專利名稱：160kw超聲波功率源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種油田采油用的超聲波功率電源。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進步.超聲波在超聲焊接、超聲清洗、干燥、霧化、導(dǎo)航、測距、育種等領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛。在油田采油技術(shù)領(lǐng)域中，超聲波技術(shù)在油田開采過程中的應(yīng)用也越來越廣泛，在油田開采技術(shù)中常用的是大功率超聲波技術(shù)實現(xiàn)清堵和增油技術(shù)，通過聲波處理生產(chǎn)油井、注水井及近井油層，從而解除采油井、注水井的堵塞，對于提高中后期油井的產(chǎn)量及油田采收率具有重要意義。 現(xiàn)在的大功率超聲波電源大都采用頻率跟蹤控制或功率控制。這種單一控制方法不僅會降低超聲波電源效率，而且會影響輸出精度和強度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了提供一種適用于超大功率超聲波一體化測油設(shè)備的功率源。本發(fā)明所述的160KW超聲波功率源包括平板電腦、隔離電源、信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置、IGBT驅(qū)動裝置和IGBT電路，隔離電源用于為平板電腦、信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置和IGBT驅(qū)動裝置提供工作電源，所述隔離電源還給IGBT電路提供驅(qū)動的直流電源，平板電腦通過串行通信端口與信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置連接，該信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置輸出PWM驅(qū)動信號給IGBT驅(qū)動裝置，所述IGBT驅(qū)動裝置輸出驅(qū)動信號給IGBT電路，所述IGBT電路輸出功率電源。本發(fā)明采用隔離電源為各部件提供相互隔離的工作電源，有利于各部件的穩(wěn)定工作、有效防止相互之間的干擾。平板電腦用于設(shè)定的輸出的PWM脈沖的頻率、占空比、群空比和脈沖群寬，并通過串行通信端口發(fā)送給信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置；該平板電腦還可以存儲并顯示接收到的數(shù)據(jù)采集信息，該平板電腦還用于根據(jù)接收到的各種溫度信息判斷是否出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，并在出現(xiàn)過熱現(xiàn)象時通過串行通信端口控制信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置停止產(chǎn)生PWM信號，以實現(xiàn)保護。信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置用于將采集的模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號之后通過串行通信端口發(fā)送給平板電腦；還用于根據(jù)平板電腦發(fā)送的頻率、占空比、群空比和脈沖群寬控制產(chǎn)生相應(yīng)的PWM控制信號。所述PWM控制信號的脈沖群寬可調(diào)，可調(diào)范圍是10毫秒至100毫秒之間。所述PWM控制信號的無脈沖時間可調(diào)，可調(diào)范圍是10毫秒至800毫秒之間。所述PWM控制信號的群空比可調(diào)，可調(diào)范圍是1:廣1:8。本發(fā)明所述的功率源是一種超聲波電源，其輸出的是脈沖信號，其輸出的脈沖信號的特點為連續(xù)輸出若干脈沖組成一群，該連續(xù)輸出的脈沖群的頻率為18kHf30kHz，該群脈沖的整體時間寬度為脈沖群寬；輸出一群連續(xù)脈沖之后會間隔一段時間無脈沖輸出，該段時間稱之為無脈沖時間。所述群空比是脈沖群寬的時間與無脈沖時間之比值本發(fā)明所述的功率源可采集多種反映自身工作狀態(tài)的模擬量，例如可以采集橋臂電壓、橋臂電流、散熱片溫度、機箱溫度、輸出變壓器溫度、輸出電壓以及輸出電流等模擬量。本發(fā)明所述的功率源中還設(shè)置有輸出過流保護、環(huán)境過溫保護、散熱片過溫保護、輸出變壓器過溫保護以及橋臂過欠壓保護功能的電路，能夠保證功率源能夠可靠穩(wěn)定的工作。 本發(fā)明所述的功率源采用間歇輸出連續(xù)脈沖群的方式產(chǎn)生超聲波，采用該種驅(qū)動方式驅(qū)動換能器應(yīng)用于采油系統(tǒng)的各個油層，能夠有效提高原油產(chǎn)量45% 55%，提高采收率12%以上。
圖I是本發(fā)明所述的功率源的原理圖；圖2是具體實施方式
二所述的信號采集及PWM波產(chǎn)生裝置的電路原理圖；圖3是具體實施方式
三所述的IGBT驅(qū)動裝置的電路原理圖；圖4是具體實施方式
四所述的殼體的結(jié)構(gòu)示意圖。實施方式具體實施方式
