無線電能傳輸技術在煤礦井下照明系統(tǒng)中的應用研究

盛敏敏

摘要：我國政府在中央第十八大報告中明確提出，“企業(yè)需要在建設中強化安全生產(chǎn)，竭力遏制重大安全事故的發(fā)生”，這就需要企業(yè)充分地利用當下信息化資源和網(wǎng)絡技術，構建企業(yè)生產(chǎn)中的安全生產(chǎn)平臺，有效預防企業(yè)在生產(chǎn)中出現(xiàn)的特大安全事故。本文中主要探究了無線電能傳輸技術的建設，文中首先對無線電能傳輸技術的建設背景及組成;進行簡要闡述，再結合實際情況，論述了無線電能傳輸技術在煤礦井下照明系統(tǒng)中的主要結構，希望借此為提高煤礦井下照明系統(tǒng)建設水平給出些許建議。

關鍵詞：無線電能傳輸技術;煤礦;井下照明系統(tǒng);主要功能

引言

目前我國現(xiàn)有的無線電能傳輸技術，還只是建立在較為初始的數(shù)據(jù)模型基礎之上，使得平臺在應用中對于煤礦生產(chǎn)中的一些潛藏風險不能及時地識別。通過在煤礦井下照明系統(tǒng)中應用無線電能傳輸技術，就可以大幅度改善煤礦井下照明系統(tǒng)的自身性能。無線電能傳輸技術可以將交流電的固定頻率進行轉換，使交流電成為可變性資源，提高交流電煤礦井下照明系統(tǒng)中的利用效率，同時針對功率器件，研發(fā)人員還可以在基于GTR基礎上研發(fā)智能功能模塊IPM，進而增加煤礦井下照明系統(tǒng)的變頻功率。此外在控制理論的基礎上通過應用無線電能傳輸技術還可以突破傳統(tǒng)控制理論，通過采用改進后的壓頻比控制方式和矢量控制方法，進而對設備直接進行遠距離控制，就可以擴大無線電能傳輸技術在實際生產(chǎn)中的應用范圍。

一、無線電能傳輸技術在煤礦井下照明系統(tǒng)中的應用現(xiàn)狀

在煤礦企業(yè)的開采過程中，生產(chǎn)方需要重視煤礦開采中的安全性和節(jié)能型，當前我國部分煤礦企業(yè)在煤礦開采中，已經(jīng)逐漸應用無線電能傳輸技術，通過將無線電能傳輸技術應用于煤礦井下照明系統(tǒng)中。無線電能傳輸技術由于有效克服了拖線、滑動取電、電池供電等一系列傳統(tǒng)供電方法的不足，還可以進一步優(yōu)化變頻技術的集成系統(tǒng)，使變頻技術的集成系統(tǒng)不再僅局限于數(shù)字信息處理，進而發(fā)展成更高層次的集成電路。通過無線電能傳輸技術還可以通過參與編程參數(shù)和傳輸信息的工作，對中斷電力半導體器件中的頻率、電壓不變的變頻交流電轉化為頻率、電壓可變的交流電控制設備。這些現(xiàn)象在通過應用無線電能傳輸技術后，其自身性能和運行效率得到了大幅度的提升，同時設備在運行過程中所消耗的能量也相應地減少，進而達到了節(jié)能減排的目的，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

二、無線電能傳輸技術在煤礦井下照明系統(tǒng)中的應用原理

無線電能傳輸技術在井下應用時，可將能源轉換裝置安裝在路軌上，其輸入端與電網(wǎng)相連，輸出端僅與線圈電路相連。螺旋線穿過線路一側的墻，然后穿過路頂?shù)竭_路另一邊的墻，最后回路回到電源轉換器，照明開關安裝在上述線圈附近，沒有與線圈進行電氣連接，能量只能通過磁場傳遞。依據(jù)電磁感應原理，在照明電路中激發(fā)高頻交流電，整流器作為直流電提供給照明，照明均勻地分布在線路兩側。燈管與線圈電隔離，線圈安全可靠，更適用于照明系統(tǒng)的后續(xù)保養(yǎng)工作。井下無線電能傳輸技術原理：220V功率率AC由整流器轉換成DC。晶片發(fā)出PWM波，并控制逆變器設備通過驅動循環(huán)后將直流電轉換成高頻交流電。高頻率交流電通過初級補償網(wǎng)絡和能量傳輸線圈，將電磁能量傳遞給外界。根據(jù)電磁感應原理，吸能線圈產(chǎn)生相應頻率的感應電流，由整流濾波裝置對直流電源進行整流，形成直流供電照明裝置。

