CN104737438B - 可变速度驱动***、用于操作可变速度驱动***的方法和用于冷冻碳氢化合物流的方法 - Google Patents
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Abstract
操作一种可变速度驱动***，该可变速度驱动***采用电动机以及布置在AC电源和电动机之间的频率转换器。频率转换器用于将从AC电源获得的在源频率的AC功率转换成在可变驱动频率的转换功率。机械组件能够被耦合到电动机。提供与频率转换器相互作用的电调制电路。它被布置为独立于机械组件和AC电源中的任何扭转激发而在频率转换器中产生的间谐波电流的间谐波频率中施加波动。
Description
技术领域
本发明涉及一种操作包括电动机的可变速度驱动***的方法。在另一方面，本发明涉及一种包括电动机的可变速度驱动***。在其它方面，本发明涉及一种用于使用可变速度驱动***或操作可变速度驱动***的方法来冷冻碳氢化合物流的方法。
背景技术
工业中经常需要冷冻的碳氢化合物供给流的例子是例如天然气，以便产生液化天然气(LNG)。天然气是有用的燃料源以及各种碳氢化合物的来源。经常希望在天然气流的源或在天然气流的源附近的LNG工厂中将天然气液化。能够合适地批量存储和运输LNG。
大量LNG工厂在冷冻循环中包括一个或多个压缩机，其中当制冷剂流体在制冷剂回路中循环时制冷剂流体被压缩。这些压缩机是传统上直接由原动机(诸如，蒸汽轮机和/或燃气轮机)驱动的负载，在一些情况下，由作为辅助驱动的电动机辅助以辅助涡轮机并且启动该循环。然而，对于全电(仅以电气方式驱动)机械冷冻循环存在越来越多的兴趣，其中压缩机仅由电动机形式的原动机进行轴驱动。这种马达可形成可变速度驱动***的一部分。
原动机和负载构成的串中的轴组件可表现出弱阻尼机械谐振是已知现象。这些机械谐振经常被称为“扭转模式”或“扭转谐振”。这种扭转谐振的频率可下降至低于网络同步频率。与扭转谐振振动关联的转矩能够足够大以引起机械损害。作为在用于为电动机供电的功率电子设备中产生的间谐波电流分量的结果能够激发这种扭转谐振振动也是已知现象。
过去已提出各种解决方案以解决扭转谐振振动的风险。其中，美国专利7,173,399公开一种集成扭转模式阻尼***，该***包括：负载换向逆变器***，包括整流器、DC链路和负载逆变器；传感器，被构造用于感测代表负载侧轴上的转矩的信号；和逆变器控制器，被构造为使用感测的信号来检测负载侧轴上的扭转振动的存在并且通过经负载逆变器调制有功功率来产生用于减小扭转振动的逆变器控制信号。
这个美国专利中公开的***的缺点在于：它需要用于感测负载侧轴上的转矩的传感器。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种操作可变速度驱动***的方法，该可变速度驱动***包括电动机以及布置在AC电源和电动机之间的频率转换器，所述方法包括下述步骤：
-将从AC电源获得的源频率的AC功率转换成不等于源频率的可变驱动频率的转换功率，其中所述转换功率包括具有不等于源频率的整数倍的间谐波频率的另外的频率分量的间谐波电流；
-利用转换功率为电动机供电；
-利用电动机驱动至少包括驱动轴和机械负载的机械组件；以及
-与机械组件和AC电源中的任何扭转激发无关地引起间谐波频率的波动。
在另一方面，本发明提供一种可变速度驱动***，包括：
-电动机；
-频率转换器，被布置在AC电源和电动机之间，用于将从AC电源获得的源频率的AC功率转换成不等于源频率的可变驱动频率的转换功率；
-耦合到电动机的机械组件，至少包括驱动轴和机械负载；和
-电调制电路，与频率转换器相互作用并且被布置为独立于机械组件和AC电源中的任何扭转激发引起在频率转换器中产生的间谐波 电流的间谐波频率的波动。
在另一方面，本发明提供一种冷冻碳氢化合物流的方法，包括下述步骤：
-根据如以上所定义的方法操作可变速度驱动***，其中所述机械负载包括压缩机；以及
-使制冷剂流体在利用压缩机压缩制冷剂流体和通过对碳氢化合物流和制冷剂流体进行热交换来冷却碳氢化合物流之间循环。
附图说明
以下，将使用例子并且参照附图进一步示出本发明，其中：
