kaz29Вестник Казахстанско-Британского технического университетаHerald of the Kazakh-British Technical University1998-66882959-8109Казахстанско-Британский Технический Университет10.55452/1998-6688-2024-21-3-331-342kaz29-1394Research ArticleНЕФТЕГАЗОВАЯ ИНЖЕНЕРИЯ И ГЕОЛОГИЯOIL AND GAS ENGINEERING, GEOLOGYПРОЦЕСС РАЗРАБОТКИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА НЕФТЕПРОВОДАDEVELOPMENT PROCESS OF A FREQUENCY CONVERTER FOR INDUCTION HEATING OF OIL PIPELINEhttps://orcid.org/0000-0001-7098-4824ИнсеповД. Г.InsepovD. G.

докторант 

050013, Алматы

PhD student 

050013, Almaty

insepov_dauren83@mail.ruКазахский национальный исследовательский технический университет имени К.И. СатпаеваКазахстанKazakh National Research Technical University named after K.I. SatpayevaKazakhstan202403102024213331342Copyright © Инсепов Д.Г., 20242024Инсепов Д.Г.Insepov D.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.kbtu.edu.kz/jour/article/view/1394

В статье представлен подробный обзор истории, развития и применения преобразователей частоты с особым акцентом на их использование в нефтегазовой отрасли. Прослеживается эволюция преобразователей частоты от их создания в конце 19 – начале 20 вв. до их современного применения, когда используются микропроцессоры и цифровая обработка сигналов для точного управления выходной частотой. В нефтегазовой отрасли преобразователи частоты имеют решающее значение для эффективного и точного индукционного нагрева трубопроводов. Они преобразуют источник питания с фиксированной частотой и напряжением в выходной сигнал переменной частоты и переменного напряжения, управляя скоростью асинхронных двигателей, используемых в процессе нагрева. В статье также рассматриваются вопросы проектирования и моделирования преобразователей частоты, обсуждается процесс их определения характеристик, создания математических моделей и использования программных инструментов моделирования, таких как MatLab. В нем представлены уравнения для энергии индуктивности, энергии конденсатора, условий резонанса и коэффициента мощности, которые необходимы при математическом моделировании преобразователей частоты. В заключение статьи подчеркивается влияние преобразователей частоты на эффективность и экономику систем индукционного нагрева. В нем подчеркивается необходимость тщательного проектирования и моделирования для обеспечения оптимальной производительности и безопасности.

The article provides a detailed overview of the history, development and applications of frequency converters, with particular emphasis on their use in the oil and gas industry. It traces the evolution of frequency converters from their inception in the late 19th and early 20th centuries to their modern applications, which use microprocessors and digital signal processing to precisely control the output frequency. In the oil and gas industry, frequency converters are critical to efficient and accurate induction heating of pipelines. They convert a fixed frequency and voltage power supply into a variable frequency and variable voltage output, controlling the speed of the induction motors used in the heating process. The article also covers the design and modeling of frequency converters, discussing the process of characterizing them, creating mathematical models, and using modeling software tools such as MatLab. It presents equations for inductive energy, capacitor energy, resonance conditions and power factor, which are necessary in the mathematical modeling of frequency converters. The article concludes by highlighting the impact of frequency converters on the efficiency and economics of induction heating systems. It emphasizes the need for careful design and modeling to ensure optimal performance and safety.

