可變速度驅(qū)動系統(tǒng)、用于操作可變速度驅(qū)動系統(tǒng)的方法和用于冷凍碳氫化合物流的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種操作包括電動機的可變速度驅(qū)動系統(tǒng)的方法。在另一方面，本發(fā) 明涉及一種包括電動機的可變速度驅(qū)動系統(tǒng)。在其它方面，本發(fā)明涉及一種用于使用可變 速度驅(qū)動系統(tǒng)或操作可變速度驅(qū)動系統(tǒng)的方法來冷凍碳氫化合物流的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 工業(yè)中經(jīng)常需要冷凍的碳氫化合物供給流的例子是例如天然氣，以便產(chǎn)生液化天 然氣（LNG)。天然氣是有用的燃料源以及各種碳氫化合物的來源。經(jīng)常希望在天然氣流的 源或在天然氣流的源附近的LNG工廠中將天然氣液化。能夠合適地批量存儲和運輸LNG。
[0003] 大量LNG工廠在冷凍循環(huán)中包括一個或多個壓縮機，其中當(dāng)制冷劑流體在制冷劑 回路中循環(huán)時制冷劑流體被壓縮。這些壓縮機是傳統(tǒng)上直接由原動機（諸如，蒸汽輪機和 /或燃氣輪機）驅(qū)動的負載，在一些情況下，由作為輔助驅(qū)動的電動機輔助以輔助渦輪機并 且啟動該循環(huán)。然而，對于全電（僅以電氣方式驅(qū)動）機械冷凍循環(huán)存在越來越多的興趣， 其中壓縮機僅由電動機形式的原動機進行軸驅(qū)動。這種馬達可形成可變速度驅(qū)動系統(tǒng)的一 部分。
[0004] 原動機和負載構(gòu)成的串中的軸組件可表現(xiàn)出弱阻尼機械諧振是已知現(xiàn)象。這些機 械諧振經(jīng)常被稱為"扭轉(zhuǎn)模式"或"扭轉(zhuǎn)諧振"。這種扭轉(zhuǎn)諧振的頻率可下降至低于網(wǎng)絡(luò)同 步頻率。與扭轉(zhuǎn)諧振振動關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)矩能夠足夠大以引起機械損害。作為在用于為電動機供 電的功率電子設(shè)備中產(chǎn)生的間諧波電流分量的結(jié)果能夠激發(fā)這種扭轉(zhuǎn)諧振振動也是已知 現(xiàn)象。
[0005] 過去已提出各種解決方案以解決扭轉(zhuǎn)諧振振動的風(fēng)險。其中，美國專利7, 173, 399 公開一種集成扭轉(zhuǎn)模式阻尼系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：負載換向逆變器系統(tǒng)，包括整流器、DC鏈路 和負載逆變器；傳感器，被構(gòu)造用于感測代表負載側(cè)軸上的轉(zhuǎn)矩的信號；和逆變器控制器， 被構(gòu)造為使用感測的信號來檢測負載側(cè)軸上的扭轉(zhuǎn)振動的存在并且通過經(jīng)負載逆變器調(diào) 制有功功率來產(chǎn)生用于減小扭轉(zhuǎn)振動的逆變器控制信號。
[0006] 這個美國專利中公開的系統(tǒng)的缺點在于：它需要用于感測負載側(cè)軸上的轉(zhuǎn)矩的傳 感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種操作可變速度驅(qū)動系統(tǒng)的方法，該可變速度驅(qū) 動系統(tǒng)包括電動機以及布置在AC電源和電動機之間的頻率轉(zhuǎn)換器，所述方法包括下述步 驟：
[0008] -將從AC電源獲得的源頻率的AC功率轉(zhuǎn)換成不等于源頻率的可變驅(qū)動頻率的轉(zhuǎn) 換功率，其中所述轉(zhuǎn)換功率包括具有不等于源頻率的整數(shù)倍的間諧波頻率的另外的頻率分 量的間諧波電流；
[0009]-利用轉(zhuǎn)換功率為電動機供電；
[0010] -利用電動機驅(qū)動至少包括驅(qū)動軸和機械負載的機械組件；以及
[0011] -與機械組件和AC電源中的任何扭轉(zhuǎn)激發(fā)無關(guān)地引起間諧波頻率的波動。
[0012] 在另一方面，本發(fā)明提供一種可變速度驅(qū)動系統(tǒng)，包括：
[0013]-電動機；
[0014]-頻率轉(zhuǎn)換器，被布置在AC電源和電動機之間，用于將從AC電源獲得的源頻率的 AC功率轉(zhuǎn)換成不等于源頻率的可變驅(qū)動頻率的轉(zhuǎn)換功率；
[0015]-耦合到電動機的機械組件，至少包括驅(qū)動軸和機械負載；和
