井下电能无线传输系统非接触变压器研究

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。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 电能传输的研究背景与现状

1．2 研究意义

1．3 本论文主要工作

第二章 电磁场数值计算方法

2．1 电磁场数值计算出现的背景

2．2 有限差分法

2．3 矩量法

2．4 时域有限差分法

2．5 有限元法

2．6 本章小节

第三章 非接触变压器等效电路及补偿分析

3．1 变压器的基本等效电路

3．2 非接触变压器基本等效电路分析

3．3 不同补偿方式电路分析

3．3．1 串联串联电容补偿方式分析

3．3．2 串联并联电容补偿方式分析

3．3．3 并联串联电容补偿方式分析

3．3．4 并联并联电容补偿方式分析

3．4 补偿方式的选择

3．5 本章小节

第四章 井下电能无线传输系统

4．1 油田井下电能传输背景

4．2 井下电能无线传输系统的组成及各部分的作用

4．2．1 非接触变压器的组成

4．2．2 两侧线圈的不同放置方法

4．3 非接触变压器相关概念介绍

4．3．1 趋肤效应与邻近效应

4．3．2 自感的计算

4．3．3 互感的计算

4．3．4 自感与互感的计算值

4．4 非接触变压器仿真与分析

4．4．1 未采用补偿时的情况

4．4．2 影响变压器电能传输效率的因素分析

4．4．3 采用串联串联电容补偿时的传输效率

4．4．4 未加补偿时金属屏蔽层与铁氧体屏蔽层比较

4．4．5 加入铁氧体与补偿电容时的情况

4．4．6 损耗及功率分析

4．5 本章小节

第五章 总结与展望

5．1 论文的主要工作

5．2 论文的不足与改进

参考文献

致谢

攻读硕士研究生期间研究成果