CN101605411B - 应用于稠油开采的中频加热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种中频加热系统，尤其涉及一种应用于稠油开采的中频加热系统。应用于稠油开采的中频加热系统，由下述结构构成：整流器的输入端与工频电网相联接；整流器的输出端与直流滤波器相联接；经过滤波后的直流电与逆变器的输入端相连接；逆变器的输出端与变压器的输入端相连接；变压器的输出端与负载铜芯铁铠电缆相连接，控制器与逆变器的信号输入端连接。本发明的优点效果：在启动中频加热系统时，不仅可以改变系统的输出电压，同时也可以改变系统的输出频率，即改变负载铜芯铁铠电缆的电阻，提高系统的输出功率，缩短中频加热系统的启动时间，达到快速加热的目的，从而提高采油的生产效率。

Description

应用于稠油开采的中频加热系统
技术领域
本发明涉及一种中频加热系统，尤其涉及一种应用于稠油开采的中频加热系统。
背景技术
在地下原油为稠油且油井深度在500米以上时，开采过程一般使用中频加热系统对稠油进行加热，以此来增加稠油的流动性。中频加热系统的原理是趋肤效应。所谓趋肤效应是指当交变电流通过导体时，电流将集中在导体表面流过，即在导体的截面上不是均匀分布，这种现象叫趋肤效应。电流以频率较高的电子在导体中传导时，会聚集于导体表层，这样会使导体的电阻变大，导体将电能转换成热能的能力变强。频率越高，趋肤效应越显著。
中频加热系统主要是为油井中的稠油加热，为此将抽油杆做成空心的，在空心抽油杆中放置一种特殊的电缆，这种电缆中间是铜芯，铜芯的外面是铁铠，铜芯与铁铠之间有绝缘层，铜芯与铁铠在井下的最末段短接在一起，构成一个闭合回路。中频电源给铜芯铁铠电缆提供频率为500Hz～1000Hz的交流电，当交变的中频电流流过铜芯铁铠电缆时，会产生趋肤效应，铁铠会发热，调节流过铁铠电流的大小或频率，都可以改变铁铠产生热量的大小。
目前正在应用的传统的中频加热系统，流过铜芯铁铠电缆的电流频率是依据井深确定的，井深确定后，即铜芯铁铠电缆的长度便可确定，依此可以确定流过铜芯铁铠电缆的电流频率。一旦确定了电流频率，便不再改变，调节铁铠发热靠的是改变电流的大小。这种方法在中频加热系统的启动过程中，会使启动的时间变得很长，影响采油的生产效率。
发明内容
为了解决上述技术问题本发明提供一种应用于稠油开采的中频加热系统，目的是能快速加热，可以缩短中频加热系统的启动时间，从而提高采油的生产效率。
为达上述目的本发明应用于稠油开采的中频加热系统，由下述结构构成：整流器的输入端与工频电网相联接；整流器的输出端与直流滤波器相联接；经过滤波后的直流电与逆变器的输入端相连接；逆变器的输出端与变压器的输入端相连接；变压器的输出端与负载铜芯铁铠电缆相连接，控制器与逆变器的信号输入端连接。
所述的直流滤波器由两个滤波电容串联构成，每个滤波电容的两端并联一个电阻。
所述的逆变器是由二组IGBT并联，每组的IGBT由两个IGBT串联，其中一个IGBT的集电极与另一个IGBT的发射极连接，每个IGBT的栅极与控制器连接。
所述的其中一组的IGBT的一个IGBT的集电极与另一个IGBT的发射极之间与变压器输入端的一端连接；另一组的IGBT的一个IGBT的集电极与另一个IGBT的发射极之间与变压器输入端的另一端连接。
所述的控制器包括两个脉宽调制器，每组中的一个IGBT的栅极与一个脉宽调制器连接，每组中的另一个IGBT的栅极与另一个脉宽调制器连接。
所述的两个脉宽调制器分别与一组的IGBT的一个IGBT的集电极与另一个IGBT的发射极之间连接。
所述的每个脉宽调制器与每组IGBT下桥臂的IGBT发射级连接。
所述的每个IGBT的发射极和集电极之间反并联二极管。
所述的控制器产生逆变器的控制信号为正弦脉宽调制模式。
本发明的优点效果：在启动中频加热系统时，不仅可以改变系统的输出电压，同时也可以改变系统的输出频率，即改变负载铜芯铁铠电缆的电阻，提高系统的输出功率，缩短中频加热系统的启动时间，达到快速加热的目的，从而提高采油的生产效率。使控制信号的脉冲占空比为最大，输出电压最大。当电压固定以后，调节控制信号的载波频率，降低系统输出交流电的频率，减小负载铜芯铁铠电缆的电阻，使系统以最大输出功率运行。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
图中：1、逆变器；2、直流滤波器；3、整流器；4、工频电网；5、变压器；6、铜芯铁铠电缆；7、控制器；8、T1驱动信号；9、T2驱动信号；10、T3驱动信号；11、T4驱动信号；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图所示本发明应用于稠油开采的中频加热系统，由下述结构构成：整流器3的输入端与工频电网4相联接；整流器3的输出端与直流滤波器2相联接；经过滤波后的直流电与逆变器1的输入端相连接；逆变器1的输出端与变压器5的输入端相连接；变压器5的输出端与负载铜芯铁铠电缆6相连接，控制器7与逆变器1的信号输入端连接；直流滤波器2由两个滤波电容串联构成，每个滤波电容的两端并联一个电阻；逆变器1是由二组IGBT并联，每组的IGBT由两个IGBT串联，其中一个IGBT的集电极与另一个IGBT的发射极连接，每个IGBT的栅极与控制器连接；其中一组的IGBT的一个IGBT的集电极与另一个IGBT的发射极之间与变压器5输入端的一端连接；另一组的IGBT的一个IGBT的集电极与另一个IGBT的发射极之间与变压器5输入端的另一端连接；控制器7包括两个脉宽调制器，每组中的一个IGBT的栅极与一个脉宽调制器连接，每组中的另一个IGBT的栅极与另一个脉宽调制器连接，两个脉宽调制器分别与一组的IGBT的一个IGBT的集电极与另一个IGBT的发射极之间连接，每个脉宽调制器与每组IGBT下桥臂的IGBT发射级连接，每个IGBT的发射极和集电极之间反并联二极管，控制器产生逆变器的控制信号为正弦脉宽调制模式。控制器7的输出控制信号8接逆变器1的T1栅极；控制器7的输出控制信号9接逆变器1的T2栅极；控制器7的输出控制信号10接逆变器1的T3栅极；控制器7的输出控制信号11接逆变器1的T4栅极。
本发明包括强电的电力变换电路和弱电的变频控制器两部分。电力变换电路由整流器、直流滤波器、逆变器和变压器组成。三相交流电经过整流电路变换为直流电，再经过直流滤波电路去除高次谐波，然后经过两桥臂的逆变器变换为单相交流电，此单相交流电经过变压器升压后输送给作为负载的铜芯铁铠电缆。
本发明的工作原理：逆变器1的T1、T4同时导通和关断；T2、T3同时导通和关断。当T1、T4同时导通，而T2、T3同时关断时，电流从变压器输入端的上端流入，从下端流出；当T2、T3同时导通，而T1、T4同时关断时，电流从变压器输入端的下端流入，从上端流出。控制器7通过T1驱动信号8、T2驱动信号9、T3驱动信号10、T4驱动信号11，使逆变器1输出交变电压给变压器5，变压器5再将输入电压升压后送给负载。
通过调节控制信号8～11的载波频率可以改变负载的电流频率。如果此时负载的电压保持不变。当通过调节控制信号8～11的载波频率使负载的电流频率上升时，由于趋肤效应作用，负载的电阻会增加，铜芯铁铠电缆外层铁铠的发热量将减少；当通过调节控制信号8～11的载波频率使负载的电流频率下降时，由于趋肤效应作用，负载的电阻会减少，铜芯铁铠电缆外层铁铠的发热量将增加。