三、無線電能傳輸技術在煤礦井下照明系統(tǒng)中的應用設計

1.煤礦井下照明系統(tǒng)中高頻逆變電路拓撲設計

煤礦井下無線照明系統(tǒng)應在能量傳輸?shù)某跏茧A段，即耦合機構的初級側對逆變器進行調(diào)整，使輸入頻率的交流電能轉化為高頻交流電能，不同形式的逆變器可分為一種，取決于所用開關的數(shù)量。采用單管組成的原邊逆變器一般用于功率較小的場合，采用單管型變換器最為經(jīng)濟，但同時功率應用范圍一般也從幾十毫瓦到幾十瓦。對于一般中小型電力系統(tǒng)，通常采用電壓型半橋或全橋逆變電路，半橋逆變電路一般能達到上百瓦，而全橋逆變電路適用于各種功率等級。從容量和系統(tǒng)實現(xiàn)特性兩方面考慮，煤礦井下照明系統(tǒng)多數(shù)選擇單相電壓型全橋逆變電路。

2.煤礦井下照明系統(tǒng)中耦合機構設計

針對井下照明無線電源的實際需求，選擇了長導軌耦合方式，一次線圈布置在線路頂部，通過在照明系統(tǒng)內(nèi)部形成閉環(huán)，耦合機構的一次側為單根直導線，二次側為矩形線圈。旋轉數(shù)根據(jù)系統(tǒng)的特定工作特性決定，不需要使用磁性核材料。雖然這種耦合機構的傳輸性能較差，但可以滿足照明等低性能負載的供電要求，且傳輸路徑短，偏移能力強。在解釋井下照明設備無線供電系統(tǒng)的磁路耦合機制以及磁開關機制對一次線圈電感率LP等參數(shù)的影響時，應盡可能準確地計算電感值和倒數(shù)電感值，應調(diào)查二次線圈電感率，分析周圍介質(zhì)的磁導率以及導線截面上的導線轉數(shù)和電流分布，以優(yōu)化磁路耦合機制。

井下無線照明系統(tǒng)中，為了保證能量傳遞系統(tǒng)的二次吸能結構的彈性運動，電磁力學中的主要部件必須有一個長線圈。高頻電路中，高頻電流隨著頻率的增加在線圈中流動，產(chǎn)生高頻效應，加上其他寄生電感和電容的影響，嚴重地損害了電源電路的性能，降低了效率。在高頻電流通過線圈時，分布電感效應產(chǎn)生表面效應。指出高頻電流的表面效應是指導線的有效截面積減小，使用頻率越高，實際的交流電阻就越大。在選擇電流密度和導線直徑時，應充分考慮高頻效應引起的銅線實際有效截面的減小。高頻率模式下，相鄰導體電流會產(chǎn)生渦流，表皮效應和鄰近效應的存在會嚴重影響火花能量傳輸系統(tǒng)的整體性能。為了避免此現(xiàn)象的發(fā)生，還應當將幾根細導線進行組合，形成絞線增大橫截面積，就能有效地減小皮層和鄰近效應的影響。

四、結束語

在煤礦井下生產(chǎn)中通過運用無線電能傳輸技術，可以解決煤礦井下照明系統(tǒng)供電過程中出現(xiàn)的問題。此外借助無線電能傳輸技術，可以減小煤礦井下照明系統(tǒng)在應用中產(chǎn)生的火花，進而保護井下煤礦作業(yè)工人的人身安全。因此當前在煤礦井下應用無線電能傳輸技術，可以構建出高效、可靠、安全的無線照明系統(tǒng)，進而推動我國煤炭行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻

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