CN102835023A - 基于整流器的扭转模式阻尼系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种连接到转换器的扭转模式阻尼控制器系统，该转换器驱动包含电机和非电气机器的驱动系统。该控制器系统包含：输入接口，配置为接收与转换器或驱动系统的变量相关的测量出的数据；以及控制器，连接到输入接口。该控制器配置为基于来自输入接口的测量出的数据计算沿着驱动系统的轴段的至少一个动态转矩成分，基于至少一个动态转矩成分为转换器的整流器生成控制数据用于在驱动系统的轴中阻尼扭转振荡，以及将控制数据发送到整流器用于调制在转换器和电机之间交换的有效功率。

Description

基于整流器的扭转模式阻尼系统和方法

技术领域

本文所公开的主题的实施例通常涉及方法和系统，并且更特别地，涉及用于阻尼在转动系统中出现的扭转振动的机制和技术。

背景技术

油气产业具有以可变速度驱动各种机器的增长的需要。这样的机器可包含压缩机、电动机、膨胀机、燃气涡轮、泵等。可变频率电驱动增加能量效率并且提供机器的增加的灵活性。用于驱动的一个机制例如大的气体压缩机组是负载换向逆变器（Load Commutated Inverter，LCI）。气体压缩机组包含例如燃气涡轮、马达以及压缩机。气体压缩机组可包含更多或更少的电机和涡轮机。涡轮机可以是任何非电气机器（non-electrical machine）。然而，由电力电子设备驱动系统引入的问题是由于电谐波在电机的转矩中的纹波成分的生成。转矩的纹波成分可以不合需要地在驱动系统的扭转固有频率与机械系统互相作用。

扭转振荡或振动是振荡角运动，其可出现在如例如在图1中所示出的具有附于其的各种体的轴中。图1示出包含燃气涡轮12、马达14、第一压缩机16以及第二压缩机18的系统10。这些机器的轴彼此连接或单个轴20由这些机器共享。因为叶轮和其它体沿轴20分布，所以轴20的转动可能受由以附于轴的体（例如，叶轮）的不同的速度的转动所产生的扭转振荡的影响。

如以上所论述的，扭转振动典型地由驱动电动机的电力电子设备引入。例如，图1示出将电力提供到LCI 24的电力网来源（电源）22，该LCI 24又驱动马达14的轴20。电力网可以是隔离的发电机。为了阻尼（最小化）扭转振动，如图2所示，其对应于图1的美国专利第7,173,399号，受让于与本申请相同的受让人，通过参考其整个公开并入于此，逆变器控制器26可以提供给LCI 24的逆变器28并且可以配置为引入逆变器延迟角度改变（Δβ）用于调制从逆变器28转移到马达14的有效功率的量。备选地，整流器控制器30可以提供给整流器32并且可以配置为引入整流器延迟角度改变（Δα）用于调制从发电机22转移到DC链接44并且因此到马达14的有效功率的量。要注意，通过调制从发电机22转移到马达14的有效功率的量，有可能阻尼出现在包含马达14和压缩机12的系统中的扭转振动。在这点上，要注意，马达14与燃气涡轮12的轴彼此连接，而发电机22的轴没有连接到马达14或压缩机12。

两个控制器26和30分别从传感器36和38接收信号作为输入，并且这些信号指示马达14和/或发电机22所经历的转矩。换句话说，逆变器控制器26处理由传感器36所感测的转矩值用于生成逆变器延迟角度改变（Δβ），而整流器控制器30处理由传感器38所感测的转矩值用于生成整流器延迟角度改变（Δα）。逆变器控制器26和整流器控制器30彼此独立并且这些控制器可以在给定系统中一起实现或单独实现。图2示出传感器36监测马达14的轴的部分（段）40以及传感器38监测发电机22的轴42。图2还示出整流器32与逆变器28之间的DC链接44。

然而，通过测量发电机的转矩而确定的整流器延迟角度改变（Δα）并不总是实用的和/或准确的。因此，希望提供使用其它方法来确定整流器延迟角度改变（Δα）的系统和方法。

发明内容

根据一个示范性实施例，存在一种连接到转换器的扭转模式阻尼控制器系统，该转换器驱动包含电机和非电气机器的驱动系统。该控制器系统包含：输入接口，配置为接收与转换器或驱动系统的变量相关的测量出的数据；以及控制器，连接到输入接口。该控制器配置为基于来自输入接口的测量出的数据计算沿着驱动系统的轴段（shaft section）的至少一个动态转矩成分，基于至少一个动态转矩成分为转换器的整流器生成控制数据用于在驱动系统的轴中阻尼扭转振荡，以及将控制数据发送到整流器用于调制在转换器和电机之间交换的有效功率。

