專利名稱：基于波形可調(diào)優(yōu)化的雙頻高壓脈沖式原油脫水電源及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于波形可調(diào)優(yōu)化的雙頻高壓脈沖式原油脫水電源及其方法，具 體地說是一種依靠電場力的作用對(duì)油包水型乳化液進(jìn)行破乳脫水的裝置及其設(shè)計(jì)方法，該 裝置利用雙頻/雙電壓交流電源脫水，能夠增加對(duì)乳化膜的沖擊力。
背景技術(shù)：
原油油水乳化液的破乳方法主要有電破乳、生物破乳、微膠囊破乳、聲化學(xué)破乳、 微波輻射破乳以及超聲波破乳等。其中，原油電脫水的實(shí)質(zhì)是應(yīng)用電場對(duì)水滴的作用力，削 弱水滴界面膜的強(qiáng)度，促進(jìn)水滴的碰撞，使小水滴聚集成粒徑較大的水滴，在原油中沉降分 離出來。這種脫水方式效率高、速度快，在各油田得到了普遍應(yīng)用。普通原油電脫水主要包 括直流電場脫水、交流電場脫水兩種。直流電場原油脫水，適合處理較小的水顆粒，但設(shè)備 與帶電流體間形成的金屬/電解質(zhì)回路會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的電化學(xué)腐蝕。交流電場脫水對(duì)含水率 較高的原油，會(huì)有較好的脫水效果，但不適合處理含水率較低的原油乳狀液。故其效率較 低，原油處理量較低，使電場發(fā)生短路，操作不穩(wěn)定，耗電量較大。傳統(tǒng)的電脫水器僅使用一個(gè)電壓指標(biāo)控制電場，然而依據(jù)電脫水靜電場中水滴受 力原理，較小的液滴需要較高的電壓提供足夠的力克服界面張力和促進(jìn)水滴合并，但是如 果電壓太高，太大的靜電場力就會(huì)超過大直徑水滴的界面張力，引起液滴的破碎和分散，不 利于油水分離；同時(shí)低電壓電場不能提供足夠大的電泳力促進(jìn)油中最小液滴的聚結(jié)，但卻 有利于液滴平均直徑的最大化，因此電壓過大或過小都不利于原油脫水，必須綜合考慮電 壓最大和最小值來選擇最合適的輸出電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)普通脫水電源電場可利用率低，容易發(fā)生短路而造 成的操作不穩(wěn)定，對(duì)乳化膜沖擊力不夠的缺點(diǎn)，提供一種不僅能使電場由一系列頻率為Fl 的基本信號(hào)組成，但與此同時(shí)該基本信號(hào)又隨逆變頻率F2變化，加速對(duì)乳化膜的沖擊，而 且其控制電路能夠控制電源輸出基波波形的形狀和傾角的雙頻/雙電壓式原油脫水電源。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種基于波形可調(diào)優(yōu)化的雙頻高壓脈沖式原油脫水電源，包括整流濾波電路1、半 橋式直流斬波調(diào)壓電路2、濾波電路3、逆變電路4和變壓器電路5依次串接在一起構(gòu)成脫 水電源的主電路，與脫水器6相接；其特殊之處在于，所述的主電路上還接有控制電路，主 電路的控制電路由兩大部分組成一是半橋式直流斬波調(diào)壓電路2的控制部分，它是由采 樣電路7、過流保護(hù)電路9、PWM控制電路10、保護(hù)電路11和驅(qū)動(dòng)電路12組成，半橋式直流 斬波調(diào)壓電路2上接有驅(qū)動(dòng)電路12和保護(hù)電路11，驅(qū)動(dòng)電路12和保護(hù)電路11也相接，驅(qū) 動(dòng)電路12上又接有PWM控制電路10，濾波電路3和PWM控制電路10之間又接有采樣電路 7和過流保護(hù)電路9 ；二是逆變電路4的控制部分，它是由采樣電路7、防偏磁電路8、PWM控制電路10、保護(hù)電路11和驅(qū)動(dòng)電路12組成，逆變電路4上接有驅(qū)動(dòng)電路12和保護(hù)電路11， 驅(qū)動(dòng)電路12和保護(hù)電路11也相接，驅(qū)動(dòng)電路12上又接有PWM控制電路10，變壓器電路5 和PWM控制電路10之間又接有采樣電路7和防偏磁電路8 ；通過與脫水器6相連的傳感器 采樣電路7采樣出原油脫水器內(nèi)的原油含水率的變化情況，將這個(gè)變化的值轉(zhuǎn)變成電壓信 號(hào)，送往控制器13，通過對(duì)一個(gè)周期內(nèi)前后兩個(gè)采樣值的比較，控制器13分別控制的半橋 式直流斬波調(diào)壓電路2的控制部分的PWM控制電路10和逆變電路4的控制部分的PWM控 制電路10輸出PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比的大小，控制開關(guān)器件的導(dǎo)通，從而改變輸出電壓的最 大值VH、最小值VL、脈寬比D、基頻頻率Fl和逆變頻率F2的大小。