直流电源的低纹波实现方法研究

摘要

旋转导向钻井技术是目前最具代表性的先进钻井技术，旋转导向钻井系统中的姿态测量装置对钻头钻进过程中井斜角、方位角等参数进行测量，为钻头钻进轨迹的精确控制提供基础。为了研究姿态测量参数精度的提高方法，实验中用测斜仪来模拟钻井工具，使用高精度陀螺仪和三轴加速度计组合来测量姿态参数。由于传感器输出的信号很微弱，供电电源的纹波对测量精度有很大影响，虽然本身无纹波的电池能满足实验精度需求，但电池容量有限，无法进行长时间测量。所以高精度、低纹波、稳定可靠的直流电源已成为姿态参数高精度测量研究中要解决的关键问题。
　　论文从测斜仪姿态参数测量实验对电源稳定性、持续性和干扰等方面的需求出发，根据纹波控制技术和电力电子技术基本理论，对直流电源的低纹波实现方法进行研究，完成了旋转导向钻井工具姿态测量实验装置的供电方案设计。设计电源采用电池作为核心来充分发挥电池的无纹波特性，并采用双电池交替供电和充电结构来解决电池容量有限问题，同时利用线性电压调整电路来消除开关切换时产生的谐波，从而实现电源的低纹波输出。
　　对设计的低纹波直流电源进行了实验验证，结果表明，设计的电源开关切换过程中输出电压无变化，可以实现长期、稳定、低纹波的电压输出。与现有的电源相比，论文设计的电源具有结构简单、输出纹波低的优势。论文研究成果对提高测斜仪的测量精度有较重要意义。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 国内外电源技术的发展与现状

1．1．1 线性电源的发展及其优缺点

1．1．2 开关电源的发展及其优缺点

1．1．3 蓄电池的发展及其优缺点

1．2 课题来源及研究意义

1．3 主要工作内容

第二章 电源纹波分析

2．1 纹波的产生

2．2 纹波的危害

2．3 纹波的测量和参数

2．3．1 示波器测量电源纹波

2．3．2 交流毫伏表测量电源纹波

2．4 纹波的抑制方法

2．4．1 高频纹波的抑制

2．4．2 低频纹波的抑制

2．4．3 共模纹波的抑制

2．4．4 闭环控制环路纹波的抑制

2．5 本章小结

第三章 直流电源的低纹波实现方案

3．1 蓄电池供电的优缺点分析

3．2 低纹波直流电源设计方案

3．3 本章小结

第四章 低纹波直流电源电路设计

4．1 主体电路的设计

4．2 检测电路的设计

4．2．1 电池电压检测电路设计

4．2．2 充电电流检测电路设计

4．2．3 开关状态检测电路设计

4．3 控制电路的设计

4．3．1 控制逻辑分析

4．3．2 逻辑电路设计

4．4 本章小结

第五章 电路仿真及测试结果

5．1 电路仿真

5．1．1 蓄电池仿真模型设计

5．1．2 控制电路仿真分析

5．1．3 电源纹波输出仿真分析

5．2 电源纹波测试

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间公开发表的论文