根据又一示范性实施例，存在一种用于驱动是驱动系统的一部分的电机的系统。该系统包含：整流器，配置为从电源接收交流并且将交流转换为直流；直流链接，连接到整流器并且配置为传送直流；逆变器，连接到直流链接并且配置为将所接收的直流改变为交流；输入接口，配置为接收与转换器或驱动系统的变量相关的测量出的数据；以及控制器，连接到输入接口。该控制器配置为基于来自输入接口的测量出的数据计算电机的至少一个动态转矩成分，基于至少一个动态转矩成分为整流器生成控制数据用于在机械系统的轴段中阻尼扭转振荡，以及将控制数据发送到整流器用于调制在转换器和电机之间交换的有效功率。

根据又一示范性实施例，存在一种用于在包含电机的驱动系统中阻尼扭转振动的方法。该方法包含接收与（i）驱动电机的转换器或（ii）驱动系统的变量相关的测量出的数据；基于测量出的数据计算电机的至少一个动态转矩成分；基于至少一个动态转矩成分为转换器的整流器生成控制数据用于在驱动系统的轴段中阻尼扭转振荡；以及将控制数据发送到整流器用于调制在转换器和电机之间交换的有效功率。

根据又一示范性实施例，存在包含计算机可执行指令的计算机可读介质，其中当执行指令时，该指令实现用于阻尼扭转振动的方法。计算机指令包含在以前的段落中提到的方法中叙述的步骤。

附图说明

并入并构成说明书的一部分的附图图示一个或多个实施例，以及与描述一起解释这些实施例。在附图中：

图1是连接电机和两个压缩机的传统的燃气涡轮的示意图；

图2是包含整流器控制器和逆变器控制器的驱动系统的示意图；

图3是根据示范性实施例的由控制器控制的负载、燃气涡轮以及马达的示意图；

图4是根据示范性实施例的转换器和关联的逻辑的示意图；

图5是根据示范性实施例的转换器和关联的逻辑的示意图；

图6是图示具有失能的阻尼控制的轴的转矩的图表；

图7是根据示范性实施例图示具有使能的阻尼控制的轴的转矩的图表；

图8是根据示范性实施例的转换器和关联的逻辑的示意图；

图9是根据示范性实施例的配置为控制转换器用于阻尼扭转振动的控制器的示意图；

图10是根据示范性实施例的提供调制给整流器的控制器的示意图；

图11是根据示范性实施例的控制整流器用于阻尼扭转振动的方法的流程图；

图12是根据示范性实施例的提供调制给整流器和逆变器的控制器的示意图；

图13是根据示范性实施例的转换器的逆变器、整流器以及DC链接存在的电压的示意图；

图14是根据示范性实施例的指示α和β角度调制的扭转效果的图表；

图15是根据示范性实施例的用于阻尼扭转振动的控制逆变器和整流器的方法的流程图；

图16是根据示范性实施例的用于阻尼扭转振动的电压源逆变器和关联的控制器的示意图；以及

图17是多体系统的示意图。

具体实施方式

示范性实施例的以下描述参考附图。在不同附图中的相同的参考标号识别相同或类似元件。下文的详细描述不限制本发明。而是，本发明的范围由所附的权利要求来定义。简单起见，以下实施例关于由负载换向逆变器驱动的电动机的术语和结构来论述。然而，下面将论述的实施例不限于这样的系统，但是可以应用（用适当的调整）于用其它装置（例如，电压源逆变器（VSI））来驱动的其它系统。

通篇说明书中“一个实施例”或“实施例”的参考意味着结合包含于所公开的主题的至少一个实施例中的实施例描述的特定特征、结构或特性。因此，在通篇说明书的各位置的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现不一定指相同的实施例。另外，特定特征、结构或特性可以以一个或多个实施例中的任何合适的方式组合。

