适用于井下的PWM整流器LCL滤波器设计

李山, 刘小东, 粟昶博

李山，刘小东，粟昶博.适用于井下的PWM整流器LCL滤波器设计［J］.工矿自动化，2021,47（8）：63-68.. DOI: 10.13272/j.issn.1671-251x.17683
引用本文: 李山，刘小东，粟昶博.适用于井下的PWM整流器LCL滤波器设计［J］.工矿自动化，2021,47（8）：63-68.. DOI: 10.13272/j.issn.1671-251x.17683
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LI Shan, LIU Xiaodong, SU Changbo. PWM rectifier LCL filter design for underground mine[J]. Journal of Mine Automation, 2021, 47(8): 63-68. DOI: 10.13272/j.issn.1671-251x.17683
Citation: LI Shan, LIU Xiaodong, SU Changbo. PWM rectifier LCL filter design for underground mine[J]. Journal of Mine Automation, 2021, 47(8): 63-68. DOI: 10.13272/j.issn.1671-251x.17683
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适用于井下的PWM整流器LCL滤波器设计

  • 1.

    国家能源集团神东煤炭集团设计公司， 陕西 神木719315

  • 2.

    无锡军工智能电气股份有限公司， 江苏 无锡214142

  • 3.

    中国矿业大学 电气与动力工程学院， 江苏 徐州221116

基金项目: 

国家重点研发计划项目(2017YFC0804300)

详细信息

  • 中图分类号: TD611

PWM rectifier LCL filter design for underground mine

  • 1.

    CHN Energy Shendong Coal Group Design Company, Shenmu 719315, China

  • 2.

    Wuxi Junco Intelligent Equipment Co., Ltd., Wuxi 214142, China

  • 3.

    School of Electrical and PowerEngineering,China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China)

摘要

    摘要
  • 摘要: 应用于刮板输送机、采煤机等机械设备的双PWM变频调速系统需在整流器网侧设置滤波器以抑制谐波电流。现有的LCL滤波器设计方法依赖经验，效率较低，且对阻尼损耗问题考虑不足，易导致器件发热，不适于井下应用。通过分析双PWM变频调速系统整流器的LCL滤波器模型，推导了电感比、阻尼电阻与电流衰减系数、谐振频率、阻尼损耗之间的数学关系，进而提出了适用于煤矿井下的PWM整流器LCL滤波器设计方法，即：在考虑滤波效果、电流快速跟踪能力、系统快速响应能力基础上，为减小整流器体积，应选取较小的总电感；在保证滤波效果前提下，尽量增大滤波电容；在允许的电流总谐波畸变率范围内，尽量选取电感比和阻尼电阻最小值。在Matlab/Simulink中搭建三相电压型PWM整流器控制模型进行仿真验证，结果表明采用该方法设计的LCL滤波器可使PWM整流器具有很小的超调量、快速的响应能力、较低的电流总谐波畸变率；通过样机实验验证了LCL滤波器能较好地抑制PWM整流器网侧电流，提高并网电流波形质量；通过对比验证了该方法设计的滤波电感和阻尼电阻均明显小于传统方法设计值，可有效减小滤波器体积，降低成本。
    Abstract: The dual PWM variable frequency speed regulation system applied to scraper conveyors, coal shearers and other mechanical equipments needs to be installed a filter on the rectifier grid-side to suppress harmonic currents. The existing LCL filter design method relies on experience and has low efficiency, and the damping loss problem is not considered enough. It is easy to cause device heating and the design is not suitable for underground applications. By analyzing the LCL filter model of the rectifier of the double PWM variable frequency speed regulation system, the mathematical relationship among the inductance ratio, damping resistance and current attenuation coefficient, resonance frequency, and damping loss is derived, and then a PWM rectifier LCL filter design method suitable for underground coal mines is proposed. In order to reduce the volume of the rectifier, a smaller total inductance should be selected on the basis of considering the filtering effect, the current fast tracking ability, and the fast response ability of the system. On the premise of ensuring the filtering effect, it is suggested to increase the filter capacitance. Within the allowable range of total harmonic distortion rate of the current, it is proposed to select the minimum value of inductance ratio and damping resistance. A three-phase voltage PWM rectifier control model is built in Matlab/Simulink for simulation and verification. The results show that the LCL filter designed by this method can make the PWM rectifier have a small overshoot, fast response and low total harmonic distortion rate. The prototype experiment verifies that the LCL filter can better suppress the grid-side current of the PWM rectifier and improve the quality of the grid-connected current waveform. It is verified by comparison that the filter inductance and damping resistance designed by this method are significantly smaller than those designed by the traditional method, which can reduce the size of the filter and reduce the cost effectively.
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  • 刊出日期:  2021-08-19

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