一种牵引器智能供电控制装置及控制方法 |
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| 申请号 | CN202311756201.X | 申请日 | 2023-12-20 | 公开(公告)号 | CN117955351A | 公开(公告)日 | 2024-04-30 |
| 申请人 | 中国石油化工股份有限公司; 中石化石油工程技术服务有限公司; 中石化经纬有限公司; 中石化经纬有限公司江汉测录井分公司; | 发明人 | 廖勇; 张志华; 张恒; 石元会; 张学亮; 黄鹏宾; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 测井 技术领域，具体涉及一种牵引器智能供电控制装置及控制方法。包括大功率 开关 电源和控制 电路 ，大功率 开关电源 包括第一整流 滤波器 、开关电路和第二整流滤波器，开关电路包括 变压器 T1、 电阻 R4和开关管Q5，第一整流滤波器一端连接市电，另一端连接至变压器T1的初级线圈一端，变压器T1的次级线圈与第二整流滤波器的输入端连接，第二整流滤波器的输出端分别与牵引器供电端和控制电路的 采样 信号 输入端连接，变压器T1的初级线圈另一端与开关管Q5的源极连接，开关管Q5的漏极接地，开关管Q5的栅极与电阻R4一端连接，电阻R4另一端与控制电路的输出端连接。可自动及时、精准调节电源，避免了牵引器的损坏，节约了人 力 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种牵引器智能供电控制装置，其特征在于：包括大功率开关电源(1)和控制电路(2)，所述大功率开关电源(1)包括第一整流滤波器(101)、开关电路(102)和第二整流滤波器(103)，所述开关电路(102)包括变压器T1、电阻R4和开关管Q5，所述第一整流滤波器(101)一端连接市电，另一端连接至变压器T1的初级线圈一端，所述变压器T1的次级线圈与第二整流滤波器(103)的输入端连接，所述第二整流滤波器(103)的输出端分别与牵引器供电端和控制电路(2)的采样信号输入端连接，所述变压器T1的初级线圈另一端与开关管Q5的源极连接，所述开关管Q5的漏极接地，所述开关管Q5的栅极与电阻R4一端连接，所述电阻R4另一端与控制电路(2)的输出端连接。 |
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| 说明书全文 | 一种牵引器智能供电控制装置及控制方法技术领域背景技术[0002] 牵引器工作的电源目前均采用大功率的开关电源。大功率开关电源一般由滤波整流电路、开关电路组成。他是将市电通过滤波整流电路和开关电路变成高频的电压，再通过滤波整流电路形成直流电源，最后通过机械电压调节器，供给牵引器。 [0003] 牵引器在整个作业过程中，由于作业环境变化、牵引器改变工作状态等因素，需要改变牵引器的供电电源的电压。工程师在整个作业过程，随时观察牵引器工作变化，才能保证牵引器正常工作。这样不仅工程师操作较为繁琐，工作量大，而且无法及时、精准调节电源，非常容易造成牵引器的损坏。 [0004] 公告号为CN106787138A的中国专利申请公开了一种井下测井仪器多功能供电控制系统，它通过单片机控制开关电路使继电器进行切换，将给井下仪器供电切换到给牵引器供电。它能减小电路功耗及提高电路可靠性。但不能实现供电电压的自动及时、精准调节。 [0005] 公告号为CN201520193472.3的中国专利申请公开了一种用于智能钻井工具的开关电源电路，三相交流电压经过整流电路进行全波整流和滤波电路进行电容滤波后输出至耦合线圈的初级绕组处，PWM控制电路通过输出一定占空比值的方波信号控制MOS管的导通与关断，使得耦合线圈的初级绕组进行能量的储存与释放，达到控制电源输出的目的。但其目的在于提高输出直流电的稳定性，其也不能实现供电电压的自动及时、精准调节。 [0006] 由肖红兵，鞠晓东，杨锦舟发表的文献《随钻声波测井仪高效电源设计》中，提供了一种高效电源，其可以保障随钻声波测井仪在锂电池供电条件下能够长时间工作，电源控制电路功耗低，抗干扰能力强，可靠性高，能够满足随钻声波测井仪的工作要求。