石油管道感应加热电源中功率调节方法的研究

张恭铭 李婉莹 门艳旗 彭万里 哈尔滨师范大学 150025



石油管道感应加热电源中功率调节方法的研究

张恭铭 李婉莹 门艳旗 彭万里 哈尔滨师范大学 150025

【文章摘要】

针对石油管道感应加热电源的功率调节方法进行了研究。根据电磁感应原理，阐述了负载连接方式、系统功率和加热温度的控制方法。在分析脉冲密度调功方法的同时，提出了一种改进的脉冲密度调功方式。建立了PID温度控制系统模型，依据改进的密度调功方法编写了逆变器驱动程序。为石油传输管道感应加热电源的进一步研究打下了良好的基础。

【关键词】

感应加热；密度调功；PID控制；逆变器

0　引言

管道运输广泛应用于石油的长距离运输。由于我国石油多产在高寒地区含蜡度较高，在运输途中极易结蜡凝结。一般管道进行加热处理。但是目前加热炉效率比较低，消耗大量的煤还会对空气造成污染。感应加热是一种绿色的加热方式。其工作可靠、无污染、效率高是理想的加热方式。但目前对于石油管道的感应加热电源研究较少，其功率控制及安全性无法得到保证。因此对感应加热电源功率调节方法的研究有重要意义。

1　感应加热电源工作原理与负载分析

电源工作时，需要在管道上缠绕均匀的负载线圈。其主要应用了感应加热的原理，由于加热对象是石油管道，为了保证系统，因此要对加热温度进行控制。对于加热系统来说加热温度的控制归根结底是系统输出功率的调节，因此对于石油传输管道感应加热电源来说功率调节算法的研究至关重要。

感应加热系统在工作时需要消耗大量的无功功率，这就需要增加补偿电容。与并联谐振电路相比较，串联谐振逆变电路的启动和关断比较容易，宜使用在负载性质变化不大的场合。对于石油传输管道感应加热系统来说，加热对象是石油管道，负载线圈固定不变，所以选用串联谐振逆变电路。

2　功率控制方法研究

脉冲密度调功通过调节输出脉冲的密度调节输送能量的时间比，从而控制输出功率。通过改变脉冲密度就可以改变电源的输出功率。由于输出频率跟随负载的谐振频率，电源一直工作在谐振点附近，有很高的效率，很适合在感应加热电源中使用。但是功率闭环情况下工作稳定性较差，特别在全桥逆变中易使系统失控。为了克服这些缺点提出改进的脉冲密度调功方法。

首先建立系统模型。由于感应加热电源功率的控制归结为加热温度的控制。因此建立系统温度闭环PID模型：

设每隔时间T读取一次温度，则第次读取的温度值与期望温度值差为，积分时间，则第次采样时脉冲的占空比为：

对式（2）做差量PID运算，得第次脉冲的占空比与第次差值为：

通过建立PID模型，找到了功率调节中占空比与加热温度值之间的关系，从而实现功率的控制。

根据式（3）编写程序并在Keil中仿真输出波形如图1所示。

图1　PID算法系统模型图

脉冲1为两路占空比为50%、互补带死区时间的方波信号。脉冲2为高频占空比可变方波。将脉冲信号1分别与脉冲信号2进行逻辑与运算，就得到了用于逆变器的驱动信号。电源工作在谐振点，有很高的效率。脉冲1互补且具有死区时间，能够防止两桥臂同时导通。通过调节脉冲2高频方波的占空比改变电源的输出功率。既实现了功率的调节功能，保证了电源的高效性；又克服了脉冲密度调功方式工作稳定性较差的缺点。

3　总结

脉冲密度调功方法是一种良好的的调功方式。但由于存在一定缺陷，使其在具体应用时有着诸多困难，本文提出了一种改进的脉冲密度调功方法，为进一步研究石油管道感应加热电源打下了良好的基础。

【参考文献】

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