无线电能传输技术在煤矿井下照明系统中的应用研究

盛敏敏

摘要：我国政府在中央第十八大报告中明确提出，“企业需要在建设中强化安全生产，竭力遏制重大安全事故的发生”，这就需要企业充分地利用当下信息化资源和网络技术，构建企业生产中的安全生产平台，有效预防企业在生产中出现的特大安全事故。本文中主要探究了无线电能传输技术的建设，文中首先对无线电能传输技术的建设背景及组成;进行简要阐述，再结合实际情况，论述了无线电能传输技术在煤矿井下照明系统中的主要结构，希望借此为提高煤矿井下照明系统建设水平给出些许建议。

关键词：无线电能传输技术;煤矿;井下照明系统;主要功能

引言

目前我国现有的无线电能传输技术，还只是建立在较为初始的数据模型基础之上，使得平台在应用中对于煤矿生产中的一些潜藏风险不能及时地识别。通过在煤矿井下照明系统中应用无线电能传输技术，就可以大幅度改善煤矿井下照明系统的自身性能。无线电能传输技术可以将交流电的固定频率进行转换，使交流电成为可变性资源，提高交流电煤矿井下照明系统中的利用效率，同时针对功率器件，研发人员还可以在基于GTR基础上研发智能功能模块IPM，进而增加煤矿井下照明系统的变频功率。此外在控制理论的基础上通过应用无线电能传输技术还可以突破传统控制理论，通过采用改进后的压频比控制方式和矢量控制方法，进而对设备直接进行远距离控制，就可以扩大无线电能传输技术在实际生产中的应用范围。

一、无线电能传输技术在煤矿井下照明系统中的应用现状

在煤矿企业的开采过程中，生产方需要重视煤矿开采中的安全性和节能型，当前我国部分煤矿企业在煤矿开采中，已经逐渐应用无线电能传输技术，通过将无线电能传输技术应用于煤矿井下照明系统中。无线电能传输技术由于有效克服了拖线、滑动取电、电池供电等一系列传统供电方法的不足，还可以进一步优化变频技术的集成系统，使变频技术的集成系统不再仅局限于数字信息处理，进而发展成更高层次的集成电路。通过无线电能传输技术还可以通过参与编程参数和传输信息的工作，对中断电力半导体器件中的频率、电压不变的变频交流电转化为频率、电压可变的交流电控制设备。这些现象在通过应用无线电能传输技术后，其自身性能和运行效率得到了大幅度的提升，同时设备在运行过程中所消耗的能量也相应地减少，进而达到了节能减排的目的，提高企业的经济效益。

二、无线电能传输技术在煤矿井下照明系统中的应用原理

无线电能传输技术在井下应用时，可将能源转换装置安装在路轨上，其输入端与电网相连，输出端仅与线圈电路相连。螺旋线穿过线路一侧的墙，然后穿过路顶到达路另一边的墙，最后回路回到电源转换器，照明开关安装在上述线圈附近，没有与线圈进行电气连接，能量只能通过磁场传递。依据电磁感应原理，在照明电路中激发高频交流电，整流器作为直流电提供给照明，照明均匀地分布在线路两侧。灯管与线圈电隔离，线圈安全可靠，更适用于照明系统的后续保养工作。井下无线电能传输技术原理：220V功率率AC由整流器转换成DC。晶片发出PWM波，并控制逆变器设备通过驱动循环后将直流电转换成高频交流电。高频率交流电通过初级补偿网络和能量传输线圈，将电磁能量传递给外界。根据电磁感应原理，吸能线圈产生相应频率的感应电流，由整流滤波装置对直流电源进行整流，形成直流供电照明装置。

三、无线电能传输技术在煤矿井下照明系统中的应用设计

1.煤矿井下照明系统中高频逆变电路拓扑设计

煤矿井下无线照明系统应在能量传输的初始阶段，即耦合机构的初级侧对逆变器进行调整，使输入频率的交流电能转化为高频交流电能，不同形式的逆变器可分为一种，取决于所用开关的数量。采用单管组成的原边逆变器一般用于功率较小的场合，采用单管型变换器最为经济，但同时功率应用范围一般也从几十毫瓦到几十瓦。对于一般中小型电力系统，通常采用电压型半桥或全桥逆变电路，半桥逆变电路一般能达到上百瓦，而全桥逆变电路适用于各种功率等级。从容量和系统实现特性两方面考虑，煤矿井下照明系统多数选择单相电压型全桥逆变电路。

2.煤矿井下照明系统中耦合机构设计

针对井下照明无线电源的实际需求，选择了长导轨耦合方式，一次线圈布置在线路顶部，通过在照明系统内部形成闭环，耦合机构的一次侧为单根直导线，二次侧为矩形线圈。旋转数根据系统的特定工作特性决定，不需要使用磁性核材料。虽然这种耦合机构的传输性能较差，但可以满足照明等低性能负载的供电要求，且传输路径短，偏移能力强。在解释井下照明设备无线供电系统的磁路耦合机制以及磁开关机制对一次线圈电感率LP等参数的影响时，应尽可能准确地计算电感值和倒数电感值，应调查二次线圈电感率，分析周围介质的磁导率以及导线截面上的导线转数和电流分布，以优化磁路耦合机制。

井下无线照明系统中，为了保证能量传递系统的二次吸能结构的弹性运动，电磁力学中的主要部件必须有一个长线圈。高频电路中，高频电流随着频率的增加在线圈中流动，产生高频效应，加上其他寄生电感和电容的影响，严重地损害了电源电路的性能，降低了效率。在高频电流通过线圈时，分布电感效应产生表面效应。指出高頻电流的表面效应是指导线的有效截面积减小，使用频率越高，实际的交流电阻就越大。在选择电流密度和导线直径时，应充分考虑高频效应引起的铜线实际有效截面的减小。高频率模式下，相邻导体电流会产生涡流，表皮效应和邻近效应的存在会严重影响火花能量传输系统的整体性能。为了避免此现象的发生，还应当将几根细导线进行组合，形成绞线增大横截面积，就能有效地减小皮层和邻近效应的影响。

四、结束语

在煤矿井下生产中通过运用无线电能传输技术，可以解决煤矿井下照明系统供电过程中出现的问题。此外借助无线电能传输技术，可以减小煤矿井下照明系统在应用中产生的火花，进而保护井下煤矿作业工人的人身安全。因此当前在煤矿井下应用无线电能传输技术，可以构建出高效、可靠、安全的无线照明系统，进而推动我国煤炭行业的发展。

参考文献

[1]田子建，林越，陈健，等.无线输电技术及其在矿井安全监控系统中的应用[J].工矿自动化，2014，40（7）：32-36.

[2]吴文炤，寇建涛，薛明，等.新型无线电能传输技术在智慧园区中的应用研究[J].供用电，2015，32（012）：26-31.