其中，所述的最后輸出的電壓波形為雙頻率和雙電壓，即由兩個(gè)極限電壓值和兩 個(gè)頻率值和一個(gè)優(yōu)選基波波形決定的輸出信號(hào)。電源輸出電壓的最小值是使水滴直徑最大 化的電壓；輸出電壓的最大值是使最小液滴破乳的電壓。頻率分基頻Fl和逆變頻率F2，這 兩個(gè)頻率主要取決于液滴帶電與放電的速度、Stokes直徑液滴固有的振蕩頻率。基波波形 是通過控制器處理，可以輸出數(shù)學(xué)上的任何一種基波波形，這些基波波形包括對(duì)數(shù)、指數(shù)、 正弦、正方形、鋸齒形、梯形等。另外，控制器13還可以改變這些基波波形的傾角，從而改變 曲線上行和下行的速度。其中，所述的半橋式直流斬波調(diào)壓電路2的PWM控制電路10采用固定頻率脈寬調(diào) 制芯片TL494，控制器13產(chǎn)生控制信號(hào)，送到TL494自帶的電壓取樣放大器中，控制TL494 的FEEDBACK(引腳3)的偏置參考電壓，使其與載波信號(hào)相比較生成PWM信號(hào)，寬度變化的 窄脈沖作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而控制電源輸出電壓的基波波形和基頻F1。載波是由TL494內(nèi)部 振蕩器產(chǎn)生，5腳，6腳為振蕩輸入端，外接阻容器件可產(chǎn)生載波頻率為F2 = 1. 1/Rt. Ct的 鋸齒波信號(hào)。其中，所述的過流保護(hù)電路9利用串聯(lián)半橋式直流斬波調(diào)壓電路2和濾波電路3 之間的分流器輸出的電流，經(jīng)過放大，反饋PWM控制電路10中TL494的15腳和16腳，正常 情況下，15腳電平高于16腳電平。TL494內(nèi)部的控制放大器輸出低電平，不影響驅(qū)動(dòng)輸出 端的脈寬。當(dāng)電源一次側(cè)任一端短路過流時(shí)，檢測電阻上的壓降增至極限值，此時(shí)15腳電 平低于16腳電平，控制放大器輸出高電平，封鎖驅(qū)動(dòng)脈沖的輸出，從而使TL494組件輸出脈 沖的寬度為零，整個(gè)電源將立即停止工作，這樣就達(dá)到了短路過流保護(hù)的目的。其中，所述的逆變電路4的控制部分PWM控制電路10采用PWM專用集成芯片 SG3525完成脈寬調(diào)制信號(hào)的功能。SG3525輸出兩路導(dǎo)通相位角相差180°的控制信號(hào)， 經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路，控制逆變電路的大功率IGBT的Sl和S4，S2和S3交替導(dǎo)通。通過改變 SG3525內(nèi)部PWM比較器和T觸發(fā)器的死區(qū)來控制脈寬時(shí)間，使電源逆變部分的脈寬比在 10% -90%可調(diào)。其中，所述的電源的電壓和電流采樣均采用霍爾傳感器，使控制電路與輸出回路 隔離，提高了控制電路的抗干擾能力，保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定工作?；赟G3525芯片構(gòu)建了 硬件比例積分(PI)控制器，當(dāng)給定電流Ig與反饋電流If的差值Δ I經(jīng)運(yùn)算單元進(jìn)行比例 調(diào)節(jié)后，進(jìn)入SG3525積分調(diào)節(jié)單元，同時(shí)將處理結(jié)果輸入比較器，產(chǎn)生PWM脈沖。輸出電壓 變化時(shí)，引起誤差電壓的變化，使誤差電壓與三角波的交叉點(diǎn)上升或下移，從而改變輸出脈 沖的寬度，調(diào)節(jié)輸出電壓。