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矩形波交流脉冲脱水电源在海洋平台上的应用研究

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第一章绪论

1.1海上原油含水带来的影响

1.2海上原油脱水工艺与设备

1.2.1原油脱水工艺

1.2.2电脱水器结构

1.2.3电脱水器的电极形式

1.2.4电脱水器的供电设备

1.3海上电脱水工艺现存问题及拟采用的解决方案

1.3.1脱水工艺现存问题

1.3.2拟采用的解决方案

第二章矩形波交流脉冲脱水电源

2.1电源工作原理

2.2电源结构介绍

2.2.1电源主电路

2.2.2电源控制电路

第三章海上原油电脱水实验

3.1实验目的

3.2实验方案

3.3静态实验

3.3.1实验设备与药品

3.3.2实验步骤

3.3.3实验过程及结果

3.4动态实验

3.4.1实验设备及步骤

3.4.2实验结果

3.5结论

第四章DSP控制的矩形波交流脉冲脱水电源设计方案

4.1整体设计方案

4.2 DSP的原理及选型

4.2.1 DSP的原理及结构特点

4.2.2 DSP的选型

4.3 TMS320LF2407A简介

第五章基于DSP控制的电源控制电路的设计

5.1 DSP2407A最小系统的设计

5.1.1电源模块

5.1.2时钟和复位电路模块

5.1.3 JTAG接口模块

5.1.4外扩RAM模块

5.1.5串行通信接口模块

5.1.6 DSP最小系统硬件电路的制板与调试

5.2 IGBT驱动脉冲产生电路的设计

5.2.1事件管理器模块EV简介

5.2.2 PWM脉冲产生方案

5.3电压电流采样模块的设计

5.3.1 2407A模数转换模块概述

5.3.2采样电路的设计

5.4.参数设置模块的设计

5.5保护电路的设计

第六章脱水电源控制系统的软件设计及调试

6.1 DSP软件开发环境CCS简介

6.1.1软硬件仿真开发环境的建立

6.1.2 CCS简介

6.2控制系统软件设计

6.2.1控制系统软件总体设计

6.2.2 PWM波形的软件实现

6.2.3数据采集子程序

6.2.4故障中断处理程序

6.3系统调试实验

6.3.1 PWM脉冲生成实验

6.3.2 AD转换实验

6.3.3动态调节实验

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致 谢

附 录

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摘要

海洋平台现有的电脱水器存在电耗大,处理能力低,极易跳电等一系列问题。尤其随着酸化、药剂处理等频繁修井作业,使原油中含有大量的聚合物,乳化严重。这部分乳化液导电性好,电化学破乳难,而传统电脱水设备脱水效果差,电场不稳。因此,急需寻求一种新的脱水设备,改进电脱水处理工艺,解决现存的问题,提高脱水质量。
   矩形波交流脉冲脱水电源正是这样的一种新型脱水设备。为了验证矩形波交流脉冲脱水电源在海洋平台上的可行性和优越性,在实验室进行了该电源的原油电脱水实验,实验包括静态实验和动态实验。经实验验证,该电源对海上原油具有很好的适用性,且脱水后原油含水率低,通过实验确定了矩形波脱水电源针对海洋原油的最佳脱水参数,并对脱水工艺进行了改进,确定了水平电极形式的脱水罐结构。根据实验结果和海洋平台对脱水电源的要求,设计采用DSP作为主控芯片实现电源的数字化控制。
   本文采用TMS320LF2407A作为主控芯片,对电源的控制电路进行了改进。论文简要介绍了DSP的选型原则,TMS320LF2407A型DSP控制器的内部结构和基本工作原理,并制订了电源控制电路的改进方案。
   控制电路以16位数字信号处理器TMS320LF2407A为核心,硬件电路主要进行了DSP最小系统、电压电流采样调理模块和保护模块等主要模块的设计。其中,DSP最小系统的设计是整个控制电路硬件设计的核心。控制电路采用脉宽调制方式(PWM)进行输出控制,即控制IGBT的导通时间来实现输出功率与输出特性的控制。本论文利用DSP2407A的事件管理器模块,通过编程来产生所需的PWM脉冲,DSP输出的控制脉冲经IGBT专用驱动模块EXB841进行功率放大后,触发IGBT。DSP对电源输出电流和电压进行实时采样,并通过数码管显示,实时观测电源的运行状态。
   控制系统软件部分采用C语言和汇编语言混合编程的方法,以模块化思想设计。软件部分中,最关键的是生成PWM波的程序。本论文完成了调压控制电路和逆变控制电路PWM脉冲的软件编写,并通过试验记录了相关数据和波形。采用DSP控制的电源硬件电路简单,体积小,成本低,系统软件高效、易于升级。

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