图1是耦合到AC电源和机械负载的可变速度驱动***的示意图；
图2是能够在图1中使用的频率转换器的示意图；
图3是能够形成图2的频率转换器的一部分的负载换向逆变器的示意图；
图4是能够形成图2的频率转换器的一部分的具有变压器的负载换向逆变器的示意图；
图5是能够形成图2的频率转换器的一部分的具有变压器的负载换向逆变器的示意图；
图6是能够形成图2的频率转换器的一部分的具有变压器的负载换向逆变器的示意图；
图7显示时间无关频率的作为时间的函数的激发信号的频率的图表，其中在水平轴线上在0和60s之间的线性标度上标绘时间并且在垂直轴线上在10和20Hz之间的线性标度上标绘频率；
图8显示当利用图7的激发信号在60s期间激发时随着时间过去的四质量模型的元件2和3之间的转矩(按照每单位量)的图表，其中在水平轴线上在0和60s之间的线性标度上标绘时间并且在垂直轴线上在550和-550pu之间的线性单位标度上标绘转矩，由此每个刻度线对应于100pu；
图9显示对于具有10s的调制周期的正弦调制频率的作为时间的函数的激发信号的频率的图表，其中在水平轴线上在0和60s之间的线性标度上标绘时间并且在垂直轴线上在10和20Hz之间的线性标度上标绘频率；
图10显示当利用图9的激发信号在60s期间激发时随着时间过去的四质量模型的元件2和3之间的转矩(按照每单位量)的图表，其中在水平轴线上在0和60s之间的线性标度上标绘时间并且在垂直轴线上在50和-50pu之间的线性每单位标度上标绘转矩；
图11显示对于具有10s的调制周期的锯齿调制频率的作为时间的函数的激发信号的频率的图表，其中在水平轴线上在0和60s之间的线性标度上标绘时间并且在垂直轴线上在10和20Hz之间的线性标度上标绘频率；
图12显示当利用图11的激发信号在60s期间激发时随着时间过去的四质量模型的元件2和3之间的转矩(按照每单位量)的图表，其中在水平轴线上在0和60s之间的线性标度上标绘时间并且在垂直轴线上在150和-150pu之间的线性每单位标度上标绘转矩；
图13显示对于具有10s的调制周期的方波调制频率的作为时间的函数的激发信号的频率的图表，其中在水平轴线上在0和60s之间的线性标度上标绘时间并且在垂直轴线上在10和20Hz之间的线性标度上标绘频率；
图14显示当利用图13的激发信号在60s期间激发时随着时间过去的四质量模型的元件2和3之间的转矩(按照每单位量)的图表，其中在水平轴线上在0和60s之间的线性标度上标绘时间并且在垂直轴线上在15和-15pu之间的线性每单位标度上标绘转矩；
图15显示在恒定电机速度和固定逆变器触发角下获得的输入电流谱的图表，其中在水平轴线上在0和100Hz之间的线性标度上标绘频率并且在垂直轴线上在0和3％之间的基本频率中的电流的百分比的线性标度上标绘电流；
图16显示当利用图15的输入电流谱在60s期间利用图5的逆变 器激发时随着时间过去的四质量模型的元件2和3之间的转矩(按照每单位量)的图表，其中在水平轴线上在0和60s之间的线性标度上标绘时间并且在垂直轴线上在30和-30pu之间的线性每单位标度上标绘转矩；
图17显示通过具有10s的周期的正弦驱动频率变化而获得的另一输入电流谱的图表，其中在水平轴线上在0和100Hz之间的线性标度上标绘频率并且在垂直轴线上在基本频率中的电流的百分比为0和1％之间的线性标度上标绘电流；
图18显示当利用图17的输入电流谱在60s期间利用图5的逆变器激发时随着时间过去的四质量模型的元件2和3之间的转矩(按照每单位量)的图表，其中在水平轴线上在0和60s之间的线性标度上标绘时间并且在垂直轴线上在7和-5pu之间的线性每单位标度上标绘转矩，由此每个刻度线对应于2pu；
图19显示通过采用具有10s的周期的方波驱动频率变化而获得的另一输入电流谱的图表，其中在水平轴线上在0和100Hz之间的线性标度上标绘频率并且在垂直轴线上在基本频率中的电流的百分比为0和1％之间的线性标度上标绘电流；
图20显示当利用图19的输入电流谱在60s期间利用图5的逆变器激发时随着时间过去的四质量模型的元件2和3之间的转矩(按照每单位量)的图表，其中在水平轴线上在0和60s之间的线性标度上标绘时间并且在垂直轴线上在2.5和-0.5pu之间的线性每单位标度上标绘转矩；
