时间：2022-07-10 15:13:04
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关键词：矿山井下供电系统煤矿安全规程
1.矿上供电的基本要求
矿山企业在国民经济建设中起着重要作用，是电能的重要用户。随着生产的迅速发展，自动化水平不断提高，对供电的要求也就更加严格。特别是煤矿井下作业，工作面不断移动，生产环境非常复杂，因此对供电的要求更高。对供电的基本要求主要有以下几个方面：
1.1供电可靠
矿山企业供电中断，不仅会造成减产，而且有可能引起人身事故，甚至可能毁坏矿井。因此，矿山企业对供电的最重要要求是供电可靠和不间断，即使在电力系统发生故障的情况下，也必须保证不间断供电，至少也得供应一部分电能以保证人身安全和设备部收损坏。
1.2供电安全
由于煤矿井下瓦斯和煤尘爆炸的危险，所以在使用电气设备时必须特别注意其防爆性。另外，井下潮湿，工作空间小，光线差，易发生人身触电事故，必须采取一系列的安全技术措施，以确保对煤矿企业供电的安全性。
1.3供电质量
在供电质量上煤矿企业要求供电电压稳定和交流频率的稳定。煤矿中广泛使用三相异步电动机，这种电动机的转矩与外加电压的平方成正比；转速与交流频率成正比。若供电电压和频率发生较大变化，就会严重影响电动机的正常运转，甚至会使生产机械不能工作。
1.4供电经济
一般考虑下列三个方面：第一，尽量降低矿山变电所一点往的基本建设投资。第二，尽量降低设备材料即有色金属的消耗量。第三，注意降低供电系统中的电能损耗反维护费用。
2.矿山供电的电压等级
所有电器设备都是按一定的标准电压设计制造的，这个标准电压称为电器设备的额定电压。电力线路的额定电压等于其连接的用电设备的额定电压。发电机的额定电压是指额定负荷下的输出端电压，比同级用电设备额定电压高出5%。以补偿电网电压损失。矿区供电的电压，一般采用35kv、110kv。矿井地面和井下高压供电电压目前一般采用6kv，条件允许时，亦可采用10kv。
供电电压等级是矿山供电的只要问题之一，这是因为供电线路的电压等级与输送功率，供电距离有密切的联系。
我国矿山地面的低压动力照明电网（380/220V系统）采用中性点直接接地的方式，并且将中性点引出，可同时供给380V和220V两种电压。此时，中性点接地并不是为了防止电弧接地，预防高压窜入低压系统增加人身触电的危险性。
我国《煤矿安全规程》规定，除向架线式电机车供电的整流变压器外，箱井下供电的变压器中性点禁止接地。向井下供电的电网，不准采用中性点接地方式运行的主要原因是为了保证井和人身安全。因为煤矿井下空间狭窄、黑暗、潮湿，并有煤尘、瓦斯，如使用中性点接地系统，当人体触及一相导体。便接触到相电压，有致命危险。另外，在中性点接地系统中如出现接地故障。可能会外漏电火花，有点燃矿井内瓦斯的危险。
矿井的用电电源。一般来源于电力系统的区域变电站活发电站，电能送到矿山后在变、配给矿山的用户，组成矿山的供电系统。
矿山受电电压为6~110KV，矿山类型及所在地区的电力系统的电压而定，一般为35~110KV的双电源受电，经总降压站以高压车间，井下变电所及高压用电设备等配电，组成低压供电系统。
3.矿山供电系统的接线方式
按网络接线布置方式分为放射式、干线式、环式等接线系统。按接线运行方式分为开式和闭式系统。按对负荷供电可靠性的要求可分为无备用和有备用接线系统。有备用接线系统中，其中一回路发生故障时，其余回路保证全部供电的称为完全备用系统；如果只能保证对重要用户供电的，则称为不完全备用系统。备用系统的投入式分为手动投入、自动投入和经常投入等几种。
3.1无备用系统接线
无备用系统接线简单，运行方便，易于发现故障；缺点是供电可靠性差。所以这种接线主要对于三级负荷和一部分次变的二级负荷供电。
放射式接线的主要优点是供电线路独立，线路故障互不影响，易于实现自动化，停电机会少，继电保护简单且易于整定，保护动作时间短，缺点是电源出现回路较多，设备和投资业多。
干线式接线的主要优点是线路总长度较短，造价较低，可节约有色金属；由于最大负荷一般不同时出现，系统中的电压波动和电能损失较小；电源出线回路少，节省设备。缺点是前段线路公用，增多了故障停电的可能性。
3.2双回路放射式
双回路供电这种供电方式，线路总长度长，电源出线回路数和使用开关设备多，投资大，如果负荷不大，常会造成有色金属的浪费。优点是当双回路同时工作时，可减少线路上的功率损失和电压损失。这种接线适用于负荷大或单独供电的重要用户。对容量大，而且特别重要的用户，可采母线用断路器分段接线，从而可以实现自动切换，以提高供电的可靠性。
3.3环式