其中，所述的主電路的保護(hù)電路11是在熔斷器后將限流電阻串聯(lián)在主回路中，因?yàn)殚_關(guān)電源的輸入回路采用將380V的交流電壓直接整流濾波成直流高壓，在上電工作的 瞬間，會(huì)產(chǎn)生很大的浪涌電流，很容易導(dǎo)致輸入部分的元器件發(fā)生損壞。其中，所述的雙頻高壓脈沖式原油脫水電源的控制方法，包括以下步驟本電源系 統(tǒng)提出了電源參數(shù)優(yōu)化智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，將電壓的兩個(gè)極限值(即電壓最大值Vh 和電壓最小值、基頻頻率F1、逆變頻率F2和脈寬比D為電源系統(tǒng)的5個(gè)輸出參數(shù)，在 工藝實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，得到不同性質(zhì)的原油乳狀液的脫水電源參數(shù)的粗選值存于數(shù)據(jù)庫，在 實(shí)驗(yàn)粗選值的基礎(chǔ)上通過尋優(yōu)控制的方法得到與不同性質(zhì)的原油乳狀液相匹配的電源參 數(shù)的優(yōu)化最佳輸出值，即原油脫水系統(tǒng)在此電源參數(shù)輸出值工作時(shí)得到的脫水工藝參數(shù)最 優(yōu)，使得脫水后的原油含水率達(dá)到優(yōu)化最小。本發(fā)明的雙頻/雙電壓式原油脫水電源及其設(shè)計(jì)方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以選擇 最優(yōu)電源輸出信號(hào)，能夠根據(jù)具體原油的基本物性參數(shù)和原油電脫水的基本原理，分別選 擇適合的兩個(gè)極限電壓值和兩個(gè)頻率值以及一個(gè)優(yōu)選基波波形決定雙頻/雙電壓電源輸 出信號(hào)，能夠最大限度地對(duì)乳化膜進(jìn)行沖擊，促進(jìn)液滴地聚集。本電源系統(tǒng)提出了電源參數(shù) 優(yōu)化智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。


圖1為本發(fā)明的脫水電源原理框圖；圖2為本發(fā)明的主電路的電路連接結(jié)構(gòu)圖；圖3a為本發(fā)明外加頻率為30Hz正弦波控制信號(hào)所得的輸出電壓、電流波形仿真 圖。圖3b為本發(fā)明外加頻率為60Hz正弦波控制信號(hào)所得的輸出電壓、電流波形仿真 圖。圖3c為本發(fā)明外加頻率為90Hz正弦波控制信號(hào)所得的輸出電壓、電流波形仿真 圖。圖4a為本發(fā)明外加頻率為30Hz矩形波控制信號(hào)所得的輸出電壓、電流波形仿真 4b為本發(fā)明外加頻率為60Hz矩形波控制信號(hào)所得的輸出電壓、電流波形仿真 4c為本發(fā)明外加頻率為90Hz矩形波控制信號(hào)所得的輸出電壓、電流波形仿真 5a為本發(fā)明外加頻率為30Hz鋸齒波控制信號(hào)所得的輸出電壓、電流波形仿真 5b為本發(fā)明外加頻率為60Hz鋸齒波控制信號(hào)所得的輸出電壓、電流波形仿真 5c為本發(fā)明外加頻率為90Hz鋸齒波控制信號(hào)所得的輸出電壓、電流波形仿真 6為本發(fā)明外加正弦波調(diào)制信號(hào)所得的輸出實(shí)測波形圖。圖7為本發(fā)明外加矩形波調(diào)制信號(hào)所得的輸出實(shí)測波形圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖1至7對(duì)本發(fā)明作以下詳細(xì)地說明如圖1所示，本發(fā)明的雙頻/雙電壓變式原油脫水電源，其結(jié)構(gòu)包括整流電路1、半 橋式直流斬波調(diào)壓電路2、濾波電路3、逆變電路4和變壓器電路5構(gòu)成的主電路，其特征在 于，整流電路1、半橋式直流斬波調(diào)壓電路2、濾波電路3、逆變電路4和變壓器電路5依次串 接在一起。