Čerpacia jednotka s lúčom sa bežne používa ako hlavné čerpacie zariadenie v rôznych ropných poliach v Číne, čo má problémy, ako je nízka produkcia, vysoká spotreba energie a veľké kone ťahajúce malé autá. V posledných rokoch sa s rozvojom technológie výkonovej elektroniky technológia frekvenčnej konverzie široko používa v ropných poliach vďaka svojim výhodám, ako je úspora energie a pohodlné nastavenie frekvencie. Počas prevádzky čerpacej jednotky elektromotor často beží v generátorovom stave.
Na vyriešenie problému spätného toku energie existujú v súčasnosti v Číne dve hlavné riešenia pre čerpacie jednotky v rôznych ropných poliach:
· Brzdná jednotka s premenlivou frekvenciou a jednotka spätnej väzby s premenlivou frekvenciou. Pridanie brzdnej jednotky a brzdového odporu na zbernicu priamo spotrebúva energiu na brzdovom odporu, čo nielen škodí úspore energie, ale tiež sťažuje riešenie problémov s odvodom tepla a životnosťou brzdového odporu;
·Paralelné spätnoväzobné jednotky sú pripojené k zbernici, aby spätne odovzdávali energiu generovanú motorom počas výroby energie do siete, čím sa dosahuje spätný tok medzi meničom a sieťou. To však nerieši problém nízkeho účinníka a vysokého harmonického prúdu, keď energia prúdi zo siete do meniča.
V reakcii na vyššie uvedenú situáciu dokáže riešenie so štvorkvadrantovou technológiou prekonať nedostatky dvoch vyššie uvedených riešení. Technológia štvorkvadrantovej frekvenčnej konverzie rieši problém regeneratívneho spracovania energie čerpacích jednotiek, keď je systém nevyvážený, s funkciou štvorkvadrantovej prevádzky, pričom zlepšuje účinnosť úspory energie, znižuje harmonické znečistenie napájacieho zdroja a zlepšuje účinník. Štvorkvadrantový frekvenčný menič využíva technológiu usmerňovania IGBT riadenú PWM s obojsmerným riadením usmerňovania a energetickou spätnou väzbou. Skutočná štvorkvadrantová prevádzka dokáže dokonale vyriešiť problém spätného toku energie v čerpacích jednotkách.
Úvod do technológie štvorkvadrantovej frekvenčnej konverzie
1. Princíp štvorkvadrantového frekvenčného meniča
Topológia obvodu štvorkvadrantového frekvenčného meniča, ktorý namiesto neriadeného usmerňovania využíva trojfázovú pulzno-šírkovú moduláciu (PWM), je znázornená na obrázku 1. Dokáže premeniť mechanickú energiu záťaže na elektrickú energiu a vrátiť ju do siete.
Štvorkvadrantový frekvenčný menič – energeticky úsporné riešenie pre čerpacie jednotky ropných polí
Obrázok 1 Topologická štruktúra obvodu štvorkvadrantového frekvenčného meniča
2. Výhody štvorkvadrantového frekvenčného meniča
Pomocou vysokorýchlostnej a výpočtovo výkonnej riadiacej jednotky usmerňovača DSP sa generuje šesť vysokofrekvenčných PWM impulzov na riadenie zapínania a vypínania IGBT na strane usmerňovača. Zapínanie a vypínanie IGBT spolupracuje so vstupnou tlmivkou na vytváraní sínusového tvaru prúdu, ktorý je vo fáze so vstupným napätím. Tým sa eliminujú harmonické generované usmerňovaním a analýzou diód a účinník sa blíži k 1, čím sa eliminuje znečistenie elektrickej siete harmonickými.
Strana usmerňovača technológie štvorkvadrantovej frekvenčnej konverzie využíva výkonové moduly IGBT, ktoré dokážu dosiahnuť obojsmerný tok energie medzi vstupnou sieťou a motorom. Keď je systém nevyvážený, potenciálna energia generovaná nevyváženosťou sa môže privádzať späť do siete, čím sa výrazne znižuje požiadavka na vyváženosť systému.
Keď je motor v stave generovania, energia generovaná motorom sa privádza späť do jednosmernej zbernice cez diódu na strane meniča. Spustí sa spätnoväzbová regulácia na strane usmerňovača, ktorá premieňa jednosmerný prúd na striedavý a vracia energiu späť do siete riadením fázy a amplitúdy napätia meniča, čím sa dosahujú úspory energie.