Čerpací jednotka s paprskovým motorem se běžně používá jako hlavní čerpací zařízení v různých ropných polích v Číně, což má problémy s nízkou produkcí, vysokou spotřebou energie a taháním malých aut velkými koňmi. V posledních letech se s rozvojem technologie výkonové elektroniky technologie frekvenční přeměny široce používá v ropných polích díky svým výhodám, jako je úspora energie a pohodlné nastavení frekvence. Během provozu čerpací jednotky elektromotor často běží v generátorovém stavu.
Aby se vyřešil problém zpětného toku energie, existují v současné době v Číně dvě hlavní řešení pro čerpací jednotky v různých ropných polích:
· Brzdná jednotka s proměnnou frekvencí a jednotka s proměnnou frekvenční zpětnou vazbou. Přidání brzdné jednotky a brzdného rezistoru na sběrnici přímo spotřebovává energii na brzdném rezistoru, což je nejen škodlivé pro úsporu energie, ale také obtížné řešit problémy s odvodem tepla a životností brzdného rezistoru;
·Paralelní zpětnovazební jednotky jsou připojeny k přípojnici a vracejí energii generovanou motorem během výroby energie zpět do sítě, čímž se dosahuje zpětného toku mezi střídačem a sítí. To však neřeší problém nízkého účiníku a proudu s vysokými harmonickými, když energie teče ze sítě do střídače.
V reakci na výše uvedenou situaci může řešení se čtyřkvadrantovou technologií překonat nedostatky obou výše uvedených řešení. Technologie čtyřkvadrantové frekvenční konverze řeší problém regenerativního zpracování energie čerpacích jednotek, když je systém nevyvážený, s funkcí čtyřkvadrantového provozu a zároveň zlepšuje energetickou účinnost, snižuje harmonické znečištění napájení a zlepšuje účiník. Čtyřkvadrantový frekvenční měnič využívá technologii usměrňování IGBT řízenou PWM s obousměrným řízením usměrnění a energetické zpětné vazby. Skutečný čtyřkvadrantový provoz dokáže dokonale vyřešit problém zpětného toku energie v čerpacích jednotkách.
Úvod do technologie čtyřkvadrantové frekvenční konverze
1. Princip čtyřkvadrantového frekvenčního měniče
Topologie obvodu čtyřkvadrantového frekvenčního měniče, který používá třífázovou usměrňovací modulaci šířky impulzů (PWM) namísto neřízené usměrňovací modulace, je znázorněna na obrázku 1. Dokáže přeměnit mechanickou energii zátěže na elektrickou energii a vrátit ji do sítě.
Čtyřkvadrantový frekvenční měnič - energeticky úsporné řešení pro čerpací agregáty pro ropná pole
Obrázek 1 Topologická struktura obvodu čtyřkvadrantového frekvenčního měniče
2. Výhody čtyřkvadrantového frekvenčního měniče
Pomocí vysokorychlostní a vysoce výpočetně výkonné řídicí jednotky usměrňovače DSP je generováno šest vysokofrekvenčních PWM impulsů pro řízení zapínání a vypínání IGBT na straně usměrňovače. Zapínání a vypínání IGBT spolupracuje se vstupní tlumivkou a vytváří sinusový průběh proudu, který je ve fázi se vstupním napětím. Tím se eliminují harmonické generované diodovým usměrňováním a analýzou a účiník se blíží 1, čímž se eliminuje harmonické znečištění elektrické sítě.
Strana usměrňovače technologie čtyřkvadrantové frekvenční konverze využívá výkonové moduly IGBT, které dokáží dosáhnout obousměrného toku energie mezi vstupní sítí a motorem. V případě nevyváženosti systému lze potenciální energii generovanou nevyvážeností vrátit zpět do sítě, což výrazně snižuje požadavky na vyváženost systému.
Když je motor v generátorovém stavu, energie generovaná motorem je přiváděna zpět do stejnosměrné sběrnice přes diodu na straně střídače. Spustí se zpětnovazební řízení na straně usměrňovače, které převádí stejnosměrný proud na střídavý a vrací energii zpět do sítě řízením fáze a amplitudy napětí střídače, čímž se dosahuje úsporných účinků.