市電220V交流電通過半橋可控整流電路進(jìn)行整流，得到電壓在10V-110V連續(xù) 可調(diào)，頻率Fl在0. IHz-IOOHZ連續(xù)可調(diào)，為Fl的這些基波波形包括對(duì)數(shù)、指數(shù)、正弦、正方 形、鋸齒形、梯形等，然后經(jīng)過濾波電路的濾波，濾除高頻雜波波紋，將電壓保持穩(wěn)定。整流 濾波后的基波電壓由逆變電路將基波電壓變成幅值、頻率及脈寬可調(diào)的雙頻波交流，經(jīng)過 變壓器電路將雙頻交流升壓后，變?yōu)殡p頻高壓脈沖交流輸出，然后再將二次繞組線圈側(cè)的 電壓通過二極管整流器進(jìn)行類似于AC/DC雙電場的整流，再加到脫水器的電極板上，對(duì)乳 化膜形成強(qiáng)烈的沖擊力。如圖1所示，主電路還接有控制電路，主電路的控制電路由兩大部分組成一是半 橋式直流斬波調(diào)壓電路2的控制部分，它是由采樣電路7、過流保護(hù)電路9、PWM控制電路 10、保護(hù)電路11和驅(qū)動(dòng)電路12組成，半橋式直流斬波調(diào)壓電路2上接有驅(qū)動(dòng)電路12和保 護(hù)電路11，驅(qū)動(dòng)電路12和保護(hù)電路11也相接，驅(qū)動(dòng)電路12上又接有PWM控制電路10，濾 波電路3和PWM控制電路10之間又接有采樣電路7和過流保護(hù)電路9 ；二是逆變電路4的 控制部分，它是由采樣電路7、防偏磁電路8、PWM控制電路10、保護(hù)電路11和驅(qū)動(dòng)電路12 組成，逆變電路4上接有驅(qū)動(dòng)電路12和保護(hù)電路11，驅(qū)動(dòng)電路12和保護(hù)電路11也相接， 驅(qū)動(dòng)電路12上又接有PWM控制電路10，變壓器電路5和PWM控制電路10之間又接有采樣 電路7和防偏磁電路8。逆變電路4的控制部分PWM控制電路10采用PWM專用集成芯片 SG3525完成脈寬調(diào)制信號(hào)的功能。SG3525輸出兩路導(dǎo)通相位角相差180°的控制信號(hào)，經(jīng) 過驅(qū)動(dòng)電路，控制逆變電路的大功率IGBT的Sl和S4，S2和S3交替導(dǎo)通。通過改變SG3525 內(nèi)部PWM比較器和T觸發(fā)器的死區(qū)來控制脈寬時(shí)間，使電源逆變部分的脈寬比可調(diào)。基于 SG3525芯片構(gòu)建了硬件比例積分(PI)控制器，當(dāng)給定電流Ig與反饋電流If的差值Δ I經(jīng) 運(yùn)算單元進(jìn)行比例調(diào)節(jié)后，進(jìn)入SG3525積分調(diào)節(jié)單元，同時(shí)將處理結(jié)果輸入比較器，產(chǎn)生 PWM脈沖。輸出電壓變化時(shí)，引起誤差電壓的變化，使誤差電壓與三角波的交叉點(diǎn)上升或下 移，對(duì)輸出的PWM輸出波形進(jìn)行控制，經(jīng)過調(diào)整后的SG3525的輸出波形通過驅(qū)動(dòng)電路12來 控制逆變電路4中MOSFET器件的開通與關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出波形的控制。過流保護(hù)電 路9利用串聯(lián)在半橋式直流斬波調(diào)壓電路2和濾波電路3之間的分流器輸出的電流，經(jīng)過 放大，反饋PWM控制電路10中TL494的15腳和16腳，正常情祝下，15腳電平高于16腳電 平。TL494內(nèi)部的控制放大器輸出低電平，不影響驅(qū)動(dòng)輸出端的脈寬。當(dāng)電源一次側(cè)的任一 端短路過流時(shí)，檢測電阻上的壓降增至極限值，此時(shí)15腳電平低于16腳電平，控制放大器 輸出高電平，封鎖驅(qū)動(dòng)脈沖的輸出，從而使TL494組件輸出脈沖的寬度為零，整個(gè)電源將立 即停止工作，這樣就達(dá)到了短路過流保護(hù)的目的?；úㄐ问峭ㄟ^控制器處理，可以輸出數(shù) 學(xué)上的任何一種基波波形，這些基波波形包括對(duì)數(shù)、指數(shù)、正弦、正方形、鋸齒形、梯形等。另 外，控制器13還可以改變這些基波波形的傾角，從而改變曲線上行和下行的速度。