图21显示通过采用重复逆变器触发角调制而获得的另一输入电流谱的图表，其中在水平轴线上在0和100Hz之间的线性标度上标绘频率并且在垂直轴线上在基本频率中的电流的百分比为0和1％之间的线性标度上标绘电流；
图22显示当利用图19的输入电流谱在60s期间利用图5的逆变器激发时随着时间过去的四质量模型的元件2和3之间的转矩(按照每单位量)的图表，其中在水平轴线上在0和60s之间的线性标度 上标绘时间并且在垂直轴线上在10和-8pu之间的线性每单位标度上标绘转矩；和
图23显示采用图1的可变速度驱动***的用于冷冻碳氢化合物流的设备和方法的示意图。
具体实施方式
为了这个描述的目的，单个标号将会被分派给一个线路以及在该线路中传送的流。相同标号表示类似部件。
当可变速度驱动***连接到AC电源以驱动包括机械负载的机械组件时，作为在可变速度驱动***内产生的间谐波电流的结果，可在机械组件和/或AC电源中激发扭转谐振。
目前描述如何能够通过独立于机械组件和AC电源中的任何扭转激发引起在频率转换器中产生的间谐波频率的波动来避免扭转谐振的过度激发。
通过对间谐波频率施加波动，当间谐波频率继续改变时，避免扭转谐振的长时间激发。如果实现这一点而不管是否已激发任何转矩谐振，则实现没有单个扭转谐振能够积聚为过大转矩。作为结果，能够以几乎任何速度驱动电机，并且不需要测量或感测实际转矩。
波动不需要是随机的；可根据预定波动模式应用波动。波动可包括间谐波频率的反复地和周期性地根据完全预定的波形改变。尽管如此，所述预定波形可以是驱动频率特定的并且以预定方式作为驱动频率的函数而变化。
通过改变驱动频率(或电机速度)或通过改变包括由触发脉冲激活的开关部件的逆变器的触发脉冲的触发角，能够方便地改变间谐波频率。仅需要相对较小的波动，以使得其对负载的影响是微小的。
图1示意性地显示经电源线15耦合到由发电机10表示的AC电源的可变速度驱动***。可变速度驱动***还包括电动机30。电动机30耦合到包括驱动轴35和机械负载40的机械组件。驱动轴35以驱动方式与电动机30和机械负载40接合，以使得机械负载40能够 由电动机30驱动。电动机30经电线25以电气方式连接到频率转换器20。频率转换器20布置在AC电源和电动机30之间。
AC电源通常至少包括由某种驱动器(例如，水轮机、燃气轮机、蒸汽轮机、电机)驱动的发电机10。因此，除了由电动机30驱动的机械组件之外，AC电源通常还包含第二机械组件。
频率转换器被布置为将经电源线15从AC电源获得的源频率的AC功率转换成在电线25中的不等于源频率的可变驱动频率的转换功率。源频率经常是50Hz或60Hz。
图2示意性地显示可使用的合适的频率转换器20的一般例子。它包括经DC链路70互相耦合的源整流器50、负载逆变器60。在逆变器是电压源逆变器的情况下，DC链路70可包括电容，或者在逆变器是电流源逆变器的情况下，DC链路70可包括电感。能够在任一情况下应用提出的用于避免扭转谐振的过度激发的方法，但在实践中，在电流源逆变器的情况下，解决间谐波的需要更加显著。因此，这里提出的方法主要预期被应用于具有25MW和更高的额定功率的可变速度驱动器***，因为通常没有可用于这种高功率的电压源逆变器。目前，负载换向逆变器(LCI)的最大可用额定功率是120MW。
负载逆变器60通常是开关装置，该开关装置可包括具有选通半导体装置的形式的开关部件。例子包括选通晶体管，诸如IGBT(绝缘栅双极晶体管)和闸流晶体管。经逆变器控制电路62控制该开关部件，逆变器控制电路62通常产生触发脉冲以控制开关部件。源整流器50也可包含通常具有选通半导体装置的形式的开关部件，经整流器控制电路52控制该开关部件。
利用频率转换器20将AC功率转换成转换功率因此通常包括：通过在源整流器50中对AC功率进行整流来形成整流信号并且将整流信号转换成转换功率(通常包括通过触发脉冲来激活开关部件)。