根据示范性实施例，扭转模式阻尼控制器可以配置为获得关于电机（其可以是马达或发电机）的轴和/或机械连接到电机的涡轮机的轴的电和/或机械测量，并且基于电和/或机械测量估计动态转矩成分和/或在驱动系统的所希望的轴位置的转矩振动。动态转矩成分可以是轴的转矩、扭转位置、扭转速度或扭转加速度。基于一个或多个动态转矩成分，控制器可调整/修改整流器的一个或多个参数，该整流器驱动电机以施加所希望的转矩来阻尼转矩振荡。如下面将论述的，存在用于控制器的各种数据来源用于基于整流器控制确定阻尼。

根据在图3中示出的示范性实施例，系统50包含燃气涡轮52、马达54以及负载56。包含燃气涡轮和/或多个压缩机或其它涡轮机作为负载56的其它配置是可能的。另外，其它配置可包含一个或多个膨胀机、一个或多个发电机或具有转动部分的其它机器（例如，风力涡轮、变速箱）。在图3中示出的系统是示范性的并且是简化的用于新颖特征的更好的理解。然而，本领域的技术人员会意识到具有更多或更少的部件的其它系统可以适应于包含现在所论述的新颖特征。

各种体（与机器的转子和叶轮关联）到轴58的连接使得系统50倾向于潜在的扭转振动。这些扭转振动可扭动轴58，其可导致明显的寿命减小或甚至轴系统（取决于具体情形，该轴系统可不仅包含轴或多个轴也包含联轴器和变速箱）的毁坏。示范性实施例提供用于减少扭转振动的机制。

为了启动马达54，从电力网或本地发电机60供应电力（假定防岛式或类岛式电力系统）。为了以可变速度驱动马达54，在电网60与马达54之间提供负载换向逆变器（LCI）62。如在图4中所示出的，LCI 62包含连接到DC链接68的整流器66，该DC链接68连接到逆变器70。整流器66、DC链接68以及逆变器70在本领域中已知并且它们的具体结构没有在此进一步论述。如上所述，新颖特征可以用适当的改变而应用于VSI系统。仅为了图示，关于图16来示出并且简明地论述示范性VSI。图4指示从电网60接收的电流和电压分别是三相电流和电压。对于通过整流器、逆变器以及马达的电流和电压这也适用并且此事实在图4中由符号“/3”来指示。然而，示范性实施例的新颖特征可应用于配置为用多于三相（例如，6相和12相系统）来工作的系统。

LCI 62还包含电流和电压传感器，在图4中由圆圈A和圆圈V指代。例如，在DC链接68中提供电流传感器72以测量电流i_DC。备选地，基于在AC侧进行的测量来计算DC链接中的电流，例如，作为这些传感器的电流传感器84或74比DC传感器便宜。另一示例是电流传感器74测量由逆变器70提供给马达54的电流i_abc以及电压传感器76测量由逆变器70提供给马达54的电压v_abc。要注意，可以提供这些电流和电压作为控制器78的输入。本文使用术语“控制器”以包含任何适当的数字、模拟或其组合电路或处理单元用于完成指定的控制功能。回到图3，要注意，控制器78可以是LCI 62的部分或可以是与LCI 62交换信号的独立的控制器。控制器78可以是扭转模式阻尼控制器。

图4还示出LCI控制器80可接收关于图3所示的一个或多个燃气涡轮52、马达54以及负载56的机械测量。对控制器78这也适用。换句话说，控制器78可以配置为从图3所示的系统50的任何部件接收测量数据。例如，图4示出测量数据来源79。此数据来源可从系统50的任何部件提供机械测量和/或电测量。用于更好的理解并且不限制示范性实施例的特定示例是当数据来源79与燃气涡轮52关联时。燃气涡轮52的扭转位置、速度、加速度或转矩可以由现存的传感器来测量。如图4所示，可以提供此数据到控制器78。另一示例是在转换器62或马达54进行电测量。如果必要，数据来源79可提供这些测量给控制器78或控制器80。