半橋式 直流斬波調(diào)壓電路2的PWM控制電路10采用固定頻率脈寬調(diào)制芯片TL494，控制器13產(chǎn)生 控制信號(hào)，送到TL494自帶的電壓取樣放大器中，控制TL494的FEEDBACK(引腳3)的偏置參考電壓，使其與載波信號(hào)相比較生成PWM信號(hào)，寬度變化的窄脈沖作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而控 制電源輸出電壓的基波波形和基頻F1。載波是由TL494內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生，5腳，6腳為振蕩 輸入端，外接阻容器件可產(chǎn)生載波頻率為F2 = 1. 1/Rt. Ct的鋸齒波信號(hào)。如圖1所示，通過傳感器采樣電路14采樣出原油脫水器內(nèi)的原油含水率的變化情 況，將這個(gè)變化的值轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，送往控制器13，通過對(duì)一個(gè)周期內(nèi)前后兩個(gè)采樣值的 比較，控制器13分別控制的半橋式直流斬波調(diào)壓電路2的控制部分的PWM控制電路10和 逆變電路4的控制部分的PWM控制電路10輸出PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比的大小，控制開關(guān)器件 的導(dǎo)通，從而改變輸出電壓的最大值Vh、最小值\、脈寬比D、基頻頻率Fl和逆變頻率F2的 大小。電源輸出參數(shù)最優(yōu)值的尋找方法，即電源參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的控制方法，能夠在保證原油 脫水系統(tǒng)正常工作及環(huán)境變化的情況下，通過含水率的在線反饋值的比較，使用變步長的 控制計(jì)算方法，使得兩個(gè)極限電壓值、兩個(gè)頻率值、和脈寬比值逐步逼近使原油含水率最小 的電源輸出最優(yōu)值，達(dá)到極大限度的降低原油含水率的目的。如圖2所示，主電路的保護(hù)電路11是在熔斷器后將限流電阻串聯(lián)在主回路中，因 為開關(guān)電源的輸入回路采用將220V的交流電壓直接整流濾波成310V的直流高壓，在上電 工作的瞬間，會(huì)產(chǎn)生很大的浪涌電流，很容易導(dǎo)致輸入部分的元器件發(fā)生損壞。如圖3所示，變壓器一次側(cè)輸出的以正弦波為基波的電壓、電流波形仿真圖。正弦 波控制信號(hào)的頻率都是分別為30Hz、60Hz、90Hz，逆變頻率為1kHz。如圖4所示，變壓器一次側(cè)輸出的以矩形波為基波的電壓、電流波形仿真圖。矩形 波控制信號(hào)的頻率都是分別為30Hz、60Hz、90Hz，逆變頻率為1kHz。如圖5所示，變壓器一次側(cè)輸出的以三角波為基波的電壓、電流波形仿真圖。三角 波控制信號(hào)的頻率都是分別為30Hz、60Hz、90Hz，逆變頻率為1kHz。
權(quán)利要求
1.一種基于波形可調(diào)優(yōu)化的雙頻高壓脈沖式原油脫水電源，包括整流濾波電路(1)、 半橋式直流斬波調(diào)壓電路(2)、濾波電路(3)、逆變電路(4)和變壓器電路(5)依次串接在 一起構(gòu)成脫水電源的主電路，與脫水器(6)相接；其特征在于所述的主電路上還接有由兩 大部分組成的控制電路，一是半橋式直流斬波調(diào)壓電路(2)的控制部分，它是由采樣電路 (7)、過流保護(hù)電路(9)、PWM控制電路(10)、保護(hù)電路(11)和驅(qū)動(dòng)電路(12)組成，半橋式 直流斬波調(diào)壓電路⑵上接有驅(qū)動(dòng)電路(12)和保護(hù)電路(11)，驅(qū)動(dòng)電路(12)和保護(hù)電路 (11)也相接，驅(qū)動(dòng)電路(12)上又接有PWM控制電路(10)，濾波電路(3)和PWM控制電路 (10)之間又接有采樣電路(7)和過流保護(hù)電路(9) ；二是逆變電路⑷的控制部分，它是由 采樣電路(7)、防偏磁電路(8)、PWM控制電路(10)、保護(hù)電路(11)和驅(qū)動(dòng)電路(12)組成， 逆變電路⑷上接有驅(qū)動(dòng)電路(12)和保護(hù)電路(11)，驅(qū)動(dòng)電路(12)和保護(hù)電路(11)也相 