但其同样不能根据牵引器工作变化，及时、精准调节电源。 发明内容[0008] 本发明一种牵引器智能供电控制装置，包括大功率开关电源和控制电路，所述大功率开关电源包括第一整流滤波器、开关电路和第二整流滤波器，所述开关电路包括变压器T1、电阻R4和开关管Q5，所述第一整流滤波器一端连接市电，另一端连接至变压器T1的初级线圈一端，所述变压器T1的次级线圈与第二整流滤波器的输入端连接，所述第二整流滤波器的输出端分别与牵引器供电端和控制电路的采样信号输入端连接，所述变压器T1的初级线圈另一端与开关管Q5的源极连接，所述开关管Q5的漏极接地，所述开关管Q5的栅极与电阻R4一端连接，所述电阻R4另一端与控制电路的输出端连接。 [0009] 较为优选的，所述控制电路包括采样电路、基准电压控制电路和控制电路芯片U5，所述采样电路的输入端与所述第二整流滤波器的输出端连接，所述采样电路的输出端与控制电路芯片U5的采样信号输入端连接，所述基准电压控制电路的输出端与所述控制电路芯片U5的基准电压信号输入端连接，所述控制电路芯片U5的控制信号输出端与电阻R4另一端连接。 [0010] 较为优选的，所述基准电压控制电路根据计算机下发的基准电压控制信号产生基准电压并输入至所述控制电路芯片U5的基准电压信号输入端。 [0011] 较为优选的，还包括地面控制系统，所述牵引器反馈工作状态信息并经所述地面控制系统解码后发送至所述计算机，所述计算机根据所述工作状态信息将基准电压控制信号经所述地面控制系统发送至所述基准电压控制电路。 [0012] 较为优选的，所述计算机根据所述工作状态信息发送基准电压控制信号包括： [0013] 若所述牵引器从静止开始运动或牵引器运动中负载增大，则所述基准电压控制信号增大。 [0014] 较为优选的，所述控制电路对所述开关管Q5的控制包括： [0015] 当采样信号的电压值与基准电压出现差异时，控制电路芯片U5输出控制信号控制开关管Q5的占空比； [0016] 当采样信号的电压值低于基准电压时，控制电路芯片U5提高开关管Q5的占空比； [0017] 当采样信号的电压值高于基准电压时，控制电路芯片U5降低开关管Q5的占空比。 [0018] 较为优选的，所述第一整流滤波器包括第一全波整流电路和第一滤波电路，所述第一全波整流电路的输入端与市电连接，输出端与所述第一滤波电路的输入端连接，所述第一滤波电路的输出端分别与变压器T1的初级线圈一端和控制电路芯片U5的供电信号输入端连接，所述第一滤波电路包括电容C1、C2、C3、C4、C5以及电感L1，所述电容C1、C2、C3的一端与电感L1的一端连接，所述C4、C5的一端与电感L1的另一端连接，所述电容C1、C2、C3、C4、C5的另一端接地。 [0019] 较为优选的，所述第二整流滤波器包括第二全波整流电路和第二滤波电路，所述第二全波整流电路的输入端与变压器T1的次级线圈连接，输出端与所述第二滤波电路的输入端连接，所述第二滤波电路的输出端分别与牵引器供电端和控制电路的采样信号输入端连接，所述第二滤波电路包括电容C6、C7、C8、C9、C10以及电感L2，所述电容C6、C7、C8的一端与电感L2的一端连接，所述C9、C10的一端与电感L2的另一端连接，所述电容C6、C7、C8、C9、C10的另一端接地。 [0020] 较为优选的，采样电路包括电阻R1～R3，所述电阻R3一端与第二整流滤波器的输出端连接，电阻R3另一端与电阻R2一端连接，所述电阻R2另一端与电阻R1一端和控制电路芯片U5的采样信号输入端连接，所述电阻R1另一端接地。 [0021] 较为优选的，所述电容C1、C2、C4为电解电容，容量大于1000μF，电容C3、C5为陶瓷电容，容量不小于20μF。 [0022] 较为优选的，电容C6、C7、C9为电解电容，容量大于100μF，电容C8、C10为无极性陶瓷电容，容量不小于20μF。 [0023] 本发明还提供一种牵引器智能供电控制装置的控制方法，包括： [0024] 当采样信号的电压值与基准电压出现差异时，控制电路芯片U5输出控制信号控制开关管Q5的占空比； [0025] 当采样信号的电压值低于基准电压时，控制电路芯片U5提高开关管Q5的占空比； [0026] 当采样信号的电压值高于基准电压时，控制电路芯片U5降低开关管Q5的占空比。 [0027] 本发明的有益效果为： [0028] 1、第一整流滤波器将市电转变成低压直流电源，低压直流电压使控制电路工作，同时低压直流电源通过开关电路和第二整流滤波电路输出，为牵引器提供电源。控制电路的控制信号输出端连接至开关电路的开关管栅极，通过调整控制电路的控制信号输出，能控制开关管Q5的占空比，在变压器T1的次级端产生高压脉冲，经第二整流滤波器输出高压直流电源。该直流电源经电缆输送到牵引器，提供牵引器各种工作状态所需要的工作电源。从而达到通过控制电路自动控制电源输出不同电压的目的，可自动及时、精准调节电源，避免了牵引器的损坏，节约了人力。 [0029] 2、设置地面控制系统将牵引器反馈工作状态信息解码后发送至计算机，从而使计算机能根据不同的牵引器状态输出不同的基准电压控制信号，控制电路通过基准电压控制电路将对应的基准电压输出至控制电路芯片U5，并与采样电压进行比对，从而控制Q5的占空比，使第二整流滤波电路输出变化。实现了根据牵引器工作状态自动调节电源输出的目的，其调节自动化程度高，灵活度高，进一步避免了牵引器的损坏，并保证了牵引器的正常工作。附图说明 [0030] 图1为本发明的电路连接原理示意图。 [0031] 图中：1‑大功率开关电源，101‑第一整流滤波器，102‑开关电路，103‑第二整流滤波器，2‑控制电路，201‑采样电路，202‑基准电压控制电路，203‑控制电路芯片U5，4‑计算机，5‑地面控制系统 具体实施方式[0032] 为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。 [0033] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。 [0034] 在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。“多个”表示“两个或两个以上”。 [0035] 实施例一 [0036] 图1示出了本申请较佳实施例(图1示出了本申请第一实施例)提供的一种牵引器智能供电控制装置的电路连接原理示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下： [0037] 一种牵引器智能供电控制装置，包括大功率开关电源1、控制电路2、地面控制系统5和计算机4。 [0038] 大功率开关电源1包括第一整流滤波器101、开关电路102和第二整流滤波器103。开关电路102包括变压器T1、电阻R4和开关管Q5，第一整流滤波器101一端连接市电，另一端连接至变压器T1的初级线圈一端和控制电路U5的7端，变压器T1的次级线圈与第二整流滤波器103的输入端连接，第二整流滤波器103的输出端通过电缆分别与牵引器供电端和控制电路2的输入端连接，变压器T1的初级线圈另一端与开关管Q5的源极连接，开关管Q5的漏极接地，开关管Q5的栅极与电阻R4一端连接，电阻R4另一端与控制电路2的输出端连接。 [0039] 在一个实施例中，控制电路2包括采样电路201、基准电压控制电路202和控制电路芯片U5203，采样电路201的输入端与第二整流滤波器103的输出端连接，采样电路201的输出端与控制电路芯片U5203的采样信号输入端连接，基准电压控制电路202的输出端与控制电路芯片U5203的基准电压信号输入端连接，控制电路芯片U5203的控制信号输出端与电阻R4另一端连接。基准电压控制电路202根据计算机下发的基准电压控制信号产生基准电压并输入至控制电路芯片U5203的基准电压信号输入端。地面控制系统5一端通过电缆与牵引器连接，一端与基准电压控制电路202和控制电路2连接，一端与计算机连接。 [0040] 牵引器反馈工作状态信息并经地面控制系统5解码后发送至计算机，计算机根据工作状态信息将基准电压控制信号经地面控制系统5发送至基准电压控制电路202。 [0041] 在一个实施例中，计算机4根据工作状态信息发送基准电压控制信号包括： [0042] 若牵引器从静止开始运动或牵引器运动中负载增大，则基准电压控制信号增大开关电源输出电压。 [0043] 本装置的工作原理如下： [0044] 第一整流滤波器101将市电转变成低压直流电源，低压直流电压使控制电路的控制芯片U5工作，控制芯片的15端接到采样电路的采样信号和11端基准电压控制电路产生的基准信号进行比较，产生调整信号，调整信号从芯片U5的5端输出，控制开关管的Q5的通断，使变压器T1的初极产生电压脉冲，从而变压器的次级产生高压脉冲，第二整流滤波器103进行整流滤波，从C10端输出高压电源。 [0045] 计算机4通过牵引器工作状态采集系统发出牵引器工作状态信息经电缆输送到地面控制系统5，地面控制系统5进行解码，给计算机4，计算机4根据牵引器工作状态，自动发出牵引器工作需要的电源控制指令，控制指令经地面控制系统5解码后输出控制信号。在控制信号作用下，基准电压控制电路202产生基准信号。采样电路201(由R1、R2、R3组成)对开关电源102输出的电源进行检测、得到采样信号。控制电路2的控制芯片U5将基准信号和采样信号进行比较，产生调整信号，调整信号从芯片U5的5端输出，控制开关管Q5的占空比，在变压器的次级端产生脉冲，经第二整流滤波器103输出的直流电源。直流电源经电缆输送到牵引器，提供牵引器各种工作状态所需要的工作电源。 [0046] 在一个实施例中，第一整流滤波器101包括第一全波整流电路和第一滤波电路，第一全波整流电路的输入端与市电连接，输出端与第一滤波电路的输入端连接，第一滤波电路的输出端分别与变压器T1的初级线圈一端和控制电路芯片U5203的供电信号输入端连接。其中，第一全波整流电路由D1、D2、D3、D4四个二极管串联连接组成。二极管D1的负级与二极管D3负极连接，D3的正极与D2的负极连接，D2的正极与D4的正极连接，D4的负极与D1的正极连接，市电的A端与二极管D1和D4连接，市电的B端与二极管D2和D3连接。整流电路利用交流的正负交流电，交流的正半周接入整流电路时，二极管D1、D2导通，交流负半周接入整流电路时，二极管D3、D4导通，将交流市电转换成脉动成分直流电源，通过D1和D3连接处输出。脉动成分直流电源连接到第一滤波电路。第一滤波电路包括电容C1、C2、C3、C4、C5以及电感L1，电容C1、C2、C3的一端与电感L1的一端连接，C4、C5的一端与电感L1的另一端连接，电容C1、C2、C3、C4、C5的另一端接地。C1、C2、C4为电解电容，容量大于1000μF，C3、C5为无极性陶瓷电容，容量不小于20μF，电容耐压值都不低于250伏，确保整流电路输出的脉动直流电形成一个平滑的纯净直流电。 [0047] 在一个实施例中，第二整流滤波器103包括第二全波整流电路和第二滤波电路，第二全波整流电路的输入端与变压器T1的次级线圈连接，输出端与第二滤波电路的输入端连接，第二滤波电路的输出端分别与牵引器供电端和控制电路2的采样信号输入端连接。第二滤波电路包括电容C6、C7、C8、C9、C10以及电感L2，电容C6、C7、C8的一端与电感L2的一端连接，C9、C10的一端与电感L2的另一端连接，电容C6、C7、C8、C9、C10的另一端接地。第二整流滤波器103与第一整流滤波器101结构、原理相同。但电容的参数和作用有所不同。第一整流滤波器101电容对频率不作要求，只是C1、C2、C4为电解电容，容量大于1000μF，C3、C5陶瓷电容，容量不小于20μF，耐压值都不低于250伏，这样能很好地将市电经变成一个平滑的纯净直流电。第二整流滤波器103使用的电容为高频电容，C6、C7、C9为电解电容、容量大于100μF，C8、C10为无极性陶瓷电容，容量不小于20μF，耐压值都不低于1000伏，这样能更好将变压器次极输出的高频高压脉宽信号进行滤波，形成一个高压纯净直流电。 [0048] 在一个实施例中，开关电路由一个变压器、开关管MOS和电阻R4组成。变压器的初级一端与第一整流滤波器101输出端的C5连接，变压器另一端与开关管的源极连接，开关管漏极与地连接，开关管栅极与电阻R4一端连接，电阻R4的另一端与控制电路U5芯片5端。变压器的次级一端与第二整流滤波器103的D5、D8连接处连接，另一端与D6、D7连接处连接，变压器选用高频变压器，工作频率超过10kHz。通过控制开关管Q5导通或截止的时间比率，控制开关电源输出电压大小。 [0049] 在一个实施例中，控制信号由芯片U5的5端输出，经R4接到开关管的栅极端。当开关管在导通前，变压器的初级处于直流电压状态，电压值等于第一整流滤波器101输出电压值。