IGBT在石油感應加熱電源（yuán）中的應用

2020-07-29 00:00:00    來源：河（hé）南17c蘑菇電子科技有限公（gōng）司     點擊：2735    喜歡：0

IGBT在石油感應加熱電源中的應用 

1 引言

  為了開采含膠質瀝青、含蠟和凝（níng）固點高的“三高”稠油，油田通常采用蒸氣吞吐、化學降粘和（hé）熱水射流伴進等方法進行開采，這些（xiē）方法存在投資高、不便管理等缺點。目前，江蘇油田在開采稠（chóu）油時，結合自身特點，采（cǎi）用鋼質空心抽油杆感應加熱技術。該技（jì）術具有：所需設備簡單，井（jǐng）下作業與（yǔ）維修方便；輸入功率可調；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（fā）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；一次性投資較少，資金回收快［1］等特點。

  根據目前國內的供（gòng）電模式，空心抽油杆感應加熱（rè）係統采用（yòng）的是工頻感應加（jiā）熱方式。為了三相用電平衡，工頻加熱電源將工頻三相交流電中（zhōng）的一相分別經電抗器、電容器列（liè）相移相疊加到其它二相，再經變壓器直接變成適於（yú）各（gè）種加熱要求的單相工頻交流電後連接加熱（rè）導體。因而工頻加熱電源成本高、體積大、笨重、效率低。

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

  2 中頻（pín）感應加（jiā）熱電源

  中頻感應加熱（rè）電源的（de）電（diàn）路結構參見圖1。三相整流器將工頻三相交流電整流成直流電（diàn），經濾（lǜ）波後，由全橋逆變器變換成頻（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，再經隔離變壓器輸出（chū）給加熱負載。全橋逆變（biàn）器采用脈寬調製（PWM）零電壓開關（guān）電路，具有開關損耗低、電磁幹（gàn）擾小（xiǎo）等優點［2］。控製（zhì）電（diàn）路采用（yòng）SG3524集成塊，調（diào）節⑨腳電（diàn）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調（diào）製．石油的溫度控製在45～7O℃。溫度過高易改變石油的化（huà）學特性（xìng）．溫度過低會降低石油的流動性。

  3 IGBT柵極驅動電路

  3．1 IGBT柵極（jí）驅動模塊的選（xuǎn）用

IGBT柵極驅動模塊EXB841、M57962L均（jun1）可用於驅動1200V 係列（liè）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下的輸出波形如圖2所示。EXB841內部產生一5v負偏壓（yā）且不可（kě）調；M57962L在外部利用（yòng）穩壓二極管產生一9v 負偏壓（yā），關柵可靠性（xìng）比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）護動作時間（jiān）為16μs且（qiě）關柵（shān）電壓不（bú）能降至一2v 以（yǐ）下，（參（cān）見圖（tú）2b），導致IGBT 炸管的（de）危險性比M57962L大。因（yīn）此（cǐ）宜選用M57962L。

  3．2 驅動模塊外圍電（diàn）路的改進

  IGBT在關（guān）斷（duàn）時．集電極．發射極之間產生的電壓上升率高達30000V／μs。過（guò）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（diàn）流，很容易使IGBT發生動態擎住（zhù）現象。為（wéi）了（le）避免IGBT發生這（zhè）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（qíng）況會導致驅（qū）動（dòng）電路負偏壓的消失：① 穩（wěn）壓二極（jí）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電路的基（jī）礎上（shàng）改進了IGBT驅動模（mó）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。如果穩壓二極管VZ1或（huò）VZ3擊穿短路，則VZ4截（jié）止，VT1截止，VO1輸出端呈高阻態。如果驅動（dòng）電路失去+24V 電壓（yā），則VO1輸入端無電流通過，VO1輸出端呈高阻態（tài）。

  4 IGBT模塊與濾波電容的聯接

  IGBT的輸入特（tè）性與MOSFET相類似。輸入阻（zǔ）抗高。如果驅動（dòng）電路失去電壓，則IGBT 的柵極失去負偏壓。對發射極呈高阻態。此（cǐ）時，一旦有幹擾竄至IGBT的柵極，則IGBT模（mó）塊（kuài）的上、下兩管（guǎn）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（chǔ）存的能量會通過IGBT模塊的上、下管直（zhí）接釋放（fàng），易導致IGBT模塊損壞。因此，感應加熱電源（yuán）在開機時先接（jiē）通控製（zhì）、驅動電路的電源，後將IGBT模塊與濾波電容聯接（jiē）。在關機時先將IGBT模塊（kuài）與濾波電容斷開，後關斷控製、驅（qū）動電路的電源。

  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（jīn），仍正常工作。電源（yuán）功率為3588kw。石油中援感應加熱電源不僅可以應用於空心抽油（yóu）杆感應加熱係統。還可以應用（yòng）於（yú）複（fù）雜小斷（duàn）塊油田的集輸（shū）管道中頻感應電伴（bàn）熱係統（tǒng），這對（duì）於降低集輸管道的基建（jiàn）投資和運行費用有著重要意（yì）義。

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