接，驅(qū)動(dòng)電路(12)上又接有PWM控制電路(10)，變壓器電路(5)和PWM控制電路(10)之間 又接有采樣電路(7)和防偏磁電路(8)；通過與脫水器(6)相連的傳感器采樣電路(7)采 樣出原油脫水器內(nèi)的原油含水率的變化情況，將這個(gè)變化的值轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，送往控制 器(13)，通過對(duì)一個(gè)周期內(nèi)前后兩個(gè)采樣值的比較，控制器(13)分別控制的半橋式直流斬 波調(diào)壓電路⑵的控制部分的PWM控制電路(10)和逆變電路⑷的控制部分的PWM控制 電路(10)輸出PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比的大小，控制開關(guān)器件的導(dǎo)通，從而改變輸出電壓的最 大值VH、最小值VL、脈寬比D、基頻頻率Fl和逆變頻率F2的大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頻高壓脈沖式原油脫水電源，其特征在于所述的最后輸 出的電壓波形為雙頻率和雙電壓，即由兩個(gè)極限電壓值和兩個(gè)頻率值和一個(gè)優(yōu)選基波波形 決定的輸出信號(hào)；電源輸出電壓的最小值是使水滴直徑最大化的電壓；輸出電壓的最大值 是使最小液滴破乳的電壓；頻率分基頻Fl和逆變頻率F2，這兩個(gè)頻率主要取決于液滴帶電 與放電的速度、Stokes直徑液滴固有的振蕩頻率；基波波形是通過控制器處理，可以輸出 數(shù)學(xué)上的任何一種基波波形，這些基波波形包括對(duì)數(shù)、指數(shù)、正弦、正方形、鋸齒形、梯形等； 另外，控制器(13)還可以改變這些基波波形的傾角，從而改變曲線上行和下行的速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頻高壓脈沖式原油脫水電源，其特征在于所述的半橋式 直流斬波調(diào)壓電路(2)的PWM控制電路(10)采用固定頻率脈寬調(diào)制芯片TL494，控制器 (13)產(chǎn)生控制信號(hào)，送到TL494自帶的電壓取樣放大器中，控制TL494的FEEDBACK(引腳 3)的偏置參考電壓，使其與載波信號(hào)相比較生成PWM信號(hào)，寬度變化的窄脈沖作為驅(qū)動(dòng)信 號(hào)，從而控制電源輸出電壓的基波波形和基頻Fl ；載波是由TL494內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生，5腳，6 腳為振蕩輸入端，外接阻容器件可產(chǎn)生載波頻率為F2 = 1. 1/Rt. Ct的鋸齒波信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頻高壓脈沖式原油脫水電源，其特征在于所述的過流保 護(hù)電路(9)利用串聯(lián)半橋式直流斬波調(diào)壓電路(2)和濾波電路(3)之間的分流器輸出的電 流，經(jīng)過放大，反饋PWM控制電路(10)中TL494的15腳和16腳，正常情況下，15腳電平高 于16腳電平；TL494內(nèi)部的控制放大器輸出低電平，不影響驅(qū)動(dòng)輸出端的脈寬；當(dāng)電源一次 側(cè)任一端短路過流時(shí)，檢測電阻上的壓降增至極限值，此時(shí)15腳電平低于16腳電平，控制 放大器輸出高電平，封鎖驅(qū)動(dòng)脈沖的輸出，從而使TL494組件輸出脈沖的寬度為零，整個(gè)電 源將立即停止工作，這樣就達(dá)到了短路過流保護(hù)的目的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頻高壓脈沖式原油脫水電源，其特征在于所述的逆變電 路(4)的控制部分PWM控制電路(10)采用PWM專用集成芯片SG3525完成脈寬調(diào)制信號(hào)的功能；SG3525輸出兩路導(dǎo)通相位角相差180°的控制信號(hào)，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路，控制逆變電路的 