控制器80可基于各种参考82和从传感器84接收的电流i_dx生成用于控制整流器66的整流器延迟角度α。关于整流器延迟角度α，要注意，设计LCI以从电网60将有效功率转移到马达54或反之亦然。实现此具有最佳功率因数的转移涉及整流器延迟角度α和逆变器延迟角度β。可以例如通过施加正弦波调制来调制整流器延迟角度α。可以施加此调制有限量的时间。在一个应用中，持续地施加调制但是变化调制的幅度。例如，由于轴中没有存在扭转振动，调制的幅度可以是零，即，没有调制。在另一示例中，调制的幅度可以与轴的检测出的扭转振动成比例。

另一控制器86可用于为逆变器70生成逆变器延迟角度β。调制逆变器延迟角度β导致调制逆变器DC电压，这引起DC链接电流的调制并且导致负载输入功率上的有效功率振荡。换句话说，仅调制逆变器延迟角度以实现扭转模式阻尼导致阻尼动力主要来自存储在DC链接68中的磁能。取决于转动轴是加速还是减速，逆变器延迟角度的调制导致转动能转换为磁能，反之亦然。

另外，图4示出用于整流器66的栅极控制单元88以及用于逆变器70的栅极控制单元90，该栅极控制单元88和栅极控制单元90基于从控制器80和86接收的信息直接控制整流器和逆变器。可选的传感器92可以位于紧接马达54的轴用于检测动态转矩成分，例如，轴中存在的转矩或轴的扭转速度或轴的扭转加速度或轴的扭转位置。其它类似传感器92可放置于马达54和燃气涡轮52之间或放置于燃气涡轮52。可以提供关于（由传感器92）测量出的动态转矩成分的信息u_x到控制器78、80以及86。图4还示出将来自控制器78的信号与由控制器80和86生成的信号相加的求和块94和96。

根据图5中图示的示范性实施例，扭转模式阻尼控制器78可接收在LCI 62或逆变器70的输出91处测量出的电流i_abc和电压v_abc。基于这些值（没有关于马达的轴的测量出的转矩或速度或加速度的信息），计算用于马达的气隙转矩并馈送到系统的机械模型。系统的机械模型可由若干微分式子来表示，该微分式子表示机械系统的动态行为并且将电参数链接到系统的机械参数。模型表示包含例如所估计的惯性、阻尼以及刚性值（其可以由场测量验证）并且允许计算轴的动态行为，例如，扭转振荡。扭转模式阻尼所需要的准确性可以主要实现为动态转矩成分的相位的准确性与扭转模式阻尼有关，并且幅度信息或绝对转矩值不那么重要。

在这点上，要注意，电机的气隙转矩是驱动系统的电和机械系统之间的链接。电系统中的所有谐波和间谐波在气隙转矩中也是明显的。在机械系统的固有频率处的间谐波可激励扭转振荡并且潜在地导致机械系统中的动态转矩值高于轴的额定值。现存的扭转模式阻尼系统可抵消这样的扭转振荡，但是这些系统需要表示马达的动态转矩的信号并且从传感器获得此信号，该传感器有效地监测马达的轴或马达的轴部件，例如沿着马达的轴安装的齿轮。根据示范性实施例，因为动态转矩成分基于电测量来评价所以不需要这样的信号。然而，如将在以后论述的，一些示范性实施例描述在其中在系统的其它部件（例如，燃气涡轮）处可获得的机械测量可用来确定沿着机械轴的动态转矩成分的情形。

换句话说，根据示范性实施例的优点是在机械系统中施加扭转模式阻尼而无需扭转振动感测。因此，可以施加扭转模式阻尼而不必在电或机械系统安装附加的感测，因为电流电压和/或电流和/或速度传感器可以在相比较低的成本下可用。在这点上，要注意，用于测量转矩的机械传感器对于高功率应用而言是昂贵的，并且有时这些传感器不能加入到现存的系统。因此，现存的扭转模式阻尼方案在此情形中不能实现，因为现存的扭转模式阻尼系统要求传感器用于测量表示系统的机械参数的信号，该机械参数指示转矩。相反，图5的示范性实施例的方法是可靠的、成本有效的并且允许改装现存的系统。