Claims (4)

1.应用于稠油开采的中频加热系统，其特征在于由下述结构构成：整流器的输入端与工频电网相连接；整流器的输出端与直流滤波器相连接；经过滤波后的直流电与逆变器的输入端相连接；逆变器的输出端与变压器的输入端相连接；变压器的输出端与负载铜芯铁铠电缆相连接，控制器与逆变器的信号输入端连接；所述的直流滤波器由两个滤波电容串联构成，每个滤波电容的两端并联一个电阻；所述的逆变器是由二组IGBT并联，每组的IGBT由两个IGBT串联，其中一个IGBT的集电极与另一个IGBT的发射极连接，每个IGBT的栅极与控制器连接；所述的控制器包括两个脉宽调制器，每组中的一个IGBT的栅极与一个脉宽调制器连接，每组中的另一个IGBT的栅极与另一个脉宽调制器连接；所述的两个脉宽调制器分别与一组的IGBT的一个IGBT的集电极与另一个IGBT的发射极之间连接。
2.根据权利要求1所述的应用于稠油开采的中频加热系统，其特征在于所述的逆变器其中一组的IGBT的一个IGBT的集电极与另一个IGBT的发射极之间与变压器输入端的一端连接；另一组的IGBT的一个IGBT的集电极与另一个IGBT的发射极之间与变压器输入端的另一端连接。
3.根据权利要求1所述的应用于稠油开采的中频加热系统，其特征在于每个脉宽调制器与每组IGBT下桥臂的IGBT发射级连接。
4.根据权利要求1所述的应用于稠油开采的中频加热系统，其特征在于所述的控制器产生逆变器的控制信号为正弦脉宽调制模式。
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