尽管在DC链路70中存在滤波器元件，DC链路中的整流电流实际上仍然不是完全平滑的，而是将会具有相对较小的波纹。在由对输出频率进行采样的负载逆变器开关模式产生的驱动频率的6倍(或 在12脉冲负载逆变器的情况下，12倍)的整数倍的信号分量使电流流回至源整流器，在源整流器中，它们再次由整流器开关模式采样。因此，产生可能不在基本源频率的整数倍的另外的频率。这些被称为间谐波电流的间谐波频率。
图3显示基于闸流晶体管的所谓负载换向逆变器(LCI)的例子。为了清楚的原因，未描述控制电路。源整流器50通常是有源的，因为在这种类型的逆变器中，输出端的功率不能由负载逆变器60控制。示出的例子具有三相源整流器(在电源线15a、15b、15c上提供这些相位)和三相负载逆变器(在三个驱动线25a、25b、25c上提供这些输出相位)，并且每个相位采用两个闸流晶体管，始终以标号55和65描述该闸流晶体管。在这种情况下，源整流器和负载逆变器因此是6脉冲***。DC链路70使用电感72。可从包括ABB和西门子的各种公司商购获得合适的LCI装置以实现高达大约120MW的功率。在频率转换器20基于LCI转换器的情况下，电动机30应该是同步电机。
电流谱的间谐波内容取决于频率转换器的类型。作为例子，各种12脉冲负载换向逆变器被示出在图4至6中。
图4示意性地显示负载换向逆变器，该负载换向逆变器基本上具有两个分开的如图3中所示的6脉冲频率转换器，利用经多相输入变压器22从发电机10提供的这两个6脉冲频率转换器之间的相角操作这两个6脉冲频率转换器。输出的转换功率经多相输出变压器27被提供给电动机30。每个分开的6脉冲转换器具有整流器(50a和50b)、负载逆变器(60a和60b)和DC链路(72a和72b)。DC链路72a和72b基本上彼此不影响。
在图5的LCI中，存在两个6脉冲整流器(50a和50b)和两个6脉冲逆变器(60a和60b)，所述两个6脉冲整流器(50a和50b)和两个6脉冲逆变器(60a和60b)全都经一个DC链路72串联连接。在这种情况下，与图4的例子相比，某些电机谐波在DC链路72中被消除，而其它电机谐波增加。
图6具有两个整流器-DC链路-逆变器电路，但在一个电路的电感器72a和另一个电路的电感器73b之间创建磁耦合K1。同样地，在这两个电路中的一个电路的电感器73a和另一个电路的电感器72b之间创建第二磁耦合K2。
在图4至6中给出的每个例子中，一些谐波将会抵消，但创建的间谐波未被消除。
再次参照图1，电调制电路23布置为与频率转换器20相互作用。它可形成整流器控制电路52和/或逆变器控制电路62的一部分或与整流器控制电路52和/或逆变器控制电路62相互作用。电调制电路23被布置为将波动施加于在频率转换器20中产生的间谐波电流的间谐波频率。根据预先编程或预先确定的波动模式，波动可包括间谐波频率的反复地和周期性地改变。能够完全独立于机械组件和AC电源中的任何扭转激发实现该波动，而不管任何扭转谐振在什么程度上被激发。
如下使用操作中的可变速度驱动***。在源频率获得来自AC电源的AC功率，并且AC功率在频率转换器20中被转换成在可变驱动频率的转换功率。驱动频率可以不等于源频率。利用转换功率为电动机30供电。电动机30又驱动机械组件。转换功率包括具有另外的频率分量的间谐波电流，这些频率分量在不等于源频率的整数倍的间谐波频率。在频率转换器中产生这些另外的频率分量。然而，根据本发明，独立于机械组件和AC电源中的任何扭转激发，波动被施加于间谐波频率。
与间谐波频率相比，波动不需要很快。例如，如果通过根据预定改变模式反复地和周期性地改变间谐波频率来应用波动，则改变模式的频率(即，1/周期)可至少比在未施加波动的情况下的最低间谐波频率低10倍。
为了表示本发明，已在MATLAB Simulink中编写模型以代表包括发电组件的AC电源，该发电组件包括驱动发电机的燃气轮机。已根据提供惯性的四质量模型对发电组件建模。这四个质量由以扭转阻 尼器和扭转弹簧的形式建模的轴相继耦合。因此，能够对质量之间的振荡行为建模。
用于四质量模型的参数对应于Alstom GT132燃气轮发电机的参数并且被列出在以下的表1中。在该表中，Jn表示第n质量元件的惯性矩，Knm表示第n质量元件和第m质量元件之间的扭转弹簧的系数，并且Dnm表示第n质量元件和第m质量元件之间的扭转阻尼的系数。已由各种激发信号激发四质量模型。