一旦接收在图5中指示的电流和电压，控制器78可生成适当的信号（Δα和Δβ中的一个或多个的调制）用于控制整流器延迟角度α和/或逆变器延迟角度β。因此，根据在图5中所示出的实施例，控制器78从逆变器70的输出91接收测量出的电信息并且例如，基于在专利第7,173,399号中描述的阻尼原理来确定/计算各种延迟角度。在一个应用中，延迟角度可以限制在狭窄和已定义的范围，例如，2到3度，不影响逆变器和/或转换器的操作。在一个应用中，延迟角度可以限制为仅仅一个方向（负或正）以防止由晶闸管的过热点火引起的换向失效。如在图5中所图示的，此示范性实施例是开环，因为各种角度的校正不是基于连接到马达54的机械驱动系统的测量出的信号（反馈）来调整/验证。另外，所进行的仿真示出当使能控制器78时扭转振动的减小。图6示出当失能控制器78时马达54的轴的转矩的振荡100相对时间以及图7示出当使控制器78例如在时间12s时能生成α调制，而机械驱动系统操作于可变速度操作并且在t=12s跨临界速度时，如何减小/阻尼相同振荡。两图绘出在y轴上的仿真的转矩相对在x轴上的时间。

根据在图8中图示的另一示范性实施例，控制器78可以配置为基于从DC链接68获得的电学量来计算一个或多个延迟角度改变（调制）Δα和/或Δβ。更具体地，可以在DC链接68的电感器104处测量电流i_DC并且可以提供此值到控制器78。在一个应用中，仅使用单个电流测量用于馈送控制器78。基于测量出的电流的值和系统的机械模型，控制器78可生成以上提到的延迟角度改变。根据另一示范性实施例，直流I_DC可以基于在整流器66或逆变器70进行的电流和/或电压测量来估计。

在关于图5和图8论述的任何实施例中由控制器78所计算的延迟角度改变可以基于闭环配置来修改。闭环配置在图8中由虚线110来图示。闭环指示可以用适当的传感器112来确定马达54的轴的角位置、速度、加速度或转矩并且可以提供此值到控制器78。如果提供传感器或多个传感器112到燃气涡轮或图3中示出的沿着轴58的其它位置则这也适用。

现在关于图9论述控制器78的结构。根据示范性实施例，控制器78可包含输入接口120，该输入接口120连接到处理器、模拟电路、可重新配置的FPGA卡等122中的一个。配置元件122以从LCI 62接收电参数并且计算延迟角度改变。可以配置元件122以存储机械模型128（关于图17更详细地公开）并且将在输入接口120接收的电和/或机械测量输入到机械模型128以计算马达54的一个或多个动态转矩成分。基于一个或多个动态转矩成分，在阻尼控制单元130中生成阻尼控制信号并且然后将输出信号转发到求和块和栅极控制单元。根据另一示范性实施例，控制器78可以是模拟电路、可重新配置的FPGA卡或用于确定延迟角度改变的其它专用电路。

在一个示范性实施例中，控制器78持续地从各种电流和电压传感器接收电测量并且基于动态转矩成分持续地计算扭转阻尼信号，该动态转矩成分基于电测量来计算。根据此示范性实施例，控制器不是确定扭转振动是否存在于轴中，而是基于所计算的动态转矩值持续地计算扭转阻尼信号。然而，如果不存在扭转振动，则由控制器生成的并发送到逆变器和/或整流器的扭转阻尼信号不影响逆变器和/或整流器，即，由阻尼信号提供的角度改变可忽略或为零。因此，根据此示范性实施例，信号仅仅当存在扭转振动时影响逆变器和/或整流器。

根据示范性实施例，在燃气涡轮轴（或在轴中所估计的速度或转矩信息）的直接转矩或速度测量使控制器能调制反相中的LCI中的能量转移到扭转振荡的扭转速度。在发电机和LCI驱动之间交换的阻尼动力可以电子地调整并且可具有对应于轴系统的固有频率的频率。此阻尼方法对于具有高的Q因子的机械系统而言是有效的，即，由高扭转刚性的钢制成的转子轴系统。此外，施加振荡电转矩到马达的轴并且具有对应于机械系统的共振频率的频率的此方法使用少的阻尼动力。

因此，以上论述的控制器可以基于LCI技术而不过载驱动系统来集成于驱动系统。此有助于新的或现存的电力系统的新颖控制器的实现并且使其经济地富有吸引力。可以不必改变现存的电力系统而实现控制器，例如，在岛式网络中延伸LCI驱动中的一个的控制系统。

