IGBT在石（shí）油感（gǎn）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）技有限公司 點擊：2255 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（diǎn）高的“三高”稠油，油田通常采用蒸氣吞吐、化學降粘和熱水（shuǐ）射流伴進等方法（fǎ）進行開采，這些（xiē）方法存在投資高、不便管理等缺點。目前，江蘇油田在開采稠油時，結合自身特點，采用鋼質空心抽油杆感應加熱（rè）技術。該技術具（jù）有：所需設備簡（jiǎn）單，井下作業（yè）與維修方便；輸入功率可調；便於實現自動控製；沿程加熱均勻，不會產（chǎn）生局部過熱；熱效率高（在油（yóu）管中心發熱）；不（bú）怕停電停抽；延長作（zuò）業周期；提高生產效（xiào）率；對環境無汙染；使用安全，管（guǎn）理（lǐ）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，空心抽（chōu）油杆感應加熱係統采用（yòng）的是工頻感應加熱方式。為了三相（xiàng）用電平衡，工（gōng）頻加熱電源將工頻三相交流電中的一相分（fèn）別經電抗器、電容（róng）器列相移相（xiàng）疊加到其它（tā）二相，再經變壓器直接變成適於各種加熱要求的單相工（gōng）頻交（jiāo）流電（diàn）後連接加熱導體。因而（ér）工頻加熱電源成本高、體積大、笨重、效率低。
石油（yóu）中頻（pín）感應加熱電源采用IGBT作（zuò）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 中頻感應加熱電源
中頻感應加熱電源的電路（lù）結構參（cān）見圖1。三相（xiàng）整（zhěng）流器將工頻三相交（jiāo）流電整流成直流電，經濾（lǜ）波（bō）後，由全橋逆變器變換成頻率和占空（kōng）比在一定範圍內（nèi）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（rè）負（fù）載。全橋逆（nì）變器采用（yòng）脈寬調製（PWM）零電壓開關電路，具有開關損（sǔn）耗低、電磁幹擾（rǎo）小等（děng）優（yōu）點［2］。控製電路（lù）采用SG3524集成塊，調節⑨腳電壓以保（bǎo）證輸出（chū）信號的死區時聞。輸出信號的脈寬受（shòu）石油溫度探測器調製．石油的溫度控製在45～7O℃。溫度過高易（yì）改變石油的化學特（tè）性．溫度過低會降低石油的流（liú）動性。
3 IGBT柵極驅動電路
3．1 IGBT柵極驅動模塊的選用
IGBT柵極驅動模塊EXB841、M57962L均（jun1）可用於驅動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（liǎng）種驅動模（mó）塊短路保護情況下的輸（shū）出波形如圖2所示。EXB841內部產生一（yī）5v負偏壓且不可調；M57962L在外部利用穩壓二極管產生一9v 負偏壓（yā），關柵可靠性比EXB841高。另外M57962L的（de）保（bǎo）護動作時間（從（cóng）出現過流到柵（shān）壓降至（zhì）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（xiǎn）性（xìng）比M57962L大。因此宜選用M57962L。
3．2 驅動（dòng）模塊外圍電路的改進
IGBT在關斷（duàn）時．集電極．發射極之間產生（shēng）的電壓上升率高達30000V／μs。過（guò）高的會產生較大（dà）的位（wèi）移電流。並導致產生較大的集電極（jí）脈衝浪湧電流，很容易使IGBT發生動態擎住現象。為了避免IGBT發生這種誤動作（zuò），必須在（zài）IGBT柵極加（jiā）負偏壓［3］。然而（ér）在實際應（yīng）用時，以下兩種情況會導致驅動電路負偏壓的消（xiāo）失：① 穩壓二極管擊穿短路；② 驅動電路失去+24V電源。
針（zhēn）對以上兩種情況，筆者在廠商推薦（jiàn）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（zhèng）常情況下．VZ4導通，M57962L⑧腳為高電（diàn）位，VD1截止。VT2導（dǎo）通。VO1輸出端呈低阻態。如果穩壓二極管VZ1或VZ3擊穿短（duǎn）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（shū）入端無電流通過（guò），VO1輸出（chū）端呈高（gāo）阻態。
4 IGBT模（mó）塊與濾波電容（róng）的聯接
IGBT的輸入特（tè）性與MOSFET相類似（sì）。輸（shū）入阻抗高。如果驅動電路（lù）失去電壓，則IGBT 的柵極失去負偏壓。對發（fā）射極呈高阻態。此時，一旦有幹擾竄至IGBT的柵極，則IGBT模（mó）塊的上（shàng）、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（róng）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，易導致IGBT模塊損壞。因此，感應加（jiā）熱電源在（zài）開機時（shí）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（shí）先將IGBT模塊與濾波電容斷開，後關斷控（kòng）製、驅動電路的電源。
5 試驗情況（kuàng）及結論（lùn）
石油（yóu）中援感應加熱電源（yuán）自1997年6月在試采二廠現場試驗至今（jīn），仍正常工作。電源功率為3588kw。石油中援感應加熱電源不僅可以應（yīng）用於空心抽油杆感應加熱係統。還可以（yǐ）應用於複雜小斷塊油（yóu）田的集輸管道中頻感應電伴熱係統，這對於降低集輸管道的基建投資和運行費用有著重要意（yì）義。
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