Dobavitelji frekvenčnih pretvornikov, specifičnih za naftna polja, vas opominjajo, da se frekvenčni pretvorniki pogosto uporabljajo v industrijski proizvodnji podjetij in v vsakdanjem življenju ljudi. Široka uporaba frekvenčnih pretvornikov je predvsem posledica njihovih odličnih lastnosti varčevanja z energijo in regulacije hitrosti. Kitajska proizvodnja in poraba energije sta med najvišjimi na svetu. Za rešitev problema porabe energije izdelkov, poleg drugih sorodnih tehničnih vprašanj, ki jih je treba izboljšati, je regulacija hitrosti s spremenljivo frekvenco postala učinkovit ukrep za varčevanje z energijo in izboljšanje kakovosti izdelkov.
Trenutno je med črpalno opremo, ki se uporablja na večini naftnih polj, najpogosteje uporabljena in največja črpalna enota. Po eni strani je gibanje črpalne enote večkratno dvigovanje in spuščanje, enkrat na gib. Njen pogon prihaja iz dveh jeklenih drsnikov z znatno težo, ki jih poganja elektromotor. Ko se drsniki dvignejo, delujejo kot vzvodi in potisnejo palico za črpanje nafte v vrtino. Ko se drsniki spustijo, se palica za črpanje nafte dvigne na glavo vrtine skupaj z nafto. Zaradi konstantne hitrosti motorja se obremenitev med spuščanjem drsnikov zmanjša in energije, ki jo ustvari upor motorja, ne more pritegniti obremenitev. Neizogibno bo našel kanal za porabo energije, zaradi česar bo motor prešel v stanje regenerativne proizvodnje energije, presežno energijo pa bo odvečno odvečno energijo oddal v električno omrežje in povzročil povečanje napetosti glavnega vodila, kar bo neizogibno vplivalo na celotno električno omrežje, povzročilo zmanjšanje kakovosti napajanja in faktorja moči ter se soočilo z globami s strani dobaviteljev električne energije. Nevarnost; Pogosti visokonapetostni udarci lahko poškodujejo motor in povzročijo pomanjkanje zanesljive zaščite. Ko je motor poškodovan, lahko to povzroči zmanjšano proizvodno učinkovitost in povečano vzdrževanje, kar izjemno škoduje varčevanju z energijo in zmanjševanju porabe črpalne opreme ter povzroča znatne gospodarske izgube za podjetje. Po drugi strani pa uvedba dveh velikih jeklenih drsnikov v črpalno enoto z žarkom povzroča številne težave, kot je velik zagonski udar črpalne enote. Poleg zgoraj omenjenih dveh težav posebno geografsko okolje proizvodnje naftnih polj določa, da ima oprema za črpanje nafte svoje obratovalne značilnosti. V zgodnji fazi proizvodnje nafte je veliko skladiščenega olja in zadostna zaloga tekočine. Za izboljšanje učinkovitosti se lahko uporabi delovanje z omrežno frekvenco, da se zagotovi visoka proizvodnja nafte; v srednjih in poznejših fazah lahko zaradi zmanjšanja zalog nafte zlahka pride do nezadostne zaloge tekočine. Če motor še naprej deluje z omrežno frekvenco, bo neizogibno zapravljal električno energijo in povzročil nepotrebne izgube. V tem primeru je treba upoštevati dejanske delovne razmere, ustrezno zmanjšati hitrost motorja, zmanjšati hod in učinkovito izboljšati hitrost polnjenja. Za rešitev zgornjih težav se lahko v krmiljenje črpalnih enot z žarkom uvede tehnologija pretvorbe frekvence.
Z določitvijo delovne frekvence motorja glede na velikost njegovega delovnega toka je mogoče hod črpalne enote priročno prilagajati glede na spremembe v pogojih vrtine, s čimer se doseže cilj varčevanja z energijo in izboljša faktor moči električnega omrežja. Hkrati ima frekvenčni pretvornik mehak zagon pri nizki hitrosti, hitrost pa je mogoče gladko in široko prilagajati. Ima popolne funkcije zaščite motorja, kot so kratek stik, preobremenitev, prenapetost, prenizka napetost in zastoj, kar lahko učinkovito zaščiti motor in mehansko opremo, zagotovi, da oprema deluje pri varni napetosti, in ima številne prednosti, kot so nemoteno in zanesljivo delovanje, izboljšan faktor moči itd. Je idealna rešitev za preoblikovanje opreme za proizvodnjo nafte.