一、本實施方式所述的160KW超聲波功率源包括平板電腦、隔離電源、信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置、IGBT驅(qū)動裝置和IGBT電路，隔離電源用于為平板電腦、信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置和IGBT驅(qū)動裝置提供工作電源，所述隔離電源還給IGBT電路提供驅(qū)動的直流電源，平板電腦通過串行通信端口與信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置連接，該信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置輸出PWM驅(qū)動信號給IGBT驅(qū)動裝置，所述IGBT驅(qū)動裝置輸出驅(qū)動信號給IGBT電路，所述IGBT電路輸出功率電源。本實施方式中，平板電腦與信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置之間采用CAN串行通信方式實現(xiàn)，進而達到數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚倏煽俊１緦嵤┓绞街械钠桨咫娔X用于設(shè)定的輸出的PWM脈沖的頻率、占空比、群空比和脈沖群寬，并通過串行通信端口發(fā)送給信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置；該平板電腦還可以存儲并顯示接收到的數(shù)據(jù)采集信息，該平板電腦還用于根據(jù)接收到的各種溫度信息判斷是否出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，并在出現(xiàn)過熱現(xiàn)象時通過串行通信端口控制信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置停止產(chǎn)生PWM信號，以實現(xiàn)保護。信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置用于將采集的模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號之后通過串行通信端口發(fā)送給平板電腦；還用于根據(jù)平板電腦發(fā)送的頻率、占空比、群空比和脈沖群寬控制產(chǎn)生相應(yīng)的PWM控制信號。本實施方式中的PWM控制信號的脈沖群寬可調(diào)，可調(diào)范圍是10毫秒至100毫秒之間。本實施方式中的PWM控制信號的無脈沖時間可調(diào)，可調(diào)范圍是10毫秒至800毫秒之間。本實施方式中所述的PWM控制信號的群空比可調(diào)，可調(diào)范圍是1:廣1:8。本實施方式所述的功率源是一種超聲波電源，其輸出的是脈沖信號，其輸出的脈沖信號的特點為連續(xù)輸出若干脈沖組成一群，該連續(xù)輸出的脈沖群的頻率為ISkHf 30kHz，該群脈沖的整體時間寬度為脈沖群寬；輸出一群連續(xù)脈沖之后會間隔一段時間無脈沖輸出，該段時間稱之為無脈沖時間。所述群空比是脈沖群寬的時間與無脈沖時間之比值。本實施方式中的平板電腦可以采用北京鼎升力創(chuàng)的PPC — 104X平板電腦，這是一款低功耗的高性能嵌入式電腦，人機界面采用了 10. 4英寸的TFT真彩液晶屏，顯示分辨率達800X600 ;使用超低電壓的賽揚400處理器，可以有效降低能耗，不使用風(fēng)扇，可長期穩(wěn)定運行。美觀堅固，抗震性好，電磁屏蔽性好。使用WINXPE操作系統(tǒng)，穩(wěn)定性好，支持直接關(guān)機。平板電腦通過觸摸屏對其進行操作，簡單方便具體實施方式
二、本實施方式是對具體實施方式
一所述的160KW超聲波功率源中的信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)做進一步限定，本實施方式中所述的信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置包括電源裝置、鉬電阻采樣單元、電壓采樣單元、電流霍爾采樣單元、隔離通信單元和控制裝置，所述電源裝置用于為鉬電阻采樣單元、電壓采樣單元、電流霍爾采樣 單元、隔離通信單元和控制裝置提供工作電源，所述鉬電阻采樣單元用于采集散熱片的溫度、變壓器的表面溫度和環(huán)境溫度，并將所述溫度發(fā)送給控制裝置；所述電壓采樣單元用于采集IGBT電路的橋臂電壓信號，并將該電壓信號發(fā)送給控制裝置；所述電流霍爾采樣單元用于采集輸出電流，并將該電流發(fā)送給控制裝置；對所述隔離通信單元與控制裝置的串行通信口連接，并提供對外的串行通信端口 ；控制裝置輸出PWM驅(qū)動信號給IGBT驅(qū)動裝置。本實施方式中的隔離通信單元能夠?qū)崿F(xiàn)控制裝置與外部的隔離通信。本實施方式中的采集及PWM信號產(chǎn)生裝置用于實現(xiàn)各種現(xiàn)場模擬數(shù)據(jù)信號的采集，還用于依據(jù)平板電腦通過串行通信端口發(fā)送的設(shè)定的參數(shù)產(chǎn)生PWM控制信號。本實施方式中的隔離電源，用于為不同的裝置產(chǎn)生相互隔離的工作電源，進而避免使用共同的電源對電路性能產(chǎn)生影響。本實施方式中的控制裝置中集成有模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，進而實現(xiàn)將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的功能，然后對數(shù)字信號進行各種處理和傳輸。本實施方式中算的控制裝置中嵌入有軟件程序，該程序采用中斷方式接收與平板電腦連接的串行端口發(fā)送的數(shù)據(jù)，還采用中斷方式產(chǎn)生PWM控制信號。