表1
| 值 | 代表 | |
| J1 | 2.234×103kgm2 | 发电机 |
| J2 | 2.893×103kgm2 | 发电机 |
| J3 | 1.512×104kgm2 | 压缩机 |
| J4 | 9.52×103kgm2 | 涡轮机 |
| K12 | 9.400×105kNm/rad | |
| K23 | 3.793×104kNm/rad | |
| K34 | 2.660×106kNm/rad | |
| D12 | 1743Nms/rad | |
| D23 | 647.0Nms/rad | |
| D34 | 6361Nms/rad |
现在参照图7，示出具有14.973Hz的恒定频率的未调制的激发信号，14.973Hz处于四质量模型的第二质量元件和第三质量元件之间的扭转谐振频率或非常接近该扭转谐振频率。如果选择接近源频率的驱动频率，则这能够是间谐波电流的频率。通常，接近源频率的驱动频率位于所谓的排斥范围中，在排斥范围中，***可能无法连续地操作。
所获得的计算的作为时间的函数的第二元件和第三元件之间的转矩被示出在图8中。这是用于显示在未采取预防措施的情况下可能发 生的事情的参考情况。在未针对扭转谐振的激发采取任何预防措施的情况下，将会通常无法在任何较长持续时间期间在这个频率驱动电动机。
图9和10显示：如果通过根据具有10s的周期的正弦模式反复地和周期性地将频率增加和减小1.2Hz来使间谐波频率波动，则可能发生的事情。激发电流被显示在图9中，并且所获得的第二质量元件和第三质量元件之间的转矩被显示在图10中。能够看出，最大转矩已减少到大约1/10。
已发现：转矩谐振激发上的波动的有效性取决于间谐波(激发)频率的变化的周期和大小。案例研究可因此有益于为每个特定队列揭示每个驱动频率的最佳调制参数是什么。
已在扭转谐振附近的中心激发频率(即，时间平均激发频率)的范围针对目前四质量模型的以正弦方式修改的激发根据经验(通过试错法)实现这一点。在表2中给出结果。该表中的第一列列出中心频率，并且第二列列出频率通过正弦偏差相对于中心频率最大地增加和减小的量(即，调制的“幅度”)。调制的周期被列出在第三列中，并且第二元件和第三元件之间的耦合中的所获得的最大转矩被列出在第四列中。
表2。
| 激发频率(Hz) | 调制幅度(Hz) | 调制周期(s) | 最大转矩(pu) |
| 14.80 | 0.6 | 2 | 55 |
| 14.85 | 0.9 | 3 | 30 |
| 14.90 | 1.2 | 5.33 | 55 |
| 14.95 | 1.5 | 8.33 | 70 |
| 15.00 | 1.8 | 12 | 50 |
| 15.05 | 1.5 | 8.33 | 55 |
| 15.10 | 1.2 | 5.33 | 50 |
| 15.15 | 0.9 | 3 | 40 |
| 15.20 | 0.6 | 2 | 50 |
能够看出，在这种情况下的调制频率(即，调制周期的倒数值)在大约0.08Hz和0.5Hz之间，在比大约15Hz的未调制的间谐波频率低大约30倍和200倍之间。另外，调制幅度小于2.0Hz。这意味着，对于6脉冲逆变器，驱动速度需要在3600rpm的标称(平均)驱动速度波动小于20rpm。
替代于正弦调制模式，可采用其它调制模式。
图11和12表示与图9的正弦调制具有相同大小和周期的锯齿调制。能够看出，最大转矩仍然减小到大约1/5，但该减小小于正弦调制模式。
再次利用1.2Hz上下的相同大小和10s的周期在图13和14中测试方波调制模式，并且在这种情况下，转矩减小几乎比正弦情况好了5x。然而，需要注意的是，由于机械组件和驱动机械组件的电动机的惯性，实际上无法利用负载换向逆变器获得间谐波频率的这个改变模式。
实现间谐波频率的波动的一个方式是调制驱动频率。驱动频率可例如根据相对于平均频率的时间相关偏差在平均驱动频率附近改变。电调制电路23可合适地被集成在可变速度驱动***的速度控制器中。电动机按照速度控制器控制的速度旋转。速度控制器经速度控制信号与频率转换器相互作用，速度控制信号能够根据预期重复模式周期性地改变。