如果LCI操作的速度和转矩在很大的范围内变化，则扭转模式阻尼的有效性可取决于电网侧转换器电流控制性能。扭转模式阻尼操作导致在扭转固有频率处的小的附加DC链接电流纹波。其结果是，存在两个在此频率的电力成分：由于逆变器点火角控制的预期的成分以及由于附加的电流纹波的附加的成分。此附加的电力成分的相位和幅度是系统参数、电流控制设置以及操作点的函数。这些成分导致取决于电流控制的电力成分和取决于角度调制的成分。

根据示范性实施例，可以由控制器实现电力调制的两个备选方式。第一方式是在电网侧（要求快速电流控制实现）例如用阻尼成分的α调制直接使用电流参考。第二方式是调制电网侧和机器侧角度，导致常数DC链接电流，例如，具有阻尼频率成分的α-β调制。在电网侧的电流控制是此阻尼控制的部分，并且因此，电流控制不会抵消角度调制的效果。以此方式，阻尼效果更高并且独立于电流控制设置。

根据图10所图示的示范性实施例，系统50包含与在图3和4中示出的系统类似的元件。配置控制器78以关于系统50的一个或多个马达54或负载56或燃气涡轮（未示出）来接收电测量（如在图4、图5以及图8中所示）和/或机械测量（例如参见图4和图8或图10中的传感器112以及链接110）。仅基于电测量或仅基于机械测量或基于两者的组合，控制器78生成控制信号用于将α调制施加于整流器66。在一个应用中，将α调制施加于α角度的参考值。例如，电流参考调制由α调制实现，而β角度在逆变器70保持常数。例如，α调制由图4和图10中的Δα来表示。要注意，由于至少两个原因此α调制不同于在美国专利第7,173,399号中所公开的调制。第一差别是在本示范性实施例中从沿着轴58的位置（即，马达54、负载56和/或燃气涡轮52）获得机械测量（如果使用），而美国专利第7,173,399号使用发电机22的测量（参见图2）。第二差别是根据示范性实施例，没有接收并由控制器78使用机械测量用于进行α调制。

根据在图11中所图示的示范性实施例，存在用于在包含电机的压缩机组中阻尼扭转振动的方法。该方法包含接收与（i）驱动电机的转换器或（ii）压缩机组的参数相关的测量出的数据的步骤1100，基于测量出的数据计算电机的至少一个动态转矩成分的步骤1102，基于至少一个动态转矩成分为转换器的整流器生成控制数据用于在压缩机组的轴中阻尼扭转振荡的步骤1104，以及将控制数据发送到整流器用于调制在转换器和电机之间交换的有效功率的步骤1106。

根据在图12中图示的另一示范性实施例，系统50可使整流器66和逆变器70同时受控（即，α调制和β调制）用于阻尼扭转振荡。如在图12中所示出的，控制器78为整流器控制器88和逆变器控制器90提供调制。控制器78基于（i）由传感器112在马达54、负载56和/或燃气涡轮52中的一个处测量出的机械测量，（ii）如在图4、图5以及图8中所示出的电测量，或（i）和（ii）来确定适当的调制。

更具体地，可以如下面参考图13所论述的对α和β调制相关。图13示出跨整流器66、DC链接68以及逆变器70表示电压降。作为α和β调制的结果，希望DC链接电流是常数。在图13中示出的关联的电压降由以下给出：

，以及

，

其中V_ACG是图12中电力网60的电压幅度以及V_ACM是马达54的电压幅度。

通过对最后的关系对时间进行微分并且施加V_DCL在时间上的改变是零的条件，在α调制和β调制之间获得以下数学关系：

；以及

；

其导致：

。

基于此最后的关系，例如，如在图14中所示，同时进行α调制和β调制。图14示出在t₀=1.5秒周围增加的实际转矩200。要注意，在t₀和t₁之间没有施加α调制202或β调制204。在t₁施加激励206，并且在t₁和t₂之间施加调制202和204。在时间间隔t₁到t₂的结束，要注意，移除两调制并且因为机械驱动系统的固有的机械阻尼性质，转矩200的振荡指数减少。此示例是仿真的并且不在实际系统中测量。由于此原因，严格控制两调制，例如，两调制在t₁开始并且在t₂停止。然而，在α调制和β调制的实际实现中，可以随着基于扭转振荡的严重性而调整调制的幅度来持续地进行调制。β调制上的此组合调制的优点是在不同的操作点不需要相位适应并且LCI控制参数可对阻尼性能没有影响。提供此调制示例以说明在机械系统上调制两延迟角度的效果。使用用于具有反向阻尼性能的扭转阻尼系统的机械系统的开环响应来示出仿真结果。