преобразователи частотыиндукционный нагревнефтепроводпроектирование и моделированиетехнологическое поддержание температурыfrequency convertersinduction heatingoil pipelinedesign and modelingtechnological temperature maintenanceReferencesMulko M. Alternating Current and Direct Current: Which is Better? // INTERESTING ENGENEERING. – 2021. Available at: https://interestingengineering.com/science/alternating-current-anddirect-current-which-is-better.Mulko M. Alternating Current and Direct Current: Which is Better? Interesting Engineering, 2021. Available at: https://interestingengineering.com/science/alternating-current-and-direct-current-which-isbetter.Cardoso A.J.M. Electrical Heating System for Oil Pipelines // International Conference on IndustrialCardoso A.J.M. Electrical Heating System for Oil Pipelines. International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), 2022. Available at: https://www.researchgate.net/publication/363024597_Electrical_Heating_System_for_Oil_Pipelines.Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). – 2022. Available at: https://www.researchgate.net/publication/363024597_Electrical_Heating_System_for_Oil_Pipelines.Hilsenbeck S. A nugget of knowledge: frequency converters, 2024. Available at: https://lappconnect.lappgroup.com/en/expertise/a-nugget-of-knowledge-frequency-converters/#autor.Hilsenbeck S. A nugget of knowledge: frequency converters. – 2024. Available at: https://lappconnect.lappgroup.com/en/expertise/a-nugget-of-knowledge-frequency-converters/#autor.Variable Frequency Drive (VFD) – Circuit Diagram, Working, Types, Advantage, Disadvantages, and Applications. Electrical Technology, 2021. Available at: https://www.electricaltechnology.org/2021/11/vfdvariable-frequency-drive.htmlVariable Frequency Drive (VFD) – Circuit Diagram, Working, Types, Advantage, Disadvantages, and Applications // Electrical Technology. – 2021. Available at: https://www.electricaltechnology.org/2021/11/vfdvariable-frequency-drive.htmlKumar A., Sarkar D., and Sadhu P.K. An Efficient Power Control Technique for High-Frequency Resonant Inverter in Induction Heating System. Eng. Technol. Appl. Sci. Res., 2018, vol. 8, no. 6, pp. 3530–3535Kumar A., Sarkar D., and Sadhu P.K. An Efficient Power Control Technique for High-Frequency Resonant Inverter in Induction Heating System // Eng. Technol. Appl. Sci. Res. – 2018. – vol. 8. – No. 6. – P. 3530–3535.Induction Heating in Oil & Gas Industry, 2024. Available at: https://ultraflexpower.com/industries/oilgas/#:~:text=The%20Oil%20and%20Gas%-20industry,drilling%20tools%20and%20many%20more.Induction Heating in Oil & Gas Industry. – 2024. Available at: https://ultraflexpower.com/industries/oil-gas/#:~:text=The%20Oil%20and%20Gas%-20industry,drilling%20tools%20and%20many%20more.Induction heater technological process. Monograph, 2020. – 120 p.Induction heater technological process. Monograph / Sagyndikova A.Zh. – Almaty: Gumarbek Daukeev NAO AUES, 2020. – 120 p.Power dissipation in inductors, 2009. Available at: https://www.physicsforums.com/threads/powerdissipation-in-inductors.334018/Power dissipation in inductors. – 2009. Available at: https://www.physicsforums.com/threads/powerdissipation-in-inductors.334018/Isembergenov N.Т., Sagyndikova A.J., Konyrova M.Zh. Frequency converter for induction heating oil in oil pipelines. WSEAS Transactions on Electronics, 2021, vol. 12, pp. 24–31.Isembergenov N.Т., Sagyndikova A.J., Konyrova M.Zh. Frequency converter for induction heating oil in oil pipelines // WSEAS Transactions on Electronics. – 2021. – Vol. 12. – P. 24–31.Parkevich E.V. (2014) Vsjo ob R − L − C konture. Metodicheskoe posobie po podgotovke k olimpiadam, Moscow, 47 p. [in Russian].Паркевич Е.