井下电能无线传输系统非接触变压器研究
本文选题:油田钻井 + 电能无线传输 ; 参考:《山东大学》2015年硕士论文
【摘要】:随着我国社会与经济不断发展,国家对能源的需求量越来越大,油田开采越来越困难,旋转导向钻井与垂钻测井是近年来发展起来的测井技术,与之相关的测井仪器中,旋转件与非旋转件之间的电能传输是目前难以解决的难题。本论文主要针对油田钻井中采用有线方式供电时的一些问题,设计了一种油田井下无线供电的方法,可以解决采用滑环等有线方式向井下用电设备供电时因磨损需要经常更换的问题,不仅降低了成本,而且提高了工作效率。首先介绍了电磁模型的常用数值计算方法,如有限差分法、矩量法、时域有限差分法、有限元法,并分析了各种方法的优缺点,重点介绍了有限元法的建模过程求解方法。其次对非接触变压器的原理和基本等效电路进行了分析,并且为了提高非接触式变压器的传输效率和输出功率,详细地分析了各种电路补偿方法的实现方案,对于非接触变压器的实际应用具有重要的指导意义。最后提出了油田井下采用无线功率传输的实现方法,并对整个系统的关键部分非接触变压器进行了优化和设计,分析了变压器两线圈的间距、工作频率、负载的阻抗、钻铤材料对传输效率和输出功率的影响,提出了利用铁氧体材料降低钻铤涡流损耗的方案,实现了变压器初级和次级串联谐振补偿模型。结果表明,该结构不仅大大降低了涡流损耗,而且获得了较大的传输效率和功率。以上工作和结论对于井下无线功率传输系统的设计和应用具有重要的指导意义。
[Abstract]:With the development of our country's society and economy, the demand for energy is increasing, and the exploitation of oil fields is becoming more and more difficult. Rotary steering drilling and vertical drilling logging are the logging techniques developed in recent years, which are related to the logging tools. It is difficult to solve the problem of electric energy transmission between rotating parts and non-rotating parts. In this paper, a wireless power supply method is designed to solve the problems of using wired power supply in oil drilling. It can solve the problem that the power supply of underground electric equipment needs to be replaced frequently because of wear and tear, which not only reduces the cost, but also improves the working efficiency. Firstly, the common numerical calculation methods of electromagnetic model, such as finite difference method, moment method, finite difference time domain method and finite element method, are introduced. The advantages and disadvantages of these methods are analyzed, and the method of solving the modeling process of finite element method is emphasized. Secondly, the principle and basic equivalent circuit of non-contact transformer are analyzed, and in order to improve the transmission efficiency and output power of non-contact transformer, the realization scheme of various circuit compensation methods is analyzed in detail. It has important guiding significance for the practical application of non-contact transformer. Finally, the realization method of wireless power transmission is put forward, and the key part of the whole system is optimized and designed. The distance between the two coils, the working frequency and the impedance of the load are analyzed. The effect of drill collar material on transmission efficiency and output power is discussed. A scheme of using ferrite material to reduce the eddy current loss of drill collar is proposed, and the primary and secondary series resonance compensation models of transformer are realized. The results show that the structure not only greatly reduces the eddy current loss, but also obtains higher transmission efficiency and power. The above work and conclusions have important guiding significance for the design and application of underground wireless power transmission system.
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TE927
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,本文编号:2086938
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