一种具有脉宽内分段加压功能的交流脉冲原油脱水电源装置

技术领域

本发明涉及原油脱水电源技术领域，尤其涉及一种具有脉宽内分段加压功能的交流脉冲原油脱水电源装置。

背景技术

原油是由各种有机物在地底岩层经过几百万年的压缩沉积而成，原油的采出液成分极其复杂，其中含有较多的盐类和水分，如果含油水过高将会带来诸多的危害，如无形中占用了原油运输和储存过程中管道及其他附属设备的资源空间、对远距离输送管线以及精密设备腐蚀严重、污染环境、催化剂中毒、能耗增加以及产品质量下降等。因此在原油的净化和加工过程中，采用高效的脱水技术，将原油进行脱水处理是至关重要的，目前我国大多数仍采用电脱水技术配合化学破乳法进行原油脱水处理。

电脱水技术是利用原油乳化液中的分散相水颗粒在高压电场的作用下会发生极化现象的原理进行电破乳，从而达到脱水的效果，现有的原油电脱水电源主要有高压直流电源装置、高压交流电源装置、高压脉冲电源装置三种形式。而在实际的原油脱水工艺中为了获得较好的脱水效果，通常需要根据原油的含水率、表面张力、密度、压力、温度等参数，按照一定的数学关系模型来调整原油脱水电源矩形波的频率、电压和占空比等参数，并控制电源在该参数下运行，目前电脱水器高频交流脉冲电源的使用主要有两种形式，一种是采用一次逆变结构的原油脱水电源，但是此类原油脱水电源存在效率低、体积大、输出电压调节步长大和调节困难、脉冲稳定性差且调节困难等缺点；另一种是采用二次逆变结构的原油脱水电源，但该电源仍存在频率准确调节困难、电压波形稳定性差以及输出功率受限等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有脉宽内分段加压功能的交流脉冲原油脱水电源装置，该装置克服了功率开关管电流尖峰大、电磁干扰严重的问题，使得电源运行稳定性更高、可靠性更好、性能更优越。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种具有脉宽内分段加压功能的交流脉冲原油脱水电源装置，所述装置包括整流滤波电路、DC/DC调压电路、分段加压电路、全桥逆变电路、升压变压器、以微处理器为核心的数字控制电路，其中：

所述整流滤波电路由整流二极管D

所述DC/DC调压电路由功率开关管T

所述分段加压电路由电阻R

所述全桥逆变电路由功率开关管T

所述升压变压器与所述全桥逆变电路连接，用于将原边侧所得到的交流电压进行升压，得到电压、频率、脉宽均可控的高压变频矩形波交流电压，所述升压变压器的输出端连接在原油电脱水器的电极上，向原油乳化液提供电能；

所述以微处理器为核心的数字控制电路用于按照控制要求产生数字PWM控制信号，控制所述DC/DC调压电路、分段加压电路和全桥逆变电路。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述装置克服了功率开关管电流尖峰大、电磁干扰严重的问题，使得电源运行稳定性更高、可靠性更好、性能更优越，在相同运行环境状态下有效延长了电源装置的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的具有脉宽内分段加压功能的交流脉冲原油脱水电源装置结构示意图；

图2为本发明实施例所述分段加压电路与全桥逆变电路PWM及变压器输出过程的一种波形图；

图3为本发明实施例所述分段加压电路与全桥逆变电路PWM及变压器输出过程的另一波形图；

图4为本发明实施例所述直接滞后法产生f

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的具有脉宽内分段加压功能的交流脉冲原油脱水电源装置结构示意图，所述装置主要包括整流滤波电路、DC/DC调压电路、分段加压电路、全桥逆变电路、升压变压器、以微处理器为核心的数字控制电路，其中：

所述整流滤波电路由整流二极管D

所述DC/DC调压电路由功率开关管T

所述分段加压电路由电阻R

所述全桥逆变电路由功率开关管T

所述升压变压器与所述全桥逆变电路连接，用于将原边侧所得到的交流电压进行升压，得到电压、频率、脉宽均可控的高压变频矩形波交流电压，所述升压变压器的输出端连接在原油电脱水器的电极上，向原油乳化液提供电能；