大功率IGBT的Sl和S4，S2和S3交替導(dǎo)通；通過改變SG3525內(nèi)部PWM比較器和T觸發(fā)器 的死區(qū)來控制脈寬時(shí)間，使電源逆變部分的脈寬比在10% -90%可調(diào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頻高壓脈沖式原油脫水電源，其特征在于所述的電源的 電壓和電流采樣均采用霍爾傳感器，使控制電路與輸出回路隔離，提高了控制電路的抗干 擾能力，保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定工作；基于SG3525芯片構(gòu)建了硬件比例積分(PI)控制器，當(dāng) 給定電流Ig與反饋電流If的差值Δ I經(jīng)運(yùn)算單元進(jìn)行比例調(diào)節(jié)后，進(jìn)入SG3525積分調(diào)節(jié) 單元，同時(shí)將處理結(jié)果輸入比較器，產(chǎn)生PWM脈沖；輸出電壓變化時(shí)，引起誤差電壓的變化， 使誤差電壓與三角波的交叉點(diǎn)上升或下移，從而改變輸出脈沖的寬度，調(diào)節(jié)輸出電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頻高壓脈沖式原油脫水電源，其特征在于所述的主電路 的保護(hù)電路(11)是在熔斷器后將限流電阻串聯(lián)在主回路中，因?yàn)殚_關(guān)電源的輸入回路采 用將380V的交流電壓直接整流濾波成直流高壓，在上電工作的瞬間，會(huì)產(chǎn)生很大的浪涌電 流，很容易導(dǎo)致輸入部分的元器件發(fā)生損壞。
8.一種實(shí)施權(quán)利要求1所述的雙頻高壓脈沖式原油脫水電源的方法，其特征在于包 括以下步驟將電壓的兩個(gè)極限值(即電壓最大值Vh和電壓最小值\)、基頻頻率F1、逆變 頻率F2和脈寬比D為電源系統(tǒng)的5個(gè)輸出參數(shù)，在工藝實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，得到不同性質(zhì)的原 油乳狀液的脫水電源參數(shù)的粗選值存于數(shù)據(jù)庫，在實(shí)驗(yàn)粗選值的基礎(chǔ)上通過尋優(yōu)控制的方 法得到與不同性質(zhì)的原油乳狀液相匹配的電源參數(shù)的優(yōu)化最佳輸出值，即原油脫水系統(tǒng)在 此電源參數(shù)輸出值工作時(shí)得到的脫水工藝參數(shù)最優(yōu)，使得脫水后的原油含水率達(dá)到優(yōu)化最
全文摘要
一種基于波形可調(diào)優(yōu)化的雙頻高壓脈沖式原油脫水電源及其方法，其特點(diǎn)在于電源輸出的電壓波形為雙頻率和雙電壓交流，即由兩個(gè)極限電壓值和兩個(gè)頻率值和一個(gè)優(yōu)選基波波形決定的輸出信號(hào)，經(jīng)過高壓變壓器電路升壓，變?yōu)殡p頻高壓交流輸出，然后再將二次繞組線圈側(cè)的電壓通過二極管整流器進(jìn)行類似于AC/DC雙電場的整流，再加到脫水器的電極板上，對(duì)乳化膜形成強(qiáng)烈的沖擊力。本發(fā)明的雙頻高壓脈沖式原油脫水電源能夠針對(duì)當(dāng)前正在處理的原油的物性參數(shù)，自適應(yīng)確定最優(yōu)電源輸出信號(hào)，可以分別選擇適合的兩個(gè)極限電壓值和兩個(gè)頻率值以及一個(gè)優(yōu)選基波波形決定雙頻/雙電壓電源輸出信號(hào)，能夠最大限度地對(duì)乳化膜進(jìn)行沖擊，促進(jìn)液滴聚結(jié)。
文檔編號(hào)H02M5/458GK102005937SQ20091009188
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2009年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月1日
發(fā)明者俞建榮, 初慶東, 林順英, 牛俊邦, 陳家慶, 陳曉雪 申請(qǐng)人:北京石油化工學(xué)院