根据在图15中所图示的示范性实施例，存在用于在包含电机的压缩机组中阻尼扭转振动的方法。该方法包含接收与（i）驱动电机的转换器或（ii）压缩机组相关的参数的测量出的数据的步骤1500，基于测量出的数据计算电机的至少一个动态转矩成分的步骤1502，基于至少一个动态转矩成分为转换器的逆变器和整流器的每个生成控制数据用于在压缩机组的轴中阻尼扭转振荡的步骤1504，以及将控制数据发送到逆变器和整流器用于调制在转换器和电机之间交换的有效功率的步骤1506。要注意，动态转矩成分包含与机械轴段相关的转动位置、转动速度、转动加速度或转矩。还要注意，调制有效功率的表达表达了在某时刻即使周期T上的平均有效功率是零的调制的理念。此外，如果使用VSI来代替LCI，则可以合适地修改另一电学量来代替有效功率。

根据在图16中所图示的示范性实施例，VSI 140包含以此顺序彼此连接的整流器142、DC链接144以及逆变器146。整流器142从电源148接收电网电压并且可包含例如二极管电桥或基于半导体装置的有源前端。由整流器142提供的DC电压由DC链接144中的电容器C滤波和平滑化。然后将已滤波的DC电压施加于逆变器146，该逆变器146可包含自换向半导体装置，例如，绝缘栅双极晶体管（IGBT），其生成待施加于马达150的AC电压。除整流器和逆变器控制器以外，控制器152和154可以提供给整流器142和逆变器146，或与整流器和逆变器控制器一起集成，以阻尼马达150的轴上的扭转振动。示出整流器控制器153和逆变器控制器155连接到一些半导体装置，但是应该理解所有半导体装置可以连接到控制器。控制器152和154可以一起或单独提供并且它们配置为基于如关于图4和图5论述的电测量来确定动态转矩成分并且影响内建的整流器和逆变器控制的控制参考，例如，转矩或电流控制参考。

根据在图17中所图示的示范性实施例，广义多体系统160可包含具有对应的惯性矩J₁到J_n的“n”个不同体。例如，第一体可对应于燃气涡轮，第二体可对应于压缩机等等，而最后体可对应于电动机。假设电动机的轴对于机械测量不易接近，机械测量例如转动位置、速度、加速度或转矩。另外，假设燃气涡轮的轴易接近并且可以在燃气涡轮处直接测量以上提到的机械参数中的一个。在这点上，要注意，通常燃气涡轮具有高准确性传感器，该传感器测量轴的各种机械变量用于保护燃气涡轮免受可能的损坏。相反，传统的马达不具有这些传感器或即使存在一些传感器，它们的测量的准确性也很差。

整个机械系统的微分式子由以下给出：

其中J（扭转矩阵）、D（阻尼矩阵）以及K（扭转刚性矩阵）是将第一体的特性（例如，d₁₀、d₁₂、k₁₂、J₁）连接到另一体的特性的矩阵以及T_ext是例如通过马达施加于系统的外部（净）转矩。基于机械系统的此模型，如果例如第一体的特性已知，则可以确定“n”体的转矩或其它动态转矩成分。换句话说，在燃气涡轮中提供的高准确性传感器可用于测量燃气涡轮的轴的扭转位置、速度、加速度或转矩中的至少一个。基于此测量值，可以由系统的处理器或控制器78来计算马达（“n”体）或另一驱动系统段的动态转矩成分，并且因此，可以如以上已经论述的为逆变器或整流器生成控制数据。

换句话说，根据此示范性实施例，控制器78需要从一个连接到马达的涡轮机接收机械相关的信息，并且基于此机械相关的信息，控制器能够控制转换器以在马达中生成转矩来阻尼扭转振动。涡轮机不仅可以是燃气涡轮也可以是压缩机、膨胀机或其它已知机器。在一个应用中，对于进行阻尼不需要电测量。然而，电测量可以与机械测量组合用于实现阻尼。在一个应用中，施加阻尼的机器（阻尼机器）对于机械测量不易接近并且由在机械连接到阻尼机器的另一机器上进行的机械测量来计算阻尼机器的动态转矩成分。

