Talapumba seadet kasutatakse Hiinas mitmesugustes naftaväljades tavaliselt peamise pumpamisseadmena, millel on probleeme madala tootlikkuse, suure energiatarbimise ja väikeste autode vedamisega suurte hobuste poolt. Viimastel aastatel on jõuelektroonika tehnoloogia arenguga naftaväljadel laialdaselt kasutatud sagedusmuundamise tehnoloogiat tänu oma eelistele, nagu energiasääst ja mugav sageduse reguleerimine. Pumbaseadme töötamise ajal töötab elektrimootor sageli genereerivas olekus.
Energia tagasivoolu probleemi lahendamiseks on Hiinas erinevates naftaväljades pumpamiseks praegu kaks peamist lahendust:
·Muutuvsageduslik piduriseade ja muudetavsageduslik tagasisideseade. Piduriseadme ja pidurdustakisti lisamine siinile tarbib otse pidurdustakisti energiat, mis mitte ainult ei kahjusta energia säästmist, vaid raskendab ka pidurdustakisti soojuse hajumise ja eluea probleeme;
· Paralleelsed tagasisideseadmed on ühendatud siiniga, et suunata mootori poolt energia tootmise ajal genereeritud energia võrku tagasi, saavutades vastasvoolu inverteri ja võrgu vahel. See aga ei lahenda madala võimsusteguri ja suure harmoonilise voolu probleemi, kui energia voolab võrgust inverterisse.
Eeltoodud olukorrale reageerides suudab nelja kvadrandi tehnoloogia ületada kahe eespool mainitud lahenduse puudused. Nelja kvadrandi sagedusmuundamise tehnoloogia lahendab pumpamisseadmete regeneratiivse energia töötlemise probleemi, kui süsteem on tasakaalustamata, kasutades nelja kvadrandilist tööfunktsiooni, parandades samal ajal energiasäästu efektiivsust, vähendades toiteallika harmoonilist saastet ja parandades võimsustegurit. Nelja kvadrandi sagedusmuundur kasutab PWM-iga juhitavat IGBT alalditehnoloogiat, millel on alaldi ja energia tagasiside kahesuunaline juhtimine. Tõeline nelja kvadrandi töörežiim suudab ideaalselt lahendada pumpamisseadmete energia tagasivoolu probleemi.
Sissejuhatus nelja kvadrandi sagedusmuundamise tehnoloogiasse
1. Nelja kvadrandilise sagedusmuunduri põhimõte
Nelja kvadrandilise sagedusmuunduri vooluringi topoloogia, mis kasutab kontrollimatu alaldi asemel kolmefaasilist impulsi laiuse modulatsiooniga (PWM) alaldit, on näidatud joonisel 1. See suudab koormuse mehaanilise energia elektrienergiaks muuta ja võrku tagasi suunata.
Nelja kvadrandi sagedusmuundur – energiasäästlik lahendus naftaväljade pumpamisüksustele
Joonis 1 Nelja kvadrandilise sagedusmuunduri vooluringi topoloogia struktuur
2. Nelja kvadrandilise sagedusmuunduri eelised
Kiire ja suure arvutusvõimsusega alaldi juhtseadme DSP abil genereeritakse kuus kõrgsageduslikku PWM-impulssi, mis juhivad alaldi poolel oleva IGBT sisse- ja väljalülitamist. IGBT sisse- ja väljalülitamine toimib koos sisendreaktoriga, et tekitada siinusvoolu lainekuju, mis on faasis sisendpingega. See kõrvaldab dioodi alalduse ja analüüsi käigus tekkivad harmoonilised ning võimsustegur on lähedane 1-le, kõrvaldades seeläbi harmoonilise saastumise elektrivõrku.
Nelja kvadrandilise sagedusmuundamise tehnoloogia alaldi pool kasutab IGBT-toitemooduleid, mis võimaldavad saavutada kahesuunalise energiavoo sisendvõrgu ja mootori vahel. Kui süsteem on tasakaalustamata, saab tasakaalustamatuse tekitatud potentsiaalse energia suunata tagasi võrku, vähendades oluliselt süsteemi tasakaalustamise vajadust.
Kui mootor on genereerimisolekus, suunatakse mootori tekitatud energia inverteri poolel oleva dioodi kaudu tagasi alalisvoolusiinile. Alaldi tagasiside juhtimine käivitub, muutes alalisvoolu vahelduvvooluks ja suunates energia tagasi võrku, juhtides inverteri pinge faasi ja amplituudi, saavutades energiasäästu.