出端，所述高溫整流電路(205)的輸入端連接至所述高溫中 頻變壓器(204)的輸出端，所述電阻分壓器(206)的輸入端連接至所述高溫整流電路（205) 的輸出端，所述電阻分壓器(206)的輸出端連接至所述電纜(102)的第二輸入端； 所述高溫中頻變壓器(204)用于將地面?zhèn)鬏斚聛?lái)的電壓升高到脈沖電容器充電所需的 電壓值;所述高溫整流電路(205)用于將高溫中頻變壓器輸出的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓； 所述電阻分壓器(206)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖電容器電壓的測(cè)量。4. 如權(quán)利要求2所述的恒流充電系統(tǒng)，其特征在于，所述低壓控制電路(207)包括主控 制芯片(301)、功率驅(qū)動(dòng)電路(302)、信號(hào)隔離與調(diào)理電路(303)、充電過(guò)壓保護(hù)電路(304)和 顯示電路(305); 所述信號(hào)隔離與調(diào)理電路（303)的輸入端作為低壓控制電路（207)的輸入端連接至電 纜（102)的第一輸出端，充電過(guò)壓保護(hù)電路（304)的輸入端連接至信號(hào)隔離與調(diào)理電路 (303)的第一輸出端，主控制芯片（301)的第一輸入端連接至充電過(guò)壓保護(hù)電路(304)的輸 出端，主控制芯片（301)的第二輸入端連接至信號(hào)隔離與調(diào)理電路(303)的輸出端，主控制 芯片（301)的第一輸出端連接至功率驅(qū)動(dòng)電路(302)的輸入端，主控制芯片（301)的第二輸 出端連接至顯示電路(305 )，功率驅(qū)動(dòng)電路(302)的輸出端作為低壓控制電路(207)的輸出 端連接至逆變電路(203); 所述主控芯片（301)對(duì)信號(hào)隔離與調(diào)理電路(303)輸出的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換 結(jié)果傳輸?shù)斤@示電路(305)，從而完成對(duì)脈沖電容器充電電壓的檢測(cè)；所述主控芯片（301) 對(duì)充電過(guò)壓保護(hù)電路(304)輸出的充電過(guò)壓進(jìn)行判斷，當(dāng)出現(xiàn)充電過(guò)壓時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào);所 述主控芯片(301)通過(guò)計(jì)算平均充電電流，并通過(guò)功率驅(qū)動(dòng)電路(302)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)逆變電路中 開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)脈寬來(lái)維持平均充電電流恒定，從而實(shí)現(xiàn)脈沖電容器的恒流充電。5. 如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的恒流充電系統(tǒng)，其特征在于，所述電纜采用交流耐壓水 平大于逆變電路輸出電壓峰值、芯線數(shù)η多4的測(cè)井電纜，其中兩根芯線用作能量傳輸線，另 兩根芯線用作測(cè)量信號(hào)傳輸線。6. 如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的恒流充電系統(tǒng)，其特征在于，所述高溫中頻變壓器的原 方繞組電感遠(yuǎn)大于電纜的總電感。7. 如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的恒流充電系統(tǒng)，其特征在于，所述高溫整流電路中的高 壓整流器件采用多個(gè)高溫SiC二極管串聯(lián)組成。
【文檔編號(hào)】H02J7/04GK105932757SQ201610447019
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月20日
【發(fā)明人】張欽, 劉毅, 林福昌, 劉從聰
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)