IGBT在石油感應加（jiā）熱電源中的應用
2020-07-29 00:00:00 來源：河南欧美日韩精品一区二区三区高清视频電子科（kē）技有（yǒu）限公司 點（diǎn）擊：2254 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、含蠟和凝固點高的“三高（gāo）”稠油，油田通（tōng）常采用蒸氣吞吐、化學降粘和熱水射流伴進等方法（fǎ）進行開采（cǎi），這些方（fāng）法存在投（tóu）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，采用（yòng）鋼質空（kōng）心抽（chōu）油杆感應加熱技術。該技術具有：所需設備簡單，井下作（zuò）業與（yǔ）維修方便；輸入功率可調；便於實現自動（dòng）控製；沿程加（jiā）熱（rè）均勻，不會產（chǎn）生局部過熱；熱效率高（在油管中心發熱）；不（bú）怕停電停抽（chōu）；延長作業周期；提高生產效率；對環（huán）境（jìng）無汙染；使用安全，管理方便（biàn）；一次性投資較少，資金（jīn）回收（shōu）快［1］等（děng）特點。
根據目前國內的供電模式，空（kōng）心抽油杆感應加熱係（xì）統采用的是工頻感應加熱方式。為了三相（xiàng）用電（diàn）平衡，工頻加熱電源將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（tā）二相，再（zài）經（jīng）變壓器直接變成適於（yú）各種加熱要求的單（dān）相工頻（pín）交流（liú）電後連接加熱導體。因而工頻加熱電源成本（běn）高、體積大、笨重、效率低。
石油中頻感應加熱電源采用IGBT作為逆變（biàn）開關器件，與（yǔ）常用的工頻加熱電（diàn）源相比（bǐ），體積縮小40％、重量減輕50％。
2 中頻感應加熱電源
中頻（pín）感應加熱電源的電路結構參見圖1。三相整流器將工（gōng）頻三相交流電整流成直流電，經濾波後，由全（quán）橋逆變器變換成頻率和占（zhàn）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（gěi）加熱負載。全橋逆變器采用脈寬調製（zhì）（PWM）零電壓開關電路，具有開關損耗低、電磁幹擾（rǎo）小等優點［2］。控製電路采用SG3524集成塊，調（diào）節⑨腳電壓以保證（zhèng）輸出信號的死區時聞。輸出（chū）信號的脈寬受石（shí）油溫度探測器調製．石油的溫度控製（zhì）在45～7O℃。溫度過高易改變石油的化學特（tè）性．溫度過低會（huì）降低石油的（de）流動性。
3 IGBT柵（shān）極驅動電路
3．1 IGBT柵極驅動模塊的選用
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（kuài），且（qiě）具有過流檢顙j及保護功（gōng）能。這兩種驅動模塊短路保（bǎo）護情（qíng）況下的（de）輸出波（bō）形如圖2所示。EXB841內（nèi）部產生（shēng）一5v負偏壓且不可（kě）調；M57962L在外部利用穩壓二極管（guǎn）產生一9v 負偏壓，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（yā）降至0V）為6．3μs，（參見圖2a）；EXB841的保護（hù）動作（zuò）時間為16μs且關柵電壓不能（néng）降至一2v 以下，（參見圖2b），導致IGBT 炸管（guǎn）的危險性比M57962L大。因此宜選用（yòng）M57962L。
3．2 驅動模塊外圍電路的改進
IGBT在（zài）關斷時．集（jí）電極．發射極之（zhī）間產（chǎn）生的電壓上升率高達30000V／μs。過高的會產生較大的位移電（diàn）流。並導（dǎo）致產生較大的（de）集電極脈衝浪湧電（diàn）流（liú），很容易使IGBT發（fā）生動態擎住現象。為（wéi）了避免IGBT發（fā）生這種誤動作，必須在IGBT柵極加負偏壓［3］。然而在實（shí）際應用時（shí），以下兩種情況會（huì）導（dǎo）致驅動電路負偏壓的消失：① 穩壓二極管擊穿短路；② 驅動電路（lù）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礎上改進了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。如果穩壓二極管VZ1或VZ3擊穿短路，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（liú）通過，VO1輸出端呈高阻（zǔ）態。
4 IGBT模塊與濾波（bō）電容的（de）聯接
IGBT的輸入特性與MOSFET相類似。輸入阻抗（kàng）高。如果驅（qū）動電路失（shī）去電壓，則（zé）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（shān）極，則IGBT模塊的上、下兩管易同時導通。如果IGBT模塊直（zhí）接與數千微法的濾波電容聯接，那麽濾波電容（róng）儲存的能量會通過（guò）IGBT模（mó）塊的上、下管直接釋放，易導致IGBT模（mó）塊損壞（huài）。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（jiāng）IGBT模塊與濾波電容聯接。在關機時先將IGBT模塊與濾波電容斷開，後關斷控製、驅動電路的電源（yuán）。
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（chǎng）現場試驗至今，仍正常（cháng）工作。電源功率為3588kw。石油（yóu）中援（yuán）感應加熱電源不僅可以應用於空（kōng）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（guǎn）道中頻感應電伴熱（rè）係統（tǒng），這對於降（jiàng）低集輸管道的（de）基建投資和運行費用有著重要意義。
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