在优选实施例中，速度控制器可被编程为根据相对于平均速度控制信号的时间相关偏差在平均速度控制信号附近周期性地改变速度控制信号，以便引起间谐波频率的预期波动。
当驱动用于冷冻处理的制冷剂压缩机时，电机速度的小的变化对于实际冷冻处理而言几乎未被注意到，但能够非常有益于防止过度扭转激发。此外，需要的驱动频率的波动的大小能够显著小于间谐波频率的波动的预期大小。例如，如果使用N脉冲整流器经源整流器触发脉冲调节驱动频率，则驱动频率的实际波动能够比间谐波频率的预 期波动小Nx。实际上，电动机旋转的速度的波动需要在6脉冲整流器的情况下相对于平均速度小于100rpm，并且在12脉冲整流器的情况下小于50rpm。以任一方式，与3000或3600rpm的标称驱动速度相比，这是相对较小的量。
尽管以上图7至14被用于研究反复地和周期性地改变接近扭转谐振的激发频率的原理，但图15至20证明由电调制电路对速度控制器施加的各种调制。为此，图5的LCI已被添加到MATLAB模型。
图15和16表示以恒定速度驱动电动机的参考情况。图15显示计算的LCI的输入电流谱。间谐波频率清楚可见。所获得的四质量模型的第二质量元件和第三质量元件之间的耦接上的转矩被示出在图16中。
通常，提出的驱动频率具有时间无关平均频率和相对于平均频率的时间相关偏差。时间相关偏差可相对于时间无关平均频率保持在3％和15％之间的最大偏差内。
为了如图9和10中那样在间谐波频率上在10s周期上完成相同的1.2Hz的正弦频率变化，在10秒周期上的0.1Hz驱动频率变化被作为目标提供给速度控制器。所获得的输入电流谱被示出在图17中，并且所获得的第二质量元件和第三质量元件之间的耦接上的转矩被示出在图18中。该转矩保持低于6pu，这对应于大约4倍的提高。
尽管电动机能够跟上这种相对较慢的速度的变化，但无法以阶梯方式改变速度。然而，已研究如果块波(block wave)速度变化被提供给速度控制器则可能发生什么事情。当然，实际速度改变以及因此间谐波频率的调制将不会具有图13中假设的块波模式，但在图19和20中能够看出，结果仍然非常好。忽略小的开始瞬间，转矩被计算为通常保持低于2pu，由此实现大约12.5倍的提高。
引起间谐波频率的波动的另一方式是将波动施加于逆变器触发脉冲的触发角。与速度相比，逆变器触发角能够瞬时改变(例如，相对 于电机相角)，并且因此在间谐波频率中导致更加方波的修改模式。
类似于上述内容，触发角能够被描述为具有利用相对于平均触发角的时间相关偏差修改的时间无关平均触发角。时间相关偏差的方法优选地相对于时间无关平均触发角保持在0.5°和10°之间的最大偏差内。更小的触发角的波动无法抑制扭转谐振的激发，而更大的触发角的波动可在速度控制器中引起稳定性问题。
为了测试逆变器触发角的影响，使用上述模型，由此正方形波形被应用于逆变器触发角输入端。利用方波以在1s的周期上应用包括相对于标准触发角的2°增加和2°减小的块波，已实现良好结果。电动机速度被设置为48.75Hz，该电动机速度被预期激发质量元件二和质量元件三之间的耦接上的扭转谐振。输入电流谱和所获得的转矩分别被示出在图21和22中。
技术人员将会理解，可结合其它扭转谐振激发减缓策略应用提出的方法。例如，能够设想例如以弹性体阻尼器的形式将机械阻尼安装到选择的驱动轴。然而，即使提供这种阻尼器，本发明也能够是有益的，因为利用本发明的操作，预期这种阻尼器的退化没有那么快。
可变速度驱动***及其操作方法可被用于驱动具有压缩机的形式的负载。本发明能够随后被有益地应用于冷冻碳氢化合物流的方法。这里，制冷剂流体在利用压缩机压缩制冷剂流体和通过对碳氢化合物流和制冷剂流体进行热交换来冷却碳氢化合物流之间循环。冷冻可引起碳氢化合物流的凝结，并且可按照这种方式产生液化碳氢化合物流，诸如液化天然气流。
借助图23表示这种方法，其中示出用于冷冻碳氢化合物流的设备。它采用图1的可变速度驱动***。以形成制冷剂回路100的一部分的压缩机的形式提供负载40。制冷剂回路100包括排热器110、用于将冷冻流体的压力降低至冷冻压力的减压装置120和冷冻热交换器80。
