L'unità di pompaggio a trave è comunemente utilizzata come principale attrezzatura di pompaggio in vari giacimenti petroliferi in Cina, che presentano problemi quali bassa produzione, elevato consumo energetico e grandi cavalli che trainano piccole auto. Negli ultimi anni, con lo sviluppo della tecnologia dell'elettronica di potenza, la tecnologia di conversione di frequenza è stata ampiamente utilizzata nei giacimenti petroliferi grazie ai suoi vantaggi come il risparmio energetico e la comoda regolazione della frequenza. Durante il funzionamento dell'unità di pompaggio, il motore elettrico funziona spesso in modalità generatore.
Per risolvere il problema del reflusso di energia, attualmente esistono due soluzioni principali per le unità di pompaggio in vari giacimenti petroliferi in Cina:
· Unità di frenatura a frequenza variabile e unità di retroazione a frequenza variabile. L'aggiunta di un'unità di frenatura e di una resistenza di frenatura alla barra collettrice comporta il consumo diretto di energia sulla resistenza di frenatura, il che non solo compromette il risparmio energetico, ma rende anche difficile risolvere i problemi di dissipazione del calore e di durata della resistenza di frenatura;
· Le unità di retroazione parallele sono collegate alla barra collettrice per restituire alla rete l'energia generata dal motore durante la generazione di energia, realizzando un flusso inverso tra l'inverter e la rete. Tuttavia, questo non risolve il problema del basso fattore di potenza e dell'elevata corrente armonica quando l'energia fluisce dalla rete all'inverter.
In risposta alla situazione sopra descritta, la soluzione tecnologica a quattro quadranti può superare le carenze delle due soluzioni sopra menzionate. La tecnologia di conversione di frequenza a quattro quadranti risolve il problema dell'elaborazione dell'energia rigenerativa delle unità di pompaggio quando il sistema è sbilanciato, con la funzione di funzionamento a quattro quadranti, migliorando al contempo l'efficienza energetica, riducendo l'inquinamento armonico dell'alimentazione e migliorando il fattore di potenza. Il convertitore di frequenza a quattro quadranti adotta la tecnologia di rettifica IGBT controllata da PWM, con controllo bidirezionale di rettifica e feedback energetico. Il vero funzionamento a quattro quadranti può risolvere perfettamente il problema del riflusso di energia nelle unità di pompaggio.
Introduzione alla tecnologia di conversione di frequenza a quattro quadranti
1、 Principio del convertitore di frequenza a quattro quadranti
La topologia del circuito del convertitore di frequenza a quattro quadranti, che utilizza la rettifica a modulazione di larghezza di impulso (PWM) trifase anziché la rettifica incontrollata, è illustrata nella Figura 1. Può convertire l'energia meccanica del carico in energia elettrica e restituirla alla rete.
Convertitore di frequenza a quattro quadranti: soluzione a risparmio energetico per le unità di pompaggio dei giacimenti petroliferi
Figura 1 Struttura topologica del circuito convertitore di frequenza a quattro quadranti
2. Vantaggi del convertitore di frequenza a quattro quadranti
Utilizzando un'unità di controllo del raddrizzatore DSP ad alta velocità e potenza di calcolo, vengono generati sei impulsi PWM ad alta frequenza per controllare l'accensione e lo spegnimento dell'IGBT sul lato raddrizzatore. L'accensione e lo spegnimento dell'IGBT interagiscono con il reattore di ingresso per produrre una forma d'onda di corrente sinusoidale in fase con la tensione di ingresso. Ciò elimina le armoniche generate dal raddrizzatore e dall'analisi dei diodi e il fattore di potenza è prossimo a 1, eliminando così l'inquinamento armonico nella rete elettrica;
Il lato raddrizzatore della tecnologia di conversione di frequenza a quattro quadranti adotta moduli di potenza IGBT, che possono realizzare un flusso di energia bidirezionale tra la rete di ingresso e il motore. Quando il sistema è sbilanciato, l'energia potenziale generata dallo squilibrio può essere reimmessa in rete, riducendo notevolmente la necessità di bilanciamento del sistema;
Quando il motore è in stato di generazione, l'energia generata dal motore viene reimmessa nel bus CC attraverso il diodo sul lato inverter. Il controllo di retroazione sul lato raddrizzatore si attiva, invertendo la corrente continua in corrente alternata e reimmettendo l'energia nella rete elettrica controllando la fase e l'ampiezza della tensione dell'inverter, ottenendo così un notevole risparmio energetico.