[0016] _電調(diào)制電路，與頻率轉(zhuǎn)換器相互作用并且被布置為獨立于機械組件和AC電源中 的任何扭轉(zhuǎn)激發(fā)引起在頻率轉(zhuǎn)換器中產(chǎn)生的間諧波電流的間諧波頻率的波動。
[0017] 在另一方面，本發(fā)明提供一種冷凍碳氫化合物流的方法，包括下述步驟：
[0018]-根據(jù)如以上所定義的方法操作可變速度驅(qū)動系統(tǒng)，其中所述機械負載包括壓縮 機；以及
[0019]-使制冷劑流體在利用壓縮機壓縮制冷劑流體和通過對碳氫化合物流和制冷劑流 體進行熱交換來冷卻碳氫化合物流之間循環(huán)。
【附圖說明】
[0020] 以下，將使用例子并且參照附圖進一步示出本發(fā)明，其中：
[0021] 圖1是耦合到AC電源和機械負載的可變速度驅(qū)動系統(tǒng)的示意圖；
[0022] 圖2是能夠在圖1中使用的頻率轉(zhuǎn)換器的示意圖；
[0023] 圖3是能夠形成圖2的頻率轉(zhuǎn)換器的一部分的負載換向逆變器的示意圖；
[0024] 圖4是能夠形成圖2的頻率轉(zhuǎn)換器的一部分的具有變壓器的負載換向逆變器的示 意圖；
[0025] 圖5是能夠形成圖2的頻率轉(zhuǎn)換器的一部分的具有變壓器的負載換向逆變器的示 意圖；
[0026] 圖6是能夠形成圖2的頻率轉(zhuǎn)換器的一部分的具有變壓器的負載換向逆變器的示 意圖；
[0027]圖7顯示時間無關(guān)頻率的作為時間的函數(shù)的激發(fā)信號的頻率的圖表，其中在水平 軸線上在0和60s之間的線性標度上標繪時間并且在垂直軸線上在10和20Hz之間的線性 標度上標繪頻率；
[0028]圖8顯示當(dāng)利用圖7的激發(fā)信號在60s期間激發(fā)時隨著時間過去的四質(zhì)量模型的 元件2和3之間的轉(zhuǎn)矩（按照每單位量）的圖表，其中在水平軸線上在0和60s之間的線 性標度上標繪時間并且在垂直軸線上在550和-550pu之間的線性單位標度上標繪轉(zhuǎn)矩，由 此每個刻度線對應(yīng)于l〇〇pu ;
[0029] 圖9顯示對于具有10s的調(diào)制周期的正弦調(diào)制頻率的作為時間的函數(shù)的激發(fā)信號 的頻率的圖表，其中在水平軸線上在〇和60s之間的線性標度上標繪時間并且在垂直軸線 上在10和20Hz之間的線性標度上標繪頻率；
[0030]圖10顯示當(dāng)利用圖9的激發(fā)信號在60s期間激發(fā)時隨著時間過去的四質(zhì)量模型 的元件2和3之間的轉(zhuǎn)矩（按照每單位量）的圖表，其中在水平軸線上在0和60s之間的線 性標度上標繪時間并且在垂直軸線上在50和-50pu之間的線性每單位標度上標繪轉(zhuǎn)矩；
[0031] 圖11顯示對于具有10s的調(diào)制周期的鋸齒調(diào)制頻率的作為時間的函數(shù)的激發(fā)信 號的頻率的圖表，其中在水平軸線上在〇和60s之間的線性標度上標繪時間并且在垂直軸 線上在10和20Hz之間的線性標度上標繪頻率；
[0032] 圖12顯示當(dāng)利用圖11的激發(fā)信號在60s期間激發(fā)時隨著時間過去的四質(zhì)量模型 的元件2和3之間的轉(zhuǎn)矩（按照每單位量）的圖表，其中在水平軸線上在0和60s之間的 線性標度上標繪時間并且在垂直軸線上在150和_150pu之間的線性每單位標度上標繪轉(zhuǎn) 矩；
[0033] 圖13顯示對于具有10s的調(diào)制周期的方波調(diào)制頻率的作為時間的函數(shù)的激發(fā)信 號的頻率的圖表，其中在水平軸線上在〇和60s之間的線性標度上標繪時間并且在垂直軸 線上在10和20Hz之間的線性標度上標繪頻率；
[0034] 圖14顯示當(dāng)利用圖13的激發(fā)信號在60s期間激發(fā)時隨著時間過去的四質(zhì)量模型 的元件2和3之間的轉(zhuǎn)矩（按照每單位量）的圖表，其中在水平軸線上在0和60s之間的線 性標度上標繪時間并且在垂直軸線上在15和-15pu之間的線性每單位標度上標繪轉(zhuǎn)矩；
[0035] 圖15顯示在恒定電機速度和固定逆變器觸發(fā)角下獲得的輸入電流譜的圖表，其 中在水平軸線上在〇和100Hz之間的線性標度上標繪頻率并且在垂直軸線上在0和3%之 間的基本頻率中的電流的百分比的線性標度上標繪電流；
[0036] 圖16顯示當(dāng)利用圖15的輸入電流譜在60s期間利用圖5的逆變器激發(fā)時隨著時 間過去的四質(zhì)量模型的元件2和3之間的轉(zhuǎn)矩（按照每單位量）的圖表，其中在水平軸線 上在0和6