压缩机压缩冷冻流体。排热器将来自压缩制冷剂流体的热量最终排出到周围环境，但可使用可选的中间流体。减压装置120在这里被 描述为Joule-Thomson阀，但可按照膨胀涡轮机或膨胀涡轮机和J-T阀的组合的形式提供减压装置120。
在冷冻热交换器80中，热量能够从也经过冷冻热交换器80的碳氢化合物流90传递到制冷剂流体，当碳氢化合物流冷却时，制冷剂流体变热。冷冻的碳氢化合物流95和加热的制冷剂流体130被从冷冻热交换器80排出。加热的制冷剂流体130随后被传送给压缩机以用于再压缩并且它的循环完成。
冷冻热交换器80和制冷剂回路100已被非常示意性地描述。它们能够代表任何合适的冷冻技术，包括在碳氢化合物液化处理(特别地，生产液化天然气的任何天然气液化处理)中使用的冷冻技术。另外，本发明不限于热交换器的特定选择。
可从下面的处理获得合适的冷冻技术的例子：单制冷剂循环处理(通常，单混合制冷剂-SMR-处理，诸如在Gastech 1998(Dubai)提交的K R Johnsen和P Christiansen的论文“LNG Production on floating platforms”中描述的PRICO，也可能是单成分制冷剂，诸如例如也在Johnsen和Christiansen的上述论文中描述的BHP-cLNG处理)；双制冷剂循环处理(例如，诸如在例如美国专利4,404,008中描述的经常应用的丙烷-混合-制冷剂处理，经常缩写为C3MR，或例如双混合制冷剂-DMR-处理，在美国专利6,658,891中描述其例子，或例如双循环处理，其中每个制冷剂循环包含单成分制冷剂)；和基于用于三个或更多冷冻循环的三个或更多压缩机链的处理(在美国专利7,114,351中描述例子)。在下面的专利中描述合适的冷冻技术的其它例子：美国专利5,832,745(Shell SMR)；美国专利6,295,833；美国专利5,657,643(两者都是Black and Veatch SMR的变型)；美国专利6,370,910(ShellDMR)。DMR的另一合适的例子是诸如在例如在日本东京的22nd World Gas Conference(2003)提交的P-Y Martin等人的标题为“LIQUEFIN:AN INNOVATIVE PROCESS TO REDUCELNG COSTS”的论文中描述的所谓的Axens LIQUEFIN处理。其它合适的三循环处理包括例如美国专利6,962,060；WO 2008/020044； 美国专利7,127,914；DE3521060A1；美国专利5,669,234(商业上称为优化级联处理)；美国专利6,253,574(商业上称为混合流体级联处理)；美国专利6,308,531；美国申请公开2008/0141711；Mark J.Roberts等人的“Largecapacity single train AP-X(TM)Hybrid LNG Process”，Gastech 2002,Doha,Qatar(13-16October 2002)。
提供这些建议以证明本发明的广泛适用性，而非意图用作可能性的排他性和/或穷举列表。并非以上列出的所有例子采用电动机作为制冷剂压缩机驱动器。将会清楚的是，除电动机之外的任何驱动器能够替换电动机以适合在本发明的情况下的应用。另外，在已知的冷冻技术中，用于制冷剂流体的压缩机经常由燃气轮机驱动，该燃气轮机利用用作辅助电机的电动机作为补充。此外，在这些情况下，能够应用本发明。
将要被冷冻的碳氢化合物流可最初是蒸汽。可从将要被冷冻并且可选地液化的任何合适的气体流获得碳氢化合物流。经常使用的例子是从天然气或油藏或煤层获得的天然气流。作为替换方案，还可从另一源(作为例子，包括合成源(诸如，Fischer-Tropsch处理))获得碳氢化合物流90。
本领域技术人员将会理解，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，能够以许多各种方式执行本发明。
Claims (12)
1.一种操作可变速度驱动***的方法，该可变速度驱动***包括电动机以及布置在AC电源和电动机之间的频率转换器，所述频率转换器经电源线耦合到AC电源，所述电动机经电线耦合到所述频率转换器，所述方法包括下述步骤：
