[发明专利]用于井下应用的有源整流器

权利要求书

1.一种用于在井下生成选定电压的直流(DC)电能的设备，所述设备特征在于：

钻管(5)，所述钻管(5)被配置成钻出穿透地面(3)的钻孔(2)；

涡轮机(17)，所述涡轮机(17)耦合到所述钻管(5)且被配置成将流过所述钻管(5)的钻井流体(8)的能量转换为所述涡轮机(17)的旋转能量；

交流发电机(23)，所述交流发电机(23)被配置成将所述涡轮机(17)的所述旋转能量转换为交流(AC)电能；

磁性离合器(21)，所述磁性离合器(21)被安置在所述涡轮机(17)与所述交流发电机(23)之间且被配置为将旋转能量从涡轮机(17)的输出轴(20)传递到所述磁性离合器(21)的输出轴(30)，所述磁性离合器(21)的输出轴(30)机械地耦合到所述交流发电机(23)，其中所述磁性离合器(21)使用第一磁体(31)，所述第一磁体(31)与所述涡轮机(17)的输出轴(20)一起旋转，以与耦合到所述磁性离合器(21)的输出轴(30)的第二磁体(32)磁性地相互作用，以及

有源整流器(24)，所述有源整流器(24)耦合到所述交流发电机(23)且被配置成将所述AC电能整流为可控电压的DC电能，所述有源整流器(24)包括：(a)电桥电路，所述电桥电路针对所述AC电能的每一相位包括电路分支(41、42、43)，每一电路分支(41、42、43)包括第一整流器组(44)和第二整流器组(45)，在所述第一整流器组(44)与所述第二整流器组(45)之间具有与所述交流发电机(23)的连接，所述第一整流器组(44)包括半导体开关(46)，所述半导体开关(46)具有与二极管并联的电力传导端子且被配置成控制所述第一整流器组(44)上的电压，所述第二整流器组(45)包括半导体开关(46)，所述半导体开关(46)具有与二极管并联的电力传导端子且被配置成控制所述第二整流器组(45)上的电压；以及(b)包括微处理器(48)的反馈控制回路，所述反馈控制回路被配置成接收输出电压测量值以及至少一个电路分支(41、42、43)中的电压测量值和/或电流测量值作为输入，且将控制信号提供到每一半导体开关(46)以便提供所述选定电压的所述DC电能，

其中所述有源整流器(24)被配置成当所述有源整流器(24)接收到低于最小电压的AC电能时，使用所述二极管以无源模式操作。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述微处理器(48)被配置成以脉宽调制模式在所述AC电能的每一循环中接通和关闭每一电路分支(41、42、43)中的所述半导体开关(46)。

3.根据权利要求1所述的设备，所述设备进一步包括递降电压转换器(26)，所述递降电压转换器(26)耦合到所述有源整流器(24)的输出且被配置成将DC电力供应到总线。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述总线耦合到一个或多个井下工具。

5.根据权利要求1所述的设备，所述设备进一步包括逆变器(28)，所述逆变器(28)耦合到所述有源整流器(24)的输出且被配置成将所述选定电压的所述DC电能逆变为AC电能。

6.根据权利要求5所述的设备，所述设备进一步包括耦合到所述逆变器(28)的输出的电负载。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述电负载包括遥测器。

8.根据权利要求7所述的设备，其中所述遥测器包括脉冲发生器致动器(14)，所述脉冲发生器致动器(14)耦合到所述逆变器(28)的所述输出且被配置成致动泥浆脉冲发生器(12)以在井口将钻井流体(8)中的声学信号传输到接收器(13)。

9.根据权利要求1所述的设备，其中所述半导体开关(46)包括来自由MOSFET和IGBT组成的组的至少一个选项。

10.根据权利要求1所述的设备，其中所述反馈控制回路中的所述微处理器被配置成接收对应于所述有源整流器(24)要维持的所述选定电压的输入。