本實施方式中的鉬電阻采樣單元用于采集散熱片的溫度、變壓器的表面溫度和環(huán)境溫度并輸入給控制裝置，控制裝置實時將所述采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給平板電腦，當(dāng)平板電腦判斷溫度超過設(shè)定值時，將會通過串行端口發(fā)送控制信號給信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置停止發(fā)出PWM控制信號，停止功率源工作，進而實現(xiàn)環(huán)境過溫保護、散熱片過溫保護和輸出變壓器過溫保護。本實施方式中的電流霍爾采樣單元實時采集輸出電流并發(fā)送給信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置，所述信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置將采集的電流信息實時發(fā)送給平板電腦，平板電腦根據(jù)電流數(shù)據(jù)判斷是否出現(xiàn)過流情況，當(dāng)出現(xiàn)過流情況時，通過串行通信端口發(fā)送控制信息給信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置，使其停止產(chǎn)生PWM控制信號，停止功率源工作，進而實現(xiàn)作輸出過流保護。本實施方式中的電壓采樣單元用于采集IGBT電路的橋臂電壓信號，并將該電壓信號發(fā)送給信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置，該信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置實時將采集到的電壓信號發(fā)送給平板電腦，平板電腦判定所述電壓信號是否欠壓，如果欠壓則通過串行通信端口發(fā)送控制信號給信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置，使其停止輸出PWM控制信號，進而是功率源停止工作，實現(xiàn)橋臂過欠壓保護。
具體實施方式
三、本實施方式是對具體實施方式
一所述的160KW超聲波功率源中的IGBT電路的結(jié)構(gòu)做進一步限定，本實施方式中的IGBT電路包括啟動電路、三相整流電路、電容、四個IGBT、四個電阻和變壓器，三相整流電路用于將輸入的三相電流整流獲得直流電源DC，啟動電路用于控制三相整流電路的啟動與停止；該啟動電路的控制信號輸入端連接所述信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置的控制信號輸出端；所述三相整流電路的直流輸出側(cè)并聯(lián)有電容，每兩個IGBT串聯(lián)形成一個橋臂，四個IGBT組成的 兩個橋臂并聯(lián)在所述三相整流電路的直流輸出側(cè)，一個橋臂的上側(cè)IGBT的控制端與另一個橋臂的下側(cè)IGBT的控制端分別通過電阻與控制裝置輸出的一個PWM控制信號輸出端PWMl耦合連接，所述一個橋臂的下側(cè)IBGT的控制端與所述另一個橋臂的上側(cè)IGBT的控制端分別通過電阻與控制裝置輸出的另一個PWM控制信號輸出端PWM2耦合連接，所述兩個橋臂的中心點分別與變壓器的初級繞組的兩端連接，所述變壓器的次級繞組為脈沖信號輸出端。本實施方式中的電容可以采用薄膜電容，所述薄膜電容具有使用壽命長的優(yōu)點。本實施方式中的變壓器的鐵芯采用進口納米晶鐵芯，該中鐵芯具有磁芯具有高磁導(dǎo)率、高矩形比、磁芯損耗低、高溫穩(wěn)定性好等優(yōu)點。本實施方式中的IGBT采用高速IGBT，例如可以采用型號為FF300R12KS4的IGBT。
具體實施方式
四、本實施方式是對具體實施方式
一至三所述的160KW超聲波功率源的進一步限定，本實施方式中增加了殼體，所述殼體參見圖4所示，所述殼體為長方體結(jié)構(gòu)，在所述長方體的一個側(cè)壁采用散熱結(jié)構(gòu)，在該散熱結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)固定大功率器件，在與該側(cè)壁相對的另一個側(cè)壁的下半采用散熱結(jié)構(gòu)，并且在與該散熱結(jié)構(gòu)相鄰近的另外兩個側(cè)壁的下半部也設(shè)置有散熱結(jié)構(gòu)，給冷風(fēng)的進入提供通道。本實施方式所述的結(jié)構(gòu)便于在殼體內(nèi)部產(chǎn)生空氣流通，進而實現(xiàn)良好的散熱。
權(quán)利要求
1.160KW超聲波功率源，其特征在于，它包括平板電腦、隔離電源、信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置、IGBT驅(qū)動裝置和IGBT電路，隔離電源用于為平板電腦、信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置和IGBT驅(qū)動裝置提供工作電源，所述隔離電源還給IGBT電路提供驅(qū)動的直流電源，平板電腦通過串行通信端口與信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置連接，該信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置輸出PWM驅(qū)動信號給IGBT驅(qū)動裝置，所述IGBT驅(qū)動裝置輸出驅(qū)動信號給IGBT電路，所述IGBT電路輸出功率電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