当控制信号将开关管Q5导通，即开关管的源极和漏极连通，这样变压器的初极一端经开关管Q5与地连接，使变压器初级电压值瞬间降至0伏，当控制信号将开关管Q5截止时，即开关管的源极和漏极断开，变压器初级电压瞬间上升到第一整流滤波器101输出电压值，这样变压器初级端产生一个脉冲电压，脉冲电压经变压器升压，在变压器次级端形成另一个高压脉冲电压。脉冲电压再经第二整流滤波器103，从C10一端输出高压直流电。 [0050] 在一个实施例中，采样电路201包括电阻R1～R3，电阻R3一端与第二整流滤波器103的输出端的C10连接，电阻R3另一端与电阻R2一端连接，电阻R2另一端与电阻R1一端和控制电路芯片U5203的采样信号输入端连接，电阻R1另一端接地。第二整流滤波器103输出电源从C10一端输出，经R3、R2、R1接地，在各电阻分压下，取电阻R1电压值作为采样电压信号，采样电压信号与控制电路芯片U5的15端连接。 [0051] 控制电路是由基准电压控制电路和控制芯片U5SI9120组成。 [0052] 芯片11端与基准电压控制电路连接，5端与开关电路的R4一端连接，7端与第一整流滤波器101的输出端C5连接，15端与开关管的R4的一端连接。 [0053] 第一整流滤波器101工作后，在C5端输出直流电压，该直流电压接到芯片7端，为芯片提供工作电源，使芯片开始工作。 [0054] 芯片11端接到基准电压控制电路的调整信号和芯片15端接到采样电路送入的采样信号进行比较，根据两者之间的关系，在5端产生一定频率的正弦波调整信号。调整信号经电阻R4加载到开关管Q5的栅极，控制开关管导通截止。 [0055] 当C10输出电压值低于牵引器供电要求时，需要增大C10端输出电压。计算机将发出增压指令，改变基准电压，芯片5端输出更高频率正弦波，使变压器次级输出的脉冲电压频率增加，从而高频率电压经第二整流滤波器103后，输出的直流电将增加。反之降低第二整流滤波器103输出的直流电。这样可以通过基准电压控制电路产生的调整信号，改变控制芯片U5的5端输出控制信号的频率，从而改变开关管占空比，达到改变变频器次级端的电压变化频率，最终实现调节第二整流滤波器103输出的直流电压的大小。 [0056] 第二整流滤波器103与第一整流滤波器101结构、原理相同。但电容的参数和作用有所不同。第一整流滤波器101电容对频率不作要求，只是C1、C2、C4为电解电容，容量大于1000μF，C3、C5陶瓷电容，容量不小于20μF，耐压值都不低于250伏，这样能很好地将市电经变成一个平滑的纯净直流电。第二整流滤波器103使用的电容为高频电容，C6、C7、C10为电解电容、容量大于100μF，C8、C9为无极性陶瓷电容，容量不小于20μF，耐压值都不低于1000伏，这样能更好将变压器次极输出的高频高压脉宽信号进行滤波，形成一个高压纯净直流电。 [0057] 牵引器工作状态需要发生变化，需要改变牵引器供电，才能完成牵引器的各项工作状态的要求，计算机根据所述工作状态信息发送相应的基准电压控制信号。若牵引器工作状态发生变化时，比如牵引器从静止开始运动或牵引器运动中负载增大，需要增大工作电源的电压，才能保证牵引器正常工作。牵引器内的通讯系统发出牵引器工作状态信息，经电缆输送到地面控制系统，地面控制系统对牵引器工作状态信息进行解码，并送至计算机，计算机进行分析后，发出新的电源控制指令，在电压控制指令作用下，改变大功率开关电源的输出电压，直至达到牵引器供电要求。 [0058] 实施例二 [0059] 本实施例还提供一种牵引器智能供电控制装置的控制方法，包括： [0060] 当采样信号的电压值与基准电压出现差异时，控制电路芯片U5输出控制信号控制开关管Q5的占空比； [0061] 当采样信号的电压值低于基准电压时，控制电路芯片U5 203提高开关管Q5的占空比； [0062] 当采样信号的电压值高于基准电压时，控制电路芯片U5 203降低开关管Q5的占空比。 [0063] 以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。 |
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