IGBT在石油感應加（jiā）熱（rè）電源中的應用

2020-07-29 00:00:00    來源：河南17c蘑菇電子科技有限公司     點（diǎn）擊：2736    喜歡：0

IGBT在石（shí）油感應加熱（rè）電源中的應（yīng）用 

1 引言

  為了開采含膠質瀝青、含蠟和凝固點高的“三高”稠油，油田通常采用蒸氣吞吐、化學降粘（zhān）和熱水射流伴進等方法進行開采（cǎi），這些（xiē）方法存在（zài）投（tóu）資（zī）高、不便管理等缺點。目前，江蘇油田在開采稠油時，結合自身（shēn）特點，采用鋼質空心抽油杆感應加（jiā）熱技術。該技術具有：所需設備簡單，井下作業與維修方便；輸入功率可調；便於實（shí）現自動控製；沿程加熱均勻，不（bú）會產生局部過熱；熱效（xiào）率高（在（zài）油管中心發熱）；不怕停電停抽；延長作業周期；提高（gāo）生產效率；對環境無汙染；使用安全，管理（lǐ）方便；一次性投資較少，資金（jīn）回收快［1］等特點（diǎn）。

  根據（jù）目前國內的供電模式，空心抽油（yóu）杆感（gǎn）應加熱係統采用的是工頻感（gǎn）應加熱方式。為了（le）三（sān）相（xiàng）用電平衡，工頻加熱電源將工頻三相交流電中的一相（xiàng）分別經電抗器、電容（róng）器列相移相疊加到其它（tā）二相，再經變壓器（qì）直接變成適於各種加熱要求的單（dān）相工頻交流電（diàn）後連接加熱導體。因而工頻加熱電（diàn）源成（chéng）本高、體積大、笨（bèn）重、效率低。

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

  2 中頻（pín）感應加熱電源

  中頻感（gǎn）應加熱電源的電路（lù）結構參（cān）見圖1。三相整流器將工頻三相交（jiāo）流電整流成直流電（diàn），經濾波後，由全橋逆變器變換成頻率（lǜ）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給加熱負載。全橋逆變器采用脈寬調（diào）製（PWM）零電壓開關電路（lù），具有開關損耗（hào）低、電磁幹擾小等優點［2］。控製（zhì）電路采用SG3524集成塊，調節⑨腳電壓以保證輸出信號的死區時聞。輸出信號（hào）的脈寬受石油溫度探測器調製．石油的溫度（dù）控製在45～7O℃。溫（wēn）度過高（gāo）易改變石（shí）油的化學特性．溫度（dù）過低會降低石油的流動性。

  3 IGBT柵極驅（qū）動（dòng）電路

  3．1 IGBT柵極（jí）驅動模塊的選用

IGBT柵極驅（qū）動模塊EXB841、M57962L均可用於驅動（dòng）1200V 係列400A以內的（de）IGBT模塊，且具有過流檢顙j及保護功能。這兩種驅動模塊（kuài）短路保護情況下的輸出（chū）波形如圖2所示。EXB841內部產生一5v負偏（piān）壓且不可（kě）調；M57962L在外部利（lì）用穩壓（yā）二極管（guǎn）產生一9v 負偏壓，關柵可靠性比（bǐ）EXB841高。另外M57962L的保護動作時間（從出現過流到柵壓降至0V）為6．3μs，（參見圖2a）；EXB841的保（bǎo）護（hù）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 驅動模塊外圍電路的改（gǎi）進

  IGBT在關斷時．集電極．發射極之間產生的電壓上升率高達30000V／μs。過高的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（hěn）容易使IGBT發生動態擎（qíng）住現象。為了避免IGBT發生這種誤動作，必（bì）須在IGBT柵極加（jiā）負偏壓［3］。然而在實際應用時，以下兩種情況會導（dǎo）致驅（qū）動電路（lù）負偏壓的消失：① 穩壓二極管擊穿短路；② 驅動電路失去+24V電源。

針對以上兩種情況，筆者在廠商推薦應用（yòng）電（diàn）路的基礎上改進了IGBT驅動模（mó）塊M57962L的外圍電路，如圖3所示（shì）。在（zài）正常情況下．VZ4導通，M57962L⑧腳為高電位（wèi），VD1截止。VT2導通。VO1輸出端呈低阻態（tài）。如果穩壓二極管VZ1或VZ3擊穿短路（lù），則VZ4截（jié）止，VT1截止，VO1輸出端呈（chéng）高阻態。如果驅動電路失去+24V 電（diàn）壓，則VO1輸入端無（wú）電流（liú）通過，VO1輸（shū）出端呈高阻態。

  4 IGBT模塊（kuài）與濾波電（diàn）容的聯接

  IGBT的輸（shū）入特性與（yǔ）MOSFET相（xiàng）類似。輸入阻抗高（gāo）。如果驅動電（diàn）路失去電壓，則IGBT 的柵極失去負偏壓。對發射極呈高阻態。此時，一旦有幹擾竄至IGBT的柵極（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，那麽濾波電容儲存的能（néng）量會通過IGBT模塊的上、下管直接釋放，易（yì）導（dǎo）致IGBT模塊損壞。因此，感應加熱電源在開機時先接通控製、驅動電路的電源，後（hòu）將IGBT模塊與濾波電容聯接。在關機時先將IGBT模塊與濾波電容斷（duàn）開（kāi），後關斷控製、驅動電（diàn）路的電源。

  5 試驗情況及結論

  石油中援感應加熱電源自1997年6月在試采二廠現場試驗至今，仍正常工作。電（diàn）源功率為3588kw。石油中援（yuán）感（gǎn）應加熱電源不僅可以應用（yòng）於（yú）空（kōng）心抽油（yóu）杆感應加熱係統。還可以應用於複（fù）雜小斷塊油田的集輸管道中頻感應電伴熱（rè）係（xì）統，這對（duì）於降低集輸管道的基（jī）建（jiàn）投資和（hé）運行費用有著重要意義。

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