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行業（yè）新聞

IGBT在石油感應加熱電源中（zhōng）的應用（yòng）

2020-07-29 00:00:00 來源：河南星辰影视電子科技有限（xiàn）公司點（diǎn）擊：3856 喜歡：0

IGBT在石油感應加熱電源中的應用

1 引言

為了開采含膠（jiāo）質瀝青、含蠟和凝（níng）固點高的“三（sān）高”稠油，油田通常采用蒸（zhēng）氣吞吐、化學降粘和熱水射流伴（bàn）進等方法（fǎ）進行開采，這些方法存在投資高、不便管理等缺點。目前，江（jiāng）蘇油田在開采稠油時，結合自身特點，采（cǎi）用鋼質空心抽油杆（gǎn）感應加熱技術。該技術具有：所需設備簡單，井下作業與維修方便；輸入功率（lǜ）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；提高生產效（xiào）率；對環境無汙染；使用安全，管理方便；一次性投資較少，資（zī）金回收快［1］等特點。

根據目前國內的供電模式，空心（xīn）抽油杆感（gǎn）應（yīng）加熱係統采用的是工頻感應加熱（rè）方式。為（wéi）了三相用電平衡，工頻加熱電源將工（gōng）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（qí）它二相，再經（jīng）變壓器直接（jiē）變成適於各種加熱要求（qiú）的單相工頻交流電後（hòu）連接加熱導體。因而工頻加熱電源成本高、體積大、笨重、效率低。

石（shí）油中頻感應加熱電源采用IGBT作為逆變開關器件，與常用的工頻（pín）加熱電源相比，體積縮小40％、重量減輕（qīng）50％。

2 中頻感應加（jiā）熱電源

中頻感應加熱電源的電路結構（gòu）參見圖1。三相整流器將工頻三相交流電整流成直流電，經濾波後，由全橋（qiáo）逆變器變換成（chéng）頻（pín）率和占空比在（zài）一定範圍內均連續可調的單相中頻交流電，再經隔離變（biàn）壓器輸出給加熱負載。全橋逆變器采用（yòng）脈寬調製（PWM）零電（diàn）壓開關電路，具有開關損耗低、電磁幹擾小（xiǎo）等優點［2］。控製電路采用SG3524集（jí）成塊，調節⑨腳電壓以保證輸出信號的死區時聞。輸出信（xìn）號的脈寬受（shòu）石油溫度探測器調（diào）製．石油的溫（wēn）度控製在45～7O℃。溫（wēn）度（dù）過高易改變石（shí）油的化（huà）學特（tè）性．溫度過低會降低石油的（de）流動（dòng）性。

3 IGBT柵極（jí）驅動電路

3．1 IGBT柵（shān）極驅動模塊的選用

IGBT柵極驅動模塊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j及保護功能。這兩種驅動模塊短路保護情況（kuàng）下的（de）輸出波形（xíng）如（rú）圖（tú）2所示（shì）。EXB841內（nèi）部產生一（yī）5v負偏壓且不可調；M57962L在外部利用穩壓二極（jí）管產生一9v 負偏壓，關柵可靠性比EXB841高。另外M57962L的保護動（dòng）作時間（從出現過流到柵壓降至0V）為6．3μs，（參見圖（tú）2a）；EXB841的保護動作時間（jiān）為16μs且關柵電壓不能降（jiàng）至一2v 以下，（參見（jiàn）圖2b），導致IGBT 炸管的危險性比M57962L大。因此宜選用M57962L。

3．2 驅動模塊外圍電路的改進

IGBT在關斷時．集電極．發射極之間產生的電壓上升（shēng）率高達30000V／μs。過高的（de）會產生較（jiào）大的位移電流。並導致產（chǎn）生較大的（de）集電極脈衝浪湧電流，很容易使IGBT發生動態（tài）擎住現象（xiàng）。為了避免IGBT發生這種誤動作，必須在IGBT柵極加負偏壓（yā）［3］。然而（ér）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（wěn）壓二極管擊穿短路；② 驅動電路失去+24V電源。

針對以上兩（liǎng）種情況，筆者在（zài）廠商推薦應用電路的基（jī）礎上改進（jìn）了IGBT驅動模塊M57962L的外圍電路，如圖3所示。在正常情況下．VZ4導通，M57962L⑧腳為高電位，VD1截止。VT2導通。VO1輸出端呈低阻態。如果（guǒ）穩壓二極（jí）管（guǎn）VZ1或VZ3擊穿短路，則VZ4截止（zhǐ），VT1截止，VO1輸出端呈高阻態。如（rú）果驅動電路失去+24V 電壓，則VO1輸入端無電流通過，VO1輸出（chū）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（shū）入阻抗（kàng）高。如果驅動電路失去電壓（yā），則IGBT 的柵極失去負偏壓。對發射極呈高阻態。此（cǐ）時，一（yī）旦有幹擾竄至IGBT的柵（shān）極（jí），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（bō）電容儲存的能量會通過IGBT模塊的上、下管直接釋放，易導致IGBT模塊損壞。因此，感應加熱電源在開（kāi）機時先接通控製、驅動電路的電源，後將IGBT模塊與濾波（bō）電容聯接。在關機時先將IGBT模塊與濾波電容斷開（kāi），後關斷控製、驅動電路的電源。