หน่วยสูบน้ำแบบลำแสงมักใช้เป็นอุปกรณ์สูบน้ำหลักในแหล่งน้ำมันหลายแห่งในประเทศจีน ซึ่งประสบปัญหาต่างๆ เช่น การผลิตต่ำ การใช้พลังงานสูง และการใช้ม้าขนาดใหญ่ลากรถยนต์ขนาดเล็ก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลัง เทคโนโลยีการแปลงความถี่จึงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในแหล่งน้ำมัน เนื่องจากมีข้อดีหลายประการ เช่น การประหยัดพลังงานและการปรับความถี่ที่สะดวก ในระหว่างการทำงานของหน่วยสูบน้ำ มอเตอร์ไฟฟ้ามักจะทำงานอยู่ในสถานะกำเนิด
เพื่อแก้ไขปัญหาการไหลย้อนกลับของพลังงาน ปัจจุบันมีโซลูชันหลักสองประการสำหรับหน่วยสูบน้ำมันในแหล่งน้ำมันต่างๆ ในประเทศจีน:
· ชุดเบรกความถี่แปรผันและชุดป้อนกลับความถี่แปรผัน การเพิ่มชุดเบรกและตัวต้านทานเบรกเข้ากับบัสบาร์จะสิ้นเปลืองพลังงานโดยตรงไปยังตัวต้านทานเบรก ซึ่งไม่เพียงแต่เป็นอันตรายต่อการประหยัดพลังงานเท่านั้น แต่ยังเป็นการยากที่จะแก้ปัญหาการกระจายความร้อนและอายุการใช้งานของตัวต้านทานเบรกอีกด้วย
· ชุดป้อนกลับแบบขนานเชื่อมต่อกับบัสบาร์เพื่อป้อนพลังงานที่สร้างโดยมอเตอร์ระหว่างการผลิตไฟฟ้ากลับเข้าสู่กริด ทำให้เกิดการไหลย้อนกลับระหว่างอินเวอร์เตอร์และกริด อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ไม่ได้แก้ปัญหาค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าต่ำและกระแสฮาร์มอนิกสูงเมื่อพลังงานไหลจากกริดไปยังอินเวอร์เตอร์
เพื่อตอบสนองต่อสถานการณ์ข้างต้น โซลูชันเทคโนโลยีสี่ควอดแรนท์สามารถแก้ไขข้อบกพร่องของโซลูชันทั้งสองที่กล่าวถึงข้างต้นได้ เทคโนโลยีการแปลงความถี่สี่ควอดแรนท์ช่วยแก้ปัญหาการประมวลผลพลังงานทดแทนของชุดปั๊มเมื่อระบบไม่สมดุล ด้วยฟังก์ชันการทำงานสี่ควอดแรนท์ ขณะเดียวกันก็ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการประหยัดพลังงาน ลดมลภาวะฮาร์มอนิกของแหล่งจ่ายไฟ และปรับปรุงตัวประกอบกำลัง ตัวแปลงความถี่สี่ควอดแรนท์ใช้เทคโนโลยีการเรียงกระแส IGBT ที่ควบคุมโดย PWM พร้อมการควบคุมแบบสองทิศทางของการเรียงกระแสและป้อนกลับพลังงาน การทำงานสี่ควอดแรนท์ที่แท้จริงสามารถแก้ปัญหาการไหลย้อนกลับของพลังงานในชุดปั๊มได้อย่างสมบูรณ์แบบ
การแนะนำเทคโนโลยีการแปลงความถี่สี่ควอดแรนท์
1、 หลักการของตัวแปลงความถี่สี่ควอดแรนท์
รูปที่ 1 แสดงโครงสร้างวงจรแปลงความถี่แบบสี่ควอดแรนท์ ซึ่งใช้การแก้ไขแบบมอดูเลตความกว้างพัลส์สามเฟส (PWM) แทนการแก้ไขแบบไม่มีการควบคุม ซึ่งสามารถแปลงพลังงานกลของโหลดเป็นพลังงานไฟฟ้าและส่งกลับไปยังกริดได้
เครื่องแปลงความถี่สี่ควอดแรนท์ - โซลูชันประหยัดพลังงานสำหรับหน่วยสูบน้ำมัน
รูปที่ 1 โครงสร้างโทโพโลยีของวงจรแปลงความถี่สี่ควอดแรนท์
2、 ข้อดีของตัวแปลงความถี่สี่ควอดแรนท์
ด้วยการใช้หน่วยควบคุมวงจรเรียงกระแสความเร็วสูงและกำลังประมวลผลสูง DSP จะสร้างพัลส์ PWM ความถี่สูงจำนวน 6 พัลส์เพื่อควบคุมการเปิดและปิด IGBT ที่ด้านวงจรเรียงกระแส การเปิดและปิด IGBT จะทำงานร่วมกับรีแอคเตอร์อินพุตเพื่อสร้างรูปคลื่นกระแสไซน์ที่มีเฟสตรงกับแรงดันไฟฟ้าอินพุต วิธีนี้ช่วยขจัดฮาร์มอนิกที่เกิดจากวงจรเรียงกระแสและการวิเคราะห์ไดโอด และค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าจะใกล้เคียง 1 จึงช่วยลดมลพิษฮาร์มอนิกที่ส่งผลต่อระบบไฟฟ้า
ด้านวงจรเรียงกระแสของเทคโนโลยีการแปลงความถี่แบบสี่ควอแดรนท์ใช้โมดูลกำลังไฟฟ้า IGBT ซึ่งสามารถส่งพลังงานแบบสองทิศทางระหว่างกริดอินพุตและมอเตอร์ เมื่อระบบไม่สมดุล พลังงานศักย์ที่เกิดจากความไม่สมดุลจะถูกป้อนกลับไปยังกริด ช่วยลดความจำเป็นในการรักษาสมดุลของระบบได้อย่างมาก
เมื่อมอเตอร์อยู่ในสถานะกำลังผลิต พลังงานที่มอเตอร์สร้างขึ้นจะถูกป้อนกลับไปยังบัส DC ผ่านไดโอดที่ฝั่งอินเวอร์เตอร์ การควบคุมป้อนกลับฝั่งเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าจะเริ่มต้นขึ้น โดยแปลง DC เป็น AC และป้อนพลังงานกลับไปยังกริดโดยการควบคุมเฟสและแอมพลิจูดของแรงดันไฟฟ้าของอินเวอร์เตอร์ ส่งผลให้ประหยัดพลังงาน