的160KW超聲波功率源，其特征在于，平板電腦與信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置之間采用CAN串行通信方式實現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的160KW超聲波功率源，其特征在于，所述PWM控制信號的脈沖群寬可調(diào)，可調(diào)范圍是10毫秒至100毫秒之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的160KW超聲波功率源，其特征在于，所述PWM控制信號的無脈沖時間可調(diào)，可調(diào)范圍是10毫秒至800毫秒之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的160KW超聲波功率源，其特征在于，其特征在于所述的PWM控制信號的群空比可調(diào)，可調(diào)范圍是1:廣1:8。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的160KW超聲波功率源，其特征在于，所述信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置包括電源裝置、鉬電阻采樣單元、電壓采樣單元、電流霍爾采樣單元、隔離通信單元和控制裝置，所述電源裝置用于為鉬電阻采樣單元、電壓采樣單元、電流霍爾采樣單元、隔離通信單元和控制裝置提供工作電源，所述鉬電阻采樣單元用于采集散熱片的溫度、變壓器的表面溫度和環(huán)境溫度，并將所述溫度發(fā)送給控制裝置；所述電壓采樣單元用于采集IGBT電路的橋臂電壓信號，并將該電壓信號發(fā)送給控制裝置；所述電流霍爾采樣單元用于采集輸出電流，并將該電流發(fā)送給控制裝置；對所述隔離通信單元與控制裝置的串行通信口連接，并提供對外的串行通信端口 ；控制裝置輸出PWM驅(qū)動信號給IGBT驅(qū)動裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的160KW超聲波功率源，其特征在于，所述IGBT電路包括啟動電路、三相整流電路、電容、四個IGBT、四個電阻和變壓器，三相整流電路用于將輸入的三相電流整流獲得直流電源DC，啟動電路用于控制三相整流電路的啟動與停止；該啟動電路的控制信號輸入端連接所述信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置的控制信號輸出端；三相整流電路的直流輸出側(cè)并聯(lián)有電容，每兩個IGBT串聯(lián)形成一個橋臂，四個IGBT組成的兩個橋臂并聯(lián)在所述三相整流電路的直流輸出側(cè)，一個橋臂的上側(cè)IGBT的控制端與另一個橋臂的下側(cè)IGBT的控制端分別通過電阻與控制裝置輸出的一個PWM控制信號輸出端耦合連接，所述一個橋臂的下側(cè)IBGT的控制端與所述另一個橋臂的上側(cè)IGBT的控制端分別通過電阻與控制裝置輸出的另一個PWM控制信號輸出端耦合連接，所述兩個橋臂的中心點分別與變壓器的初級繞組的兩端連接，所述變壓器的次級繞組為脈沖信號輸出端。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的160KW超聲波功率源，其特征在于，所述電容采用薄膜電容。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的160KW超聲波功率源，其特征在于，所述變壓器的鐵芯采用進口納米晶鐵芯。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的160KW超聲波功率源，其特征在于，所述IGBT釆用高速IGBT0
全文摘要
160KW超聲波功率源，涉及電源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種油田采油用的超聲波功率電源。本發(fā)明中的采用隔離電源為各部件提供相互隔離的工作電源，平板電腦通過串行通信端口與信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置連接，該信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置輸出PWM驅(qū)動信號給IGBT驅(qū)動裝置，IGBT驅(qū)動裝置輸出驅(qū)動信號給IGBT電路，所述IGBT電路輸出功率電源。平板電腦用于設(shè)定輸出的PWM脈沖的頻率、占空比、群空比和脈沖群寬，并通過串行通信端口發(fā)送給信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置；該平板電腦還用于根據(jù)接收到的各種溫度信息判斷是否出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，進而控制信號采集及PWM信號產(chǎn)生裝置停止產(chǎn)生PWM信號，以實現(xiàn)保護。本發(fā)明適用于油田采油技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號H02M1/088GK102882360SQ201210337390
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月13日
發(fā)明者楊貴杰, 黃濱, 黃昊骎, 單長城, 劉寶貴 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)