В. Всё об R − L − C контуре // Методическое пособие по подготовке к олимпиадам. – М., 2014. – 47 с.Elton M.D. Analyzation of the Resistor-Inductor-Capacitor Circuit. Undergraduate Journal of Mathematical Modeling, 2017, vol. 7, 21 p.Elton M.D. Analyzation of the Resistor-Inductor-Capacitor Circuit. // Undergraduate Journal of Mathematical Modeling. – 2017. – Vol. 7 – 21 p.Mughees N. Applications of IGBTs in power electronics. Industrial Electronics. – 2023. Available at: https://electronics360.globalspec.com/article/19849/applications-of-igbts-in-power-electronics.Mughees N. Applications of IGBTs in power electronics. // Industrial Electronics. – 2023. Available at: https://electronics360.globalspec.com/article/19849/applications-of-igbts-in-power-electronics.Insepov D.G. (2016) Vysokochastotnyj indukcionnyj nagrev nefteprovoda. Elektrifіkacіja transport, no. 12, pp. 103–106 [in Russian].Инсепов Д.Г. Высокочастотный индукционный нагрев нефтепровода // Електрифікація транспорту. – 2016. – № 12. – С. 103–106.Konesev S.G., Hljupin P.A. Razrabotka algoritma inzhenernogo rascheta indukcionnoj nagrevatel'noj sistemy nefteprovodov. Available at: https://s.science-education.ru/pdf/2015/2/709.pdf [in Russian].Конесев С.Г., Хлюпин П.А. Разработка алгоритма инженерного расчета индукционной нагревательной системы нефтепроводов. Режим доступа: https://s.science-education.ru/pdf/2015/2/709.pdfLarin V.S., Zenenko A.S., Rydkin M.A. (2023) Opredelenie sobstvennyh chastot i kojefficientov zatuhanija po izmerennym peredatochnym funkcijam naprjazhenija obmotok silovyh transformatorov. Jelektrichestvo, no. 1, pp. 28–35 [in Russian].Ларин В.С., Зененко А.С., Рыдкин М.А. Определение собственных частот и коэффициентов затухания по измеренным передаточным функциям напряжения обмоток силовых трансформаторов // Электричество. – 2023. – № 1. – С. 28–35.Bazarov A.A., Danilushkin A.I., Danilushkin V.A. (2016) Kompleksnoe modelirovanie i upravlenie processom nepreryvnogo indukcionnogo nagreva ferromagnitnyh zagotovok. Vestn. Samar. gos. tehn. un-ta. Ser. Tehnicheskie nauki, no. 2, pp. 128–138 [in Russian].Базаров А.А., Данилушкин А.И., Данилушкин В.А. Комплексное моделирование и управление процессом непрерывного индукционного нагрева ферромагнитных заготовок // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Технические науки. – 2016. – № 2. – С. 128–138.Bankar S.S., Joshi P.M. Modelling and simulation of high frequency inverter for induction heating application, 2018. Available at: https://www.researchgate.net/publication/309355214_MODELLING_AND_SIMULATION_OF_HIGH_FREQUENCY_INVERTER_FOR_INDUCTION_HEATING_APPLICATIONBankar S.S., Joshi P.M. Modelling and simulation of high frequency inverter for induction heating application, 2018. Available at: https://www.researchgate.net/publication/309355214_MODELLING_AND_SIMULATION_OF_HIGH_FREQUENCY_INVERTER_FOR_INDUCTION_HEATING_APPLICATIONAreitioaurtena M., Segurajauregi U., Akujärvi V. A semi-analytical coupled simulation approach for induction heating. Adv. Model. and Simul. in Eng. Sci., 2021, vol. 8. Available at: https://doi.org/10.1186/s40323-021-00199-0.Areitioaurtena M., Segurajauregi U., Akujärvi V. A semi-analytical coupled simulation approach for induction heating. Adv. Model. and Simul. in Eng. Sci. – 2021. – Vol. 8. Available at: https://doi.org/10.1186/s40323-021-00199-0.Du H., Li Ju, Qu Ya. Mathematical Modeling of Eddy-Current Loss for a New Induction Heating Device. Mathematical Modeling of Heat and Mass Transfer in Energy Science and Engineering, 2014. Available at: https://www.hindawi.com/journals/mpe/2014/923745/Du H., Li Ju, Qu Ya. Mathematical Modeling of Eddy-Current Loss for a New Induction Heating Device // Mathematical Modeling of Heat and Mass Transfer in Energy Science and Engineering. – 2014. Available at: https://www.hindawi.com/journals/mpe/2014/923745/Roginskaja L.Je., Gorbunov A.S. Transformatorno-induktornyj kompleks s posledovatel'nym vkljucheniem kondensatora v cep' nagruzki. Available at: https://s.science-education.ru/pdf/2013/6/858.pdf [in Russian]Рогинская Л.Э., Горбунов А.С. Трансформаторно-индукторный комплекс с последовательным включением конденсатора в цепь нагрузки. Режим доступа: https://s.science-education.ru/pdf/2013/6/858.pdfРогинская Л.Э., Горбунов А.С. Трансформаторно-индукторный комплекс с последовательным включением конденсатора в цепь нагрузки. Режим доступа: https://s.science-education.ru/pdf/2013/6/858.pdf

The authors declare that there are no conflicts of interest present.