IGBT在石油感應加熱電源中的應用
2020-07-29 00:00:00 來源：河南星辰影视電子科技有（yǒu）限公司 點擊：3857 喜歡：0
IGBT在石油感應加熱電（diàn）源中的應用
1 引言（yán）
為了開采含膠質瀝青、含蠟和（hé）凝固點（diǎn）高的“三高”稠油，油田通常采用蒸氣吞吐、化學降（jiàng）粘和熱水射流伴進等方法（fǎ）進行開采，這些方法存在投資高、不（bú）便管理等缺點。目（mù）前，江蘇（sū）油田在開采稠油時，結合自身特點，采用鋼質空心抽油杆感應加熱（rè）技（jì）術。該技術具有：所需設備簡單，井下作業（yè）與維修方便；輸入功率可調；便於實現自動控（kòng）製；沿程加熱均勻，不會產（chǎn）生局部過熱（rè）；熱效率高（在（zài）油管中（zhōng）心發熱）；不怕停電停抽；延長作業周期；提高生產效率；對環境無汙染；使用安全，管理方便（biàn）；一次（cì）性投資較少，資金回（huí）收快［1］等特點。
根據目前國內的（de）供電模式，空心抽油杆感應加（jiā）熱係統采用的（de）是工頻感應加（jiā）熱方式。為了三（sān）相用（yòng）電平衡，工頻加熱電源將工（gōng）頻三相交流電中的一（yī）相分別經電抗器（qì）、電容器列相移相疊加到（dào）其它二相，再經變壓器直接變成適於各種加熱要求的單相工頻交流電後連接加熱導體。因而工頻加熱電源成本高、體積（jī）大、笨（bèn）重（chóng）、效（xiào）率低。
石油中頻感應加熱電源采用IGBT作為逆變開關器件，與（yǔ）常用的工頻加熱電源相比，體積縮小40％、重量減輕（qīng）50％。
2 中頻感應加熱電（diàn）源
中頻感應加熱（rè）電源的電路結構參見圖1。三相整流器（qì）將工頻三相交流電整流成直流電，經濾波後，由全橋逆（nì）變器變換成頻率和占空比在一定範（fàn）圍內均連續可調的單相中頻交流電，再經隔離變壓器輸出給（gěi）加熱負載。全橋逆變（biàn）器采（cǎi）用（yòng）脈寬（kuān）調（diào）製（PWM）零電壓開關電路（lù），具有開關損耗低（dī）、電磁幹擾小（xiǎo）等優點［2］。控製電路采用SG3524集成塊，調節（jiē）⑨腳電壓以保證輸出信號的死區（qū）時（shí）聞。輸出信號的脈寬（kuān）受石油溫度探測器調（diào）製．石油（yóu）的溫度控製在45～7O℃。溫（wēn）度過高易改（gǎi）變石油（yóu）的（de）化學特性．溫度過低（dī）會降低石油的流動性。
3 IGBT柵極驅動電路
3．1 IGBT柵極驅動模塊的選用（yòng）
IGBT柵極驅（qū）動模塊EXB841、M57962L均可用於驅動1200V 係列400A以內的IGBT模塊，且具有過流檢顙（sǎng）j及（jí）保護功能（néng）。這兩種驅動模塊短（duǎn）路（lù）保護情況下的（de）輸出波形如圖2所示。EXB841內部產生一5v負偏壓（yā）且不可調；M57962L在外部利用穩壓二極（jí）管產生一9v 負（fù）偏壓，關柵可靠性比EXB841高。另外M57962L的（de）保（bǎo）護動作時間（從出現過流到柵壓降至0V）為6．3μs，（參見圖2a）；EXB841的保護動作時間為16μs且關柵電壓不能降至一2v 以下，（參見圖2b），導致IGBT 炸管的危險性比M57962L大。因此宜選用M57962L。
3．2 驅動模塊外（wài）圍電路的（de）改進
IGBT在關斷時．集（jí）電極．發射極（jí）之間產生的電壓上升率高達30000V／μs。過（guò）高的（de）會產生較大的位移電流。並導致產生較大的集電極脈衝浪湧電流，很容易使IGBT發生動態擎住現象。為了避免IGBT發生這種誤動（dòng）作，必須在（zài）IGBT柵極加負偏壓［3］。然而在實際應（yīng）用（yòng）時，以下兩種情況會導（dǎo）致驅動電路負偏壓的消失：① 穩壓二（èr）極管擊穿短（duǎn）路；② 驅動電路失去+24V電源。
針對以上兩種情（qíng）況，筆者在廠（chǎng）商推薦應用電路的基礎上改進了IGBT驅動模塊（kuài）M57962L的外圍電路，如圖3所示。在正常情況下．VZ4導（dǎo）通，M57962L⑧腳為高（gāo）電位，VD1截（jié）止。VT2導通。VO1輸（shū）出端呈低阻（zǔ）態（tài）。如果穩壓二極管VZ1或VZ3擊（jī）穿短路，則VZ4截止，VT1截止，VO1輸出端呈高阻態。如果驅動電路失去+24V 電壓，則VO1輸入端無（wú）電流通過，VO1輸出端呈高阻態。
4 IGBT模塊與濾波電容的聯接
IGBT的輸入特性與MOSFET相類似。輸入阻抗高。如果驅動電路失去電壓，則IGBT 的柵（shān）極失去負偏壓。對發射極呈高阻態。此時，一旦有幹擾竄至IGBT的柵極，則IGBT模塊的上、下兩管（guǎn）易同（tóng）時導通。如（rú）果IGBT模塊（kuài）直接與數千微法的濾波電容聯接，那麽（me）濾波電容儲存的能（néng）量（liàng）會（huì）通過IGBT模塊的（de）上、下管直接釋放，易導致IGBT模塊損壞。因此，感應加（jiā）熱電源（yuán）在開機時先接通（tōng）控製、驅（qū）動電路的電源（yuán），後將IGBT模（mó）塊與濾波電容聯接。在關機時先將IGBT模（mó）塊與濾波（bō）電（diàn）容斷開，後關斷控製、驅動電路的電源。
5 試驗情況及結論
石油中援感應（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（lǜ）為3588kw。石油中援感應加熱電源不僅可（kě）以應（yīng）用於空心抽油杆感應（yīng）加熱係統。還（hái）可以應用（yòng）於（yú）複雜小斷塊油田的集輸管（guǎn）道中頻感（gǎn）應電伴（bàn）熱係統，這對（duì）於降低集輸管道的（de）基建投資和運行費用有著重要意義。
上一篇：沒有了（le）
下一篇：感應熱處理調質（zhì）設備簡介
