本發(fā)明涉及一種用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的非接觸式電能傳輸系統(tǒng)，包括高頻逆變器、旋轉(zhuǎn)變壓器、以及電源變換器；旋轉(zhuǎn)變壓器的初級安裝在中心鉆桿上，次級安裝在非旋轉(zhuǎn)外套上；高頻逆變器固定在中心鉆桿中位于泥漿發(fā)電機(jī)與旋轉(zhuǎn)變壓器之間，電源變換器安裝在電子控制單元；泥漿發(fā)電機(jī)輸出的低頻三相交流信號經(jīng)高頻逆變器轉(zhuǎn)換為高頻單相交流信號，并輸出給旋轉(zhuǎn)變壓器的初級，旋轉(zhuǎn)變壓器的初級與次級間通過感應(yīng)電磁耦合傳遞能量，再通過旋轉(zhuǎn)變壓器的次級輸出給電源變換器。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的電能從轉(zhuǎn)子到定子的非接觸式的耦合傳輸，并滿足井下近鉆頭處隨鉆儀器設(shè)備的大功率供電需求。

1.一種用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的非接觸式電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于：包括高頻逆變器、
旋轉(zhuǎn)變壓器、以及電源變換器；所述旋轉(zhuǎn)變壓器的初級安裝在中心鉆桿上，次級安裝在非旋
轉(zhuǎn)外套上；高頻逆變器固定在中心鉆桿中位于泥漿發(fā)電機(jī)與旋轉(zhuǎn)變壓器之間，電源變換器安
裝在電子控制單元；泥漿發(fā)電機(jī)輸出的低頻三相交流信號經(jīng)高頻逆變器轉(zhuǎn)換為高頻單相交流
信號，并輸出給旋轉(zhuǎn)變壓器的初級，旋轉(zhuǎn)變壓器的初級與次級間通過感應(yīng)電磁耦合傳遞能量，
再通過旋轉(zhuǎn)變壓器的次級輸出給電源變換器；
所述電源變換器包括第二整流濾波電路、第二保護(hù)電路、軟啟動電路、第二PWM控制電
路、移相全橋ZVS變換電路、以及多路DCDC模塊；電源變換器中的第二整流濾波電路將旋轉(zhuǎn)
變壓器的次級輸出的高頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電，分別輸送給軟啟動電路、第二保護(hù)電路、移
相全橋ZVS變換電路；在初始上電時(shí)第二PWM控制電路由軟啟動電路的+15V供電，第二PWM
控制電路被激發(fā)后便輸出2組，共4路PWM信號，A、B路相位差180度，C、D路相位差180
度，分別控制著全橋ZVS變換電路的4組開關(guān)器件，所述4組開關(guān)器件的前2組為超前臂，
后2組為滯后臂；第二保護(hù)電路進(jìn)行電壓電流采集與運(yùn)算形成保護(hù)信號對第二PWM控制電路
進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)發(fā)生過壓過流情況便關(guān)閉PWM輸出；移相全橋ZVS變換電路接收到來自第
二全橋驅(qū)動電路輸出的驅(qū)動信號后，結(jié)合開關(guān)管并聯(lián)電容和變壓器的漏電感作為諧振元件使
四組開關(guān)器件依次在零電壓下導(dǎo)通；超前臂與滯后臂之間的驅(qū)動信號存在移相角α，通過輸
出電壓的閉環(huán)反饋以及PI調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)α角的大小，實(shí)現(xiàn)了+48V直流電穩(wěn)壓控制輸出；多路
DCDC模塊再將所述+48V直流電轉(zhuǎn)換為多路±15V、+5V穩(wěn)定直流電輸送隨鉆儀器和液壓動力
組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的非接觸式電能傳輸系統(tǒng)，其特征
在于：所述高頻逆變器包括第一整流濾波電路、第一保護(hù)電路、DCDC模塊、第一PWM控制電
路、第一全橋驅(qū)動電路、全橋變換電路，以及諧振補(bǔ)償電路；泥漿發(fā)電機(jī)輸出的低頻三相交
流信號經(jīng)高頻逆變器中的第一整流濾波電路轉(zhuǎn)換為直流電分別輸出給DCDC模塊、第一保護(hù)電
路以及全橋變換電路；第一PWM控制電路由DCDC模塊產(chǎn)生的+15V供電，并向第一全橋驅(qū)動
電路發(fā)出PWM脈沖控制信號；第一保護(hù)電路進(jìn)行電壓電流采集與運(yùn)算形成保護(hù)信號對第一PWM
控制電路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)發(fā)生過壓過流情況則關(guān)閉PWM輸出；全橋變換電路接收到來自第
一全橋驅(qū)動電路經(jīng)放大隔離輸出的PWM驅(qū)動信號，對全橋開關(guān)器件依次進(jìn)行開關(guān)控制，通過
全橋高頻正反導(dǎo)通從而使直流電轉(zhuǎn)換為高頻脈沖交流電，最后經(jīng)過諧振補(bǔ)償電路輸出給旋轉(zhuǎn)
變壓器的初級。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的非接觸式電能傳輸系統(tǒng)，其特征
在于：所述旋轉(zhuǎn)變壓器初級次級的繞組與磁芯間的氣隙均為2mm；旋轉(zhuǎn)變壓器初級的繞組與
次級的繞組的線圈匝數(shù)比為16：20。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的非接觸式電能傳輸系統(tǒng)，其特征
在于：所述電源變換器還包括數(shù)據(jù)采集電路和數(shù)據(jù)處理電路；數(shù)據(jù)處理電路由32位微處理器
以及外圍電路組成，將數(shù)據(jù)采集電路采集來的電壓電流信號以及其他電源運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)以CAN
總線數(shù)據(jù)信號的形式輸出給電子控制單元進(jìn)行監(jiān)控。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的非接觸式電能傳輸系統(tǒng)，其特征
在于：所述高頻逆變器與電源變換器中的發(fā)熱功率元器件均采用貼片封裝形式焊接在1mm厚
的鋁基板上，鋁基板底面均勻涂抹導(dǎo)熱膠緊貼在鋼體結(jié)構(gòu)上，表面涂膠以固定元器件。