IGBT在石油感應加熱電源中的應用

2020-07-29 00:00:00    來源：河南午夜羞羞视频在线观看電子科技有限公司     點擊：2604    喜歡：0

IGBT在石油感應加熱（rè）電源中的應用 

1 引（yǐn）言

  為了開采含膠質瀝青、含蠟和凝固點高的（de）“三高”稠油，油田通常采用蒸氣吞吐、化學降粘和熱水射流伴進等（děng）方法進行開采，這（zhè）些（xiē）方法存在投資高、不便管理等缺點。目前，江蘇油（yóu）田在開采稠油（yóu）時，結合自身（shēn）特點，采用鋼質空（kōng）心抽油杆（gǎn）感應加熱（rè）技術。該技術具有：所需設（shè）備簡單，井下作業與維修方便；輸（shū）入功率可調；便於實現自動控製；沿程加熱均勻，不會產生局部過熱；熱效率高（在油管中心發熱）；不怕停電停抽；延長作業周期；提高生產（chǎn）效率；對環境無汙染；使用（yòng）安全，管理方便；一次性投資較少，資金（jīn）回收快［1］等特點（diǎn）。

  根據目前國內的供電（diàn）模式，空心抽油杆感應加熱係統采用（yòng）的是工頻感應（yīng）加（jiā）熱方（fāng）式。為了三相用電平衡，工頻加熱電源將（jiāng）工頻三相交流電中的一相分別經電抗器、電容器列相移相疊加到其它二相，再（zài）經變（biàn）壓器直接變成適於各種加熱要求的單相工頻交流電後連（lián）接加熱導體。因（yīn）而工頻加熱電源成本高、體積大、笨重、效率低。

  石油中頻感應加熱（rè）電源采用IGBT作為逆變開關器件，與常用（yòng）的工頻加熱電源相比（bǐ），體積縮小40％、重量減（jiǎn）輕50％。

  2 中頻感應加熱電源

  中頻感應加熱電源的電（diàn）路結構（gòu）參見（jiàn）圖1。三相整流器將工頻三相交（jiāo）流電（diàn）整流成直流（liú）電，經濾波後（hòu），由全橋逆變器變換成頻率和占空比在一定範圍內均連續可調的單相中頻交流電，再經隔離變壓器輸出（chū）給加熱負載。全（quán）橋逆變器采用脈寬調製（PWM）零電壓開（kāi）關電路，具有開關損耗低、電磁幹擾小等優點［2］。控（kòng）製電路采用（yòng）SG3524集成塊，調節⑨腳電壓以保證輸（shū）出信號的死區時聞。輸出信號的脈寬受石油溫度探測器（qì）調製．石油的溫度（dù）控製在45～7O℃。溫（wēn）度過高易改變石油的化學特性（xìng）．溫度過（guò）低會降低石油的流動性。

  3 IGBT柵極驅動電路

  3．1 IGBT柵極驅動模（mó）塊的選（xuǎn）用

IGBT柵極驅動模塊EXB841、M57962L均可用於驅動1200V 係列（liè）400A以內的IGBT模塊，且（qiě）具有過流檢顙j及保護功能。這兩種驅動模塊短路保護情況下的輸出波形如圖2所示（shì）。EXB841內部產生一5v負偏壓且不可調；M57962L在外部（bù）利用穩（wěn）壓二極管產生一9v 負偏壓，關柵可靠性比EXB841高。另外（wài）M57962L的保護動作時間（從（cóng）出現過流到柵壓降至0V）為6．3μs，（參見（jiàn）圖2a）；EXB841的保護動作時間為16μs且關柵電壓不能降至一2v 以下，（參（cān）見圖（tú）2b），導致IGBT 炸管（guǎn）的危（wēi）險性比M57962L大。因（yīn）此宜選用M57962L。

  3．2 驅動模塊外圍電路的改進

  IGBT在關斷時．集電極（jí）．發射極（jí）之（zhī）間產生的電壓上升率高達（dá）30000V／μs。過高的會產生較大的位移電流。並（bìng）導致（zhì）產生較大（dà）的集電極脈衝浪湧電流，很（hěn）容易使IGBT發生動態擎住現象。為了避免IGBT發生這種誤動作，必須在IGBT柵極加負偏壓［3］。然而在實際應用時，以下兩種情況會導致驅動電路負偏壓的消失：① 穩壓二極管（guǎn）擊穿短路；② 驅動電路失去+24V電源。

針對以上兩種（zhǒng）情況，筆者在廠商推薦應用電路的基礎上改進了（le）IGBT驅動模塊M57962L的外圍（wéi）電路，如圖3所示。在正常情（qíng）況下．VZ4導通，M57962L⑧腳為高電位，VD1截止。VT2導通。VO1輸出（chū）端呈低阻態。如果（guǒ）穩壓二極（jí）管VZ1或VZ3擊穿短路，則（zé）VZ4截止，VT1截止，VO1輸出端（duān）呈高阻態。如果驅（qū）動電（diàn）路失（shī）去+24V 電壓，則VO1輸入端無電流（liú）通過，VO1輸出端呈高阻態。

  4 IGBT模塊與濾波電容（róng）的聯（lián）接

  IGBT的輸入特（tè）性（xìng）與MOSFET相類似。輸入阻抗高。如果驅動電路失去電壓，則IGBT 的柵極失去負偏壓。對發射極（jí）呈高阻態（tài）。此時，一旦有（yǒu）幹擾竄至IGBT的柵極，則IGBT模塊的上、下兩管易同時導通。如果IGBT模塊直接與數千微法的濾波電容聯接，那麽濾波電容儲存的能量會通過IGBT模塊的上、下管直接（jiē）釋放，易（yì）導致IGBT模塊損壞。因此，感應加熱（rè）電源（yuán）在（zài）開機時先接通控製、驅動電（diàn）路的電源，後將IGBT模塊與濾波電（diàn）容聯接。在關機時（shí）先將IGBT模塊與濾（lǜ）波電容斷開，後（hòu）關斷控製、驅（qū）動電路的電（diàn）源。

  5 試驗情況及結論

  石油中援（yuán）感應（yīng）加熱電源自1997年6月在試采二廠現場試驗至今，仍正常工作。電源功率為（wéi）3588kw。石油中援感應加熱電源（yuán）不僅可以應用於空心抽油杆感應加熱係統。還可以應用於複雜小斷塊油田的集輸管道中頻感應電伴熱係統，這對於降低集輸管道（dào）的基建投（tóu）資和運行費用（yòng）有著重要意義。

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