Trenutno obstajajo trije glavni vidiki transformacije frekvenčnih pretvornikov za črpalne enote:
(1) Namen pretvorbe frekvence je izboljšati kakovost električnega omrežja in zmanjšati njegov vpliv na električno omrežje. To se dogaja predvsem v primerih, ko imajo podjetja za oskrbo z električno energijo visoke zahteve glede kakovosti omrežja. Da bi se izognili upadu kakovosti omrežja, je treba uvesti regulacijo s spremenljivo frekvenco, glavni namen katere je zmanjšanje vpliva delovnega procesa črpalne enote na omrežje. Ta aplikacija je bila uvrščena na urnik aplikacij v obratu za proizvodnjo nafte Linpan na naftnem polju Shengli.
(2) Prenova s frekvenčno pretvorbo z glavnim ciljem varčevanja z energijo. To je precej pogosto. Po eni strani se za premagovanje velikega zagonskega navora črpalnih enot naftnih polj uporabljajo elektromotorji, ki so veliko večji od dejansko potrebne moči. Stopnja izkoriščenosti elektromotorjev med delovanjem je običajno med 20 % in 30 %, najvišja pa ne presega 50 %. Elektromotorji so pogosto v stanju majhne obremenitve, kar povzroči izgubo motornih virov. Po drugi strani pa se delovni pogoji črpalne enote nenehno spreminjajo, kar je odvisno od stanja pod zemljo. Če vedno deluje na omrežni frekvenci, bo to neizogibno povzročilo izgubo električne energije. Za varčevanje z energijo in izboljšanje učinkovitosti elektromotorjev je potrebna frekvenčna pretvorba.
(3) Prenova frekvenčne pretvorbe z namenom izboljšanja kakovosti električnega omrežja in varčevanja z energijo. Ta situacija združuje prednosti zgornjih dveh transformacij in je pomembna smer razvoja v aplikacijah.
V dejanskem procesu uporabe se je pojavilo veliko težav, ki so se osredotočale predvsem na obdelavo energije, ki jo ustvari črpalna enota med proizvodnjo energije. V prvem scenariju je uporaba običajnega frekvenčnega pretvornika z zavorno enoto, ki porablja energijo, lahko relativno priročna, vendar to pomeni porabo večje količine energije, predvsem zato, ker proizvedene energije ni mogoče oddati nazaj v omrežje. Ko se frekvenčni pretvornik ne uporablja in je motor v električnem stanju, motor absorbira električno energijo iz omrežja (števec se vrti naprej); ko je elektromotor v stanju proizvodnje, sprosti energijo (števec se vrti nazaj) in električna energija se neposredno odda nazaj v omrežje, ne da bi jo porabila lokalna oprema. Splošna učinkovitost je, da je faktor moči napajalnega sistema črpalne enote relativno nizek, kar pomembno vpliva na kakovost električnega omrežja. Pri uporabi običajnega frekvenčnega pretvornika pa se situacija spremeni. Vhod običajnega frekvenčnega pretvornika je diodno usmerjen in energija ne more teči v nasprotni smeri. Zgornji del električne energije nima poti nazaj v omrežje in ga je treba porabiti lokalno z uporabo uporov, zato je treba uporabiti zavorne enote, ki porabljajo energijo. V drugem in tretjem scenariju je treba pravilno ravnati z električno energijo, ki jo ustvari stanje proizvodnje energije motorja, in jo posredovati v omrežje. V nasprotnem primeru energija, prihranjena s prilagajanjem hoda črpalne enote, morda ne bo mogla nadomestiti energije, ki jo porabi zavorna enota frekvenčnega pretvornika, kar bo povzročilo porabo energije med delovanjem frekvenčne pretvorbe, kar je v nasprotju s ciljem varčevanja z energijo. Da bi rešili to težavo, je treba navadni frekvenčni pretvornik spremeniti z uvedbo dvojne PWM strukture, da se zagotovi, da se elektrika, ustvarjena med proizvodnjo energije, vrne v omrežje; uvesti prilagodljivo krmiljenje v metode krmiljenja za prilagajanje spreminjajočemu se delovnemu okolju črpalnih enot.