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行業(yè)動態(tài)

IGBT在石油感應(yīng)加熱電源中的應(yīng)用

2020-07-29 00:00:00    來源:河南藍碩電子    點擊:2226    喜歡:0

IGBT在石油感應(yīng)加熱電源中的應(yīng)用 

1 引言

  為了開采含膠質(zhì)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(xué)降粘和熱水射流伴進等方法進行開采,這些方法存在投資高、不便管理等缺點。目前,江蘇油田在開采稠油時,結(jié)合自身特點,采用鋼質(zhì)空心抽油桿感應(yīng)加熱技術(shù)。該技術(shù)具有:所需設(shè)備簡單,井下作業(yè)與維修方便;輸入功率可調(diào);便于實現(xiàn)自動控制;沿程加熱均勻,不會產(chǎn)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(yè)周期;提高生產(chǎn)效率;對環(huán)境無污染;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(jù)目前國內(nèi)的供電模式,空心抽油桿感應(yīng)加熱系統(tǒng)采用的是工頻感應(yīng)加熱方式。為了相用電平衡,工頻加熱電源將工頻三相交流電中的一相分別經(jīng)電抗器、電容器列相移相疊加到其它二相,再經(jīng)變壓器直接變成適于各種加熱要求的單相工頻交流電后連接加熱導(dǎo)體。因而工頻加熱電源成本高、體積大、笨重、效率低。

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

  2 中頻感應(yīng)加熱電源

  中頻感應(yīng)加熱電源的電路結(jié)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(jīng)濾波后,由全橋逆變器變換成頻率和占空比在一定范圍內(nèi)均連續(xù)可調(diào)的單相中頻交流電,再經(jīng)隔離變壓器輸出給加熱負載。全橋逆變器采用脈寬調(diào)制(PWM)零電壓開關(guān)電路,具有開關(guān)損耗低、電磁干擾小等優(yōu)點[2]。控制電路采用SG3524集成塊,調(diào)節(jié)⑨腳電壓以保證輸出信號的死區(qū)時聞。輸出信號的脈寬受石油溫度探測器調(diào)制.石油的溫度控制在45~7O℃。溫度過高易改變石油的化學(xué)特性.溫度過低會降低石油的流動性。

 

  3 IGBT柵極驅(qū)動電路

  3.1 IGBT柵極驅(qū)動模塊的選用

IGBT柵極驅(qū)動模塊EXB841、M57962L均可用于驅(qū)動1200V 系列400A以內(nèi)的IGBT模塊,且具有過流檢顙j及保護功能。這兩種驅(qū)動模塊短路保護情況下的輸出波形如圖2所示。EXB841內(nèi)部產(chǎn)生一5v負偏壓且不可調(diào);M57962L在外部利用穩(wěn)壓二極管產(chǎn)生一9v 負偏壓,關(guān)柵可靠性比EXB841高。另外M57962L的保護動作時間(從出現(xiàn)過流到柵壓降至0V)為6.3μs,(參見圖2a);EXB841的保護動作時間為16μs且關(guān)柵電壓不能降至一2v 以下,(參見圖2b),導(dǎo)致IGBT 炸管的危險性比M57962L大。因此宜選用M57962L。

 

  3.2 驅(qū)動模塊外圍電路的改進

  IGBT在關(guān)斷時.集電極.發(fā)射極之間產(chǎn)生的電壓上升率高達30000V/μs。過高的會產(chǎn)生較大的位移電流。并導(dǎo)致產(chǎn)生較大的集電極脈沖浪涌電流,很容易使IGBT發(fā)生動態(tài)擎住現(xiàn)象。為了避免IGBT發(fā)生這種誤動作,必須在IGBT柵極加負偏壓[3]。然而在實際應(yīng)用時,以下兩種情況會導(dǎo)致驅(qū)動電路負偏壓的消失:① 穩(wěn)壓二極管擊穿短路;② 驅(qū)動電路失去+24V電源。

針對以上兩種情況,筆者在廠商推薦應(yīng)用電路的基礎(chǔ)上改進了IGBT驅(qū)動模塊M57962L的外圍電路,如圖3所示。在正常情況下.VZ4導(dǎo)通,M57962L⑧腳為高電位,VD1截止。VT2導(dǎo)通。VO1輸出端呈低阻態(tài)。如果穩(wěn)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(tài)。如果驅(qū)動電路失去+24V 電壓,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(lián)接

  IGBT的輸入特性與MOSFET相類似。輸入阻抗高。如果驅(qū)動電路失去電壓,則IGBT 的柵極失去負偏壓。對發(fā)射極呈高阻態(tài)。此時,一旦有干擾竄至IGBT的柵極,則IGBT模塊的上、下兩管易同時導(dǎo)通。如果IGBT模塊直接與數(shù)千微法的濾波電容聯(lián)接,那么濾波電容儲存的能量會通過IGBT模塊的上、下管直接釋放,易導(dǎo)致IGBT模塊損壞。因此,感應(yīng)加熱電源在開機時先接通控制、驅(qū)動電路的電源,后將IGBT模塊與濾波電容聯(lián)接。在關(guān)機時先將IGBT模塊與濾波電容斷開,后關(guān)斷控制、驅(qū)動電路的電源。

  5 試驗情況及結(jié)論

  石油中援感應(yīng)加熱電源自1997年6月在試采二廠現(xiàn)場試驗至今,仍正常工作。電源功率為3588kw。石油中援感應(yīng)加熱電源不僅可以應(yīng)用于空心抽油桿感應(yīng)加熱系統(tǒng)。還可以應(yīng)用于復(fù)雜小斷塊油田的集輸管道中頻感應(yīng)電伴熱系統(tǒng),這對于降低集輸管道的基建投資和運行費用有著重要意義。

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