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(shè)中強(qiáng)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(dāng)下信息化資源和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建企業(yè)生產(chǎn)中的安全生產(chǎn)平臺，有效預(yù)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(shù)的建設(shè)，文中首先對無線電能傳輸技術(shù)的建設(shè)背景及組成;進(jìn)行簡要闡述，再結(jié)合實(shí)際情況，論述了無線電能傳輸技術(shù)在煤礦井下照明系統(tǒng)中的主要結(jié)構(gòu)，希望借此為提高煤礦井下照明系統(tǒng)建設(shè)水平給出些許建議。

關(guān)鍵詞：無線電能傳輸技術(shù);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(shù)，還只是建立在較為初始的數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)之上，使得平臺在應(yīng)用中對于煤礦生產(chǎn)中的一些潛藏風(fēng)險不能及時地識別。通過在煤礦井下照明系統(tǒng)中應(yīng)用無線電能傳輸技術(shù)，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(shù)可以將交流電的固定頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)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(chǔ)上研發(fā)智能功能模塊IPM，進(jìn)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(chǔ)上通過應(yīng)用無線電能傳輸技術(shù)還可以突破傳統(tǒng)控制理論，通過采用改進(jìn)后的壓頻比控制方式和矢量控制方法，進(jìn)而對設(shè)備直接進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制，就可以擴(kuò)大無線電能傳輸技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍。

一、無線電能傳輸技術(shù)在煤礦井下照明系統(tǒng)中的應(yīng)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(dāng)前我國部分煤礦企業(yè)在煤礦開采中，已經(jīng)逐漸應(yīng)用無線電能傳輸技術(shù)，通過將無線電能傳輸技術(shù)應(yīng)用于煤礦井下照明系統(tǒng)中。無線電能傳輸技術(shù)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(jìn)一步優(yōu)化變頻技術(shù)的集成系統(tǒng)，使變頻技術(shù)的集成系統(tǒng)不再僅局限于數(shù)字信息處理，進(jìn)而發(fā)展成更高層次的集成電路。通過無線電能傳輸技術(shù)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(dǎo)體器件中的頻率、電壓不變的變頻交流電轉(zhuǎn)化為頻率、電壓可變的交流電控制設(shè)備。這些現(xiàn)象在通過應(yīng)用無線電能傳輸技術(shù)后，其自身性能和運(yùn)行效率得到了大幅度的提升，同時設(shè)備在運(yùn)行過程中所消耗的能量也相應(yīng)地減少，進(jìn)而達(dá)到了節(jié)能減排的目的，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

二、無線電能傳輸技術(shù)在煤礦井下照明系統(tǒng)中的應(yīng)用原理

無線電能傳輸技術(shù)在井下應(yīng)用時，可將能源轉(zhuǎn)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(cè)的墻，然后穿過路頂?shù)竭_(dá)路另一邊的墻，最后回路回到電源轉(zhuǎn)換器，照明開關(guān)安裝在上述線圈附近，沒有與線圈進(jìn)行電氣連接，能量只能通過磁場傳遞。依據(jù)電磁感應(yīng)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(cè)。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(shù)原理：220V功率率AC由整流器轉(zhuǎn)換成DC。晶片發(fā)出PWM波，并控制逆變器設(shè)備通過驅(qū)動循環(huán)后將直流電轉(zhuǎn)換成高頻交流電。高頻率交流電通過初級補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和能量傳輸線圈，將電磁能量傳遞給外界。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，吸能線圈產(chǎn)生相應(yīng)頻率的感應(yīng)電流，由整流濾波裝置對直流電源進(jìn)行整流，形成直流供電照明裝置。

三、無線電能傳輸技術(shù)在煤礦井下照明系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計

1.煤礦井下照明系統(tǒng)中高頻逆變電路拓?fù)湓O(shè)計

煤礦井下無線照明系統(tǒng)應(yīng)在能量傳輸?shù)某跏茧A段，即耦合機(jī)構(gòu)的初級側(cè)對逆變器進(jìn)行調(diào)整，使輸入頻率的交流電能轉(zhuǎn)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(guān)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(jì)，但同時功率應(yīng)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(dá)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(shí)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(jī)構(gòu)設(shè)計

針對井下照明無線電源的實(shí)際需求，選擇了長導(dǎo)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(jī)構(gòu)的一次側(cè)為單根直導(dǎo)線，二次側(cè)為矩形線圈。旋轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)的傳輸性能較差，但可以滿足照明等低性能負(fù)載的供電要求，且傳輸路徑短，偏移能力強(qiáng)。在解釋井下照明設(shè)備無線供電系統(tǒng)的磁路耦合機(jī)制以及磁開關(guān)機(jī)制對一次線圈電感率LP等參數(shù)的影響時，應(yīng)盡可能準(zhǔn)確地計算電感值和倒數(shù)電感值，應(yīng)調(diào)查二次線圈電感率，分析周圍介質(zhì)的磁導(dǎo)率以及導(dǎo)線截面上的導(dǎo)線轉(zhuǎn)數(shù)和電流分布，以優(yōu)化磁路耦合機(jī)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(jié)構(gòu)的彈性運(yùn)動，電磁力學(xué)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(yīng)，加上其他寄生電感和電容的影響，嚴(yán)重地?fù)p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(yīng)產(chǎn)生表面效應(yīng)。指出高頻電流的表面效應(yīng)是指導(dǎo)線的有效截面積減小，使用頻率越高，實(shí)際的交流電阻就越大。在選擇電流密度和導(dǎo)線直徑時，應(yīng)充分考慮高頻效應(yīng)引起的銅線實(shí)際有效截面的減小。高頻率模式下，相鄰導(dǎo)體電流會產(chǎn)生渦流，表皮效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的存在會嚴(yán)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(yīng)當(dāng)將幾根細(xì)導(dǎo)線進(jìn)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(yīng)的影響。

四、結(jié)束語

在煤礦井下生產(chǎn)中通過運(yùn)用無線電能傳輸技術(shù)，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(shù)，可以減小煤礦井下照明系統(tǒng)在應(yīng)用中產(chǎn)生的火花，進(jìn)而保護(hù)井下煤礦作業(yè)工人的人身安全。因此當(dāng)前在煤礦井下應(yīng)用無線電能傳輸技術(shù)，可以構(gòu)建出高效、可靠、安全的無線照明系統(tǒng)，進(jìn)而推動我國煤炭行業(yè)的發(fā)展。

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