-采用频率转换器将从AC电源获得的源频率的AC功率转换成不等于源频率的可变驱动频率的转换功率，其中所述转换功率包括具有不等于源频率的整数倍的间谐波频率的另外的频率分量的间谐波电流；
-经电线利用转换功率为电动机供电；
-经驱动轴利用电动机驱动至少包括驱动轴和机械负载的机械组件；以及
-调制可变驱动频率以与机械组件和AC电源中的任何扭转激发无关地引起间谐波频率的波动，
其中电动机以由速度控制器控制的速度旋转，速度控制器经速度控制信号与频率转换器相互作用，其中所述调制可变驱动频率以引起间谐波频率的波动包括根据相对于平均速度控制信号的时间相关偏差在平均速度控制信号附近周期性地改变速度控制信号，其中电动机旋转的速度相对平均速度波动小于100rpm。
2.如权利要求1所述的方法，其中可根据预定波动模式施加所述波动。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述引起间谐波频率的波动包括反复地和周期性地改变间谐波频率。
4.如权利要求1所述的方法，其中选择的间谐波频率的波动相对于在未使其波动的情况下的所述选择的间谐波频率的频率保持在3％和15％之间的最大偏差内。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述调制可变驱动频率以引起间谐波频率的波动包括根据相对于平均驱动频率的时间相关偏差在平均驱动频率附近改变可变驱动频率，相对于平均驱动频率的时间相关偏差保持在3％和15％之间的相对于平均驱动频率的最大偏差内。
6.如权利要求1所述的方法，其中根据方波模式修改所述速度控制信号。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述电动机旋转的速度相对于所述平均速度的波动小于20rpm。
8.如权利要求1所述的方法，其中将所述AC功率转换成转换功率包括通过对所述AC功率进行整流来形成整流信号以及使用包括由触发脉冲激活的开关部件的逆变器将所述整流信号转换成所述转换功率，其中所述引起间谐波频率的波动包括根据相对于平均触发角的时间相关偏差在平均触发角附近周期性地改变触发脉冲的触发角，其中相对于平均触发角的时间相关偏差保持在0.5°和10°之间的相对于平均触发角的最大偏差内。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述调制可变驱动频率以引起间谐波频率的波动包括根据预定波形调制间谐波频率。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述预定波形作为驱动频率的函数以预定方式变化。
11.一种可变速度驱动***，包括：
-电动机；
-频率转换器，被布置在AC电源和电动机之间，所述频率转换器经电源线耦合到所述AC电源，所述电动机经电线耦合到所述频率转换器，用于将从AC电源获得的源频率的AC功率转换成不等于源频率的可变驱动频率的转换功率；
-机械组件，至少包括驱动轴和机械负载，所述机械组件经驱动轴耦接到所述电动机；以及
-电调制电路，与频率转换器相互作用并且被布置为独立于机械组件和AC电源中的任何扭转激发调制可变驱动频率以引起在频率转换器中产生的间谐波电流的间谐波频率的波动，所述电调制电路形成速度控制器的一部分，所述速度控制器被布置为经速度控制信号与所述频率转换器进行相互作用，
所述电动机被布置为以由速度控制器经速度控制信号控制的速度旋转，所述电调制电路被布置为通过根据相对于平均速度控制信号的时间相关偏差在平均速度控制信号附近周期性地改变速度控制信号来调制可变驱动频率以引起间谐波频率的波动，所述电调制电路被布置为使电动机旋转的速度相对平均速度波动小于100rpm。
12.一种冷冻碳氢化合物流的方法，包括下述步骤：
-根据如权利要求1至10中任一项所定义的方法操作可变速度驱动***，其中所述机械负载包括压缩机；以及
-使制冷剂流体在利用压缩机压缩制冷剂流体和通过对碳氢化合物流和制冷剂流体进行热交换来冷却所述碳氢化合物流之间循环。
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