所述以微处理器为核心的数字控制电路用于按照控制要求产生数字PWM控制信号，控制所述DC/DC调压电路、分段加压电路和全桥逆变电路。

具体实现中，如图1所示，所述整流滤波电路中各部件的连接关系为：

输入的单相或三相交流电的U端接整流二极管D

单相或三相交流电的U端与V端之间接有压敏电阻RV

整流二极管D

所述DC/DC调压电路中各部件的连接关系为：

所述整流滤波电路的输出1端串联所述DC/DC调压电路的电感L

功率开关管T

电感L

在二极管D

第一PWM闭环控制电路经第一驱动电路与功率开关管T

所述分段加压电路中各部件的连接关系为：

所述分段加压电路中功率开关管T

功率开关管T

电阻R

所述第一电压传感器将采集到的电阻R

所述第一PWM闭环控制电路将接收的电压信号V

第二PWM控制电路经第二驱动电路分别与功率开关管T

所述全桥逆变电路中各部件的连接关系为：

所述分段加压电路的输出正极，即二极管D

所述分段加压电路的输出负极，即电阻R

功率开关管T

所述升压变压器B

第三PWM控制电路经第三驱动电路分别与功率开关管T

另外，具体实现中，所述以微处理器为核心的数字控制电路通过所产生的脉宽可调的双端PWM信号分段导通所述分段加压电路的功率开关管，所述双端PWM信号控制功率开关管通断实现分段加压功能时，所述分段加压电路与全桥逆变电路按照一定时序相互配合工作，具体过程为：

所述全桥逆变电路中两组桥臂交替导通，即一组桥臂导通时，另一组桥臂处于关断状态，当所述全桥逆变电路中任意一组桥臂接收到驱动信号导通工作时，所述分段加压电路的功率开关管T

在所述全桥逆变电路低压换相过程结束时，所述分段加压电路的第二驱动电路驱动功率开关管T

伴随着所述全桥逆变电路两桥臂的交替导通，所述分段加压电路中两个功率开关管T

另外还可以通过设置比较寄存器的值，设置双端PWM信号一个周期内脉宽。

上述以微处理器为核心的数字控制电路生成脉宽可调的双端PWM信号的方法为直接滞后法，具体是使用了微处理器的两个定时器资源，使两个定时器同时启动，且第二个定时器的初值比第一个定时器的初值大半个周期，其余参数设置完全相同，通过直接滞后法能生成相位相差180°的双端PWM。

对于带有PWM特殊功能输出口的微处理器的定时器资源，一般都具有比较寄存器和周期寄存器，并且比较寄存器和周期寄存器具有自动装载功能。

举例来说，如图4所示为本发明实施例所述直接滞后法产生f

上述直接滞后法所能产生双端PWM信号的最低频率f

另外，所述以微处理器为核心的数字控制电路能控制所述DC/DC调压电路按需迅速调整输出电压大小，并根据要求控制输出电压以特定形式的波形(如正弦形式、指数形式等)按设定的频率周期变化；其中，闭环反馈控制采用定频调制脉宽模式，控制算法采用数字增量式PID算法。

基于上述结构的电源装置，所述DC/DC调压电路的输出电压范围为0.5～500V；经所述升压变压器升压后所得到的高压变频矩形波交流电压的电压调节范围在100V～40kV之间，频率调节范围在0Hz～40kHz之间，脉宽调节范围在0～49％之间。

值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

综上所述，本发明实施例所述装置具有如下优点：

(1)与传统二次逆变式高压变频矩形波交流原油脱水电源相比，一次调压部分采用非隔离式调压方式，效率更高；

(2)DC/DC调压回路采用的新型降压拓扑结构，电路连接简单，维护方便，易于控制，电源转化效率高，同等运行环境状态下电源的使用寿命更长；

(3)分段加压电路按照预设脉宽信号分段导通开关管，实现了极板高压在换相瞬间分阶上升至幅值电压，同时抑制了换相瞬间全桥逆变电路中的电流尖峰，降低电流尖峰对开关管的冲击，在一定程度上延长了开关管的使用寿命，减少了开关损耗，提高了电路的安全可靠性，进一步提升了原油脱水的效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。