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基于模糊控制采油管中频感应加热电源的研究

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摘要

1 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 感应加热电源发展现状和趋势

1.2.1 国外感应加热电源发展现状

1.2.2 国内感应加热电源发展现状

1.2.3 感应加热电源的发展趋势

1.3 本文主要内容

2 采油管中频加热电源的原理及结构

2.1 采油管中频加热电源的工作原理

2.2 采油管加热电源的电路结构

2.3 逆变谐振电路的选择

2.4 调功方式的选择

2.4.1 直流侧调功

2.4.2 逆变侧调功

3 模糊PID控制器的研究

3.1 PID控制理论

3.1.1 PID控制原理

3.1.2 数字PID控制算法

3.1.3 PID控制参数整定

3.1.4 PID控制的特性

3.2 模糊控制理论

3.2.1 模糊控制原理

3.2.2 模糊控制的特性

3.3 采油管加热电源模糊PID控制器的设计

3.4 模糊PID控制的MATLAB仿真

4 采油管中频加热电源硬件设计

4.1 主电路分析

4.1.1 三相不可控整流电路

4.1.2 中间电路

4.1.3 单相全桥逆变电路

4.2 主电路参数的设计

4.2.1 整流模块参数选择

4.2.2 滤波器参数选择

4.2.3 IGBT参数选择

4.2.4 谐振电容和电感的参数选择

4.2.5 中频变压器的选择

4.3 辅助电路的设计

4.3.1 IGBT驱动电路

4.3.2 电压电流检测电路

4.3.3 温度检测电路

5 采油管中频加热电源软件设计与编程调试

5.1 主程序

5.2 数字滤波程序设计

5.3 频率跟踪控制子程序设计

5.4 模糊PID子程序设计

5.5 PWM子程序设计

6 实验及调试

6.1 基于锁相环的逆变电路仿真分析

6.2 采油管加热电源的调试

结论

参考文献

作者简历

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摘要

目前在稠油开采中采用的方法主要是工频电空心采油管电加热法,具有成本低,加热快的特性。但是该方法容易造成电网电压波动,造成电网设备的损耗;电能利用率较低,容易造成电能的浪费;温度无法线性稳定控制,无法满足越来越高效地商业开采的需求。
  针对这些问题,本文利用实验室现有的电源装置,通过对中频感应加热电源工作原理的研究,采用PLC作为控制核心,AC-DC-AC变频电路为主电路,设计了一个采油管感应中频加热电源。该电源的负载为串联谐振电路,通过缠绕在采油管上的感应加热线圈直接对采油管进行加热。温度控制策略采用模糊PID控制,根据设定温度和采集到的当前负载温度进行逆变侧调压调功,完成采油管中频感应加热系统温度闭环控制,达到温度的稳定控制。
  本文对温度控制策略进行了MATLAB仿真验证,完成采油管中频感应加热电源主电路硬件设计、控制软件设计和上位机监控系统的设计,并且针对在实际应用中会出现的故障问题进行了系统的可靠性和外围电路的设计。通过现场模拟试验证明,采油管中频感应加热电源运行稳定,温度控制精确,监控界面操作简单明了,显著提高了稠油热处理效果,进而提高了开采效率,可以满足系统的商业化开采要求。

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