所公开的示范性实施例提供用于阻尼扭转振动的系统和方法。应该理解此描述不旨在限制本发明。相反，示范性实施例旨在覆盖包含于如所附的权利要求所定义的本发明的精神和范围的备选、修改以及等效。例如，该方法可以应用于其它电动机驱动机械系统，例如大的水泵、抽水水电站等。另外，在示范性实施例的详细描述中，阐述许多具体细节以提供要求保护的发明的全面理解。然而，本领域的技术人员会理解到各实施例可以实现而不需要这样的具体细节。

尽管在实施例中以特别组合描述了本示范性实施例的特征和元件，但是每个特征或元件可单独使用而无需实施例的其他特征和元件或以用或不用本文公开的其它特征和元件的各种组合使用。

本书面描述使用所公开的主题的示例以使本领域的任何技术人员能实践本书面描述，包含制造以及使用任何装置或系统并且进行任何并入的方法。本主题的可专利范围由权利要求来定义，并且可包含本领域技术人员想到的其它示例。这样的其它示例旨在落入权利要求的范围内。

Claims (10)

1. 一种连接到转换器的扭转模式阻尼控制器系统，所述转换器驱动包含电机和非电气机器的驱动系统，所述控制器系统包含：

输入接口，配置为接收与所述转换器或所述驱动系统的变量相关的测量出的数据；以及

控制器，连接到所述输入接口并且配置为：

基于来自所述输入接口的所述测量出的数据计算沿着所述驱动系统的轴段的至少一个动态转矩成分，

基于所述至少一个动态转矩成分为所述转换器的整流器生成控制数据用于在所述驱动系统的轴中阻尼扭转振荡，以及

将所述控制数据发送到所述整流器用于调制在所述转换器和所述电机之间交换的有效功率。

2. 如权利要求1所述的控制器系统，其中所述控制数据α调制所述整流器。

3. 如权利要求1或2所述的控制器系统，其中所述控制器配置为在所述控制数据中插入待施加于整流器延迟角度的正弦波或正弦半波。

4. 如权利要求3所述的控制器系统，其中所述正弦波的幅度小于3度。

5. 如权利要求2至4的任一项所述的控制器系统，其中所述控制器配置为在参考点火角的值周围持续地进行所述整流器的所述α角度调制。

6. 如前述权利要求的任一项所述的控制器系统，其中所述控制器配置为仅基于与所述转换器的电变量相关的测量出的数据生成所述控制数据。

7. 如前述权利要求的任一项所述的控制器系统，其中所述控制器配置为仅基于与所述驱动系统的机械变量相关的测量出的数据生成所述控制数据。

8. 如前述权利要求的任一项所述的控制器系统，其中所述控制器配置为仅基于与除所述电机以外的所述驱动系统的机械变量相关的测量出的数据生成所述控制数据。

9. 一种用于驱动是驱动系统的一部分的电机的系统，该系统包含：

整流器，配置为从电源接收交流并且将所述交流转换为直流；

直流链接，连接到所述整流器并且配置为传送所述直流；

逆变器，连接到所述直流链接并且配置为将所接收的直流改变为交流；

输入接口，配置为接收与转换器或所述驱动系统的变量相关的测量出的数据；以及

控制器，连接到所述输入接口并且配置为：

基于来自所述输入接口的所述测量出的数据计算所述电机的至少一个动态转矩成分，

基于所述至少一个动态转矩成分为所述整流器生成控制数据用于在机械系统的轴段中阻尼扭转振荡，以及

将所述控制数据发送到所述整流器用于调制在所述转换器和所述电机之间交换的有效功率。

10. 一种用于在包含电机的驱动系统中阻尼扭转振动的方法，所述方法包含：

接收与（i）驱动所述电机的的转换器或（ii）所述驱动系统的变量相关的测量出的数据；

基于所述测量出的数据计算所述电机的至少一个动态转矩成分；

基于所述至少一个动态转矩成分为转换器的整流器生成控制数据用于在所述驱动系统的轴段中阻尼扭转振荡；以及

将所述控制数据发送到所述整流器用于调制在所述转换器和所述电机之间交换的有效功率。

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