环式接线系统所用设备少，各线路途经不同，不易同时发生故障，故可靠性较高且运行灵活。因负荷由两条线路负担，故负荷波动时电压比较稳定。缺点是故障时供电线路较长，电压损失大。线路的导线截面应按故障情况下能负担环网全部负荷考虑，所以有色金属消耗量增大，两个负荷大小相差越悬殊，其消耗就越大。故这种系统适于负荷容量相差不大，所处地点离电源都较远，而彼此又较近的情况。平常可以开环运行，也可以闭环运行。但闭环运行继电保护较复杂，因此一般采用开环运行方式。
4．矿井供电系统
大、中型矿井的供电电源取自110kV或35~60kV的电力网经两回架空线路迭到矿井总降压站。比如一次电压为35~60kV两台变压器的内桥式接线的典型变电所主接线，其断路器外侧设两组隔离开关组成跨桥，上面接有35~60/0.4kV的所用变压器，工变电所直流操作电源等用。
在一次侧进行计量的变电所，进线和母线应设有准确等级负荷要求的电流互感器（CT）和电压互感器（PT）。
为了防止雷电波的侵袭，母线和架空进线处接避雷器，主变压器二次6KV侧多采用单母线分段，用成套配电装置配电。矿井一、二级负荷如通风机、主副井提升机等有接在不同母线上的双电源回路供电，以保证可靠。
总之，对矿井供电要求要严格，更具不同的矿井进行严密而谨慎的设计，保证矿山供电的安全。
参考文献：
关键词:煤矿供电系统谐波；治理方法
1 目前煤矿供电系统中的谐波情况
目前电力系统谐波污染与功率因数降低、电磁干扰已并列为电力系统的三大公害。煤矿企业供电网络大量的电力电子功率器件、各种装置在电网中的应用，在促进矿井生产运行中的节能和能量高效转换的同时，也给电网中电能质量造成了严重的干扰，因此，严重影响了正常供电安全，其主要原因就是电网谐波含量的普遍存在和不断的生成。
在煤矿企业供电系统，谐波广泛分布于供配电系统中的各个环节，谐波电流的拥塞会在主电网系统上引起电压畸变，导致电网系统中的电压和电流波形严重失真，对其他电力设备和装置也会产生扰动，这将严重威胁矿井电网的电能质量和供配电设备的安全正常使用。
所以，我们治理好煤矿供电系统中产生的谐波，不仅能从根本上解决因谐波存在导致的电能不必要的损耗，提高和稳定电能质量，确保矿井安全运行，而且还能延长供电系统的电气设备使用寿命，优化电磁环境，有效提高产品质量。
2 谐波的主要来源
电力网络的每个环节，包括发电、输电、配电、用电都可能产生谐波，其中产生谐波最多位于用电环节上，而在用电环节谐波主要产生于非线性负荷用电设备。对于煤矿来说，谐波主要来自非线性负荷用电设备。
在煤矿的输配电系统中存在大量的电力变压器。变压器就是一种非线性特性的用电设备，因为变压器内铁心饱和，磁化曲线的非线特性以及额定工作磁密位于磁化曲线近饱和段上等诸多因素，致使磁化电流呈尖顶形，内含大量奇次谐波。变压器铁心饱和度越高，其工作点偏离线性就越远，产生的谐波电流就越大，严重时三次谐波电流可达额定电流的5%。
由于煤矿电网中的谐波源主要来自于含半导体材料的非线性元器件，煤矿的其他非线性负荷用电设备主要有矿井提升机、通风机、主排水泵、带式输送机、架线式电机车等节能设备、交流弧焊机以及控制用的电力电子设备，诸如各种变频器、交直流换流设备、变流器、整流设备等一些大型矿山设备以及使用各种变频器等电力电子设备产品等。煤矿供电系统中谐波的危害主要表现在谐波含量的增加导致电网功率损耗的增加、供电设备寿命逐渐缩短、接地保护功能丧失、遥控功能失效、供电线路和设备过起热，如果谐波波幅较大，还可能引起变电站局部的并联或串联谐振，这将导致变电站系统中的元器件产生附加的谐波损耗，从而加速元器件的衰老退化。我们通过对主井提升设备的电压、电流，副井升降设备电压、电流以及充电设备的测试波形测试、观察，发现在多次的测试过程当中，在一个波段电流谐波值异常偏高，远远超出了国家规定的限值，将此波段对比到矿井实际采用的脉动变流器，发现异常偏高的波段正好与设备实际采用的脉动下测算出的谐波值相符合；而对矿井下充电设备的测试采取与地面充电设备对比的方式，测试发现井下充电设备的各个谐波的大多高于井上情况。
我们通过对矿井以上两个测试情况来看，煤矿供电系统中普遍存在的电能质量问题的主要原因是谐波的大量产生。因此，预防治理矿井供电系统中的谐波问题还需从改造电力电子装置、过滤谐波的角度入手，从而减少矿井供电系统谐波问题的发生。
3 煤矿供配电系统谐波治理
鉴于谐波存在多方面的危害,对矿井安全生产和生活存在很大隐患,根据国家对谐波污染的治理要求,采取必要而有效措施,避免或补偿已产生的谐波尤为重要。在矿井供配电系统中,应积极采取消除或抑制谐波危害的防范措施。
3.1 电力电缆的选择。在矿井供配电系统电力电缆截面的选择中,应考虑谐波引起电缆发热的危害。对于连接谐波主要扰动源设备的配线,确定电缆载流量时应留有足够裕量,必要时可适当放大一级选择电缆截面。
3.2 合理选择变压器。正确合理地选择变压器的接线方式,能阻止不平衡电流和3N次谐波电流从原边传到电源配电系统中。在三角形/星形变压器里,不平衡电流和3N次谐波电流在原边绕组内循环流动而不会传入电源配电系统中。矿井供配电系统中各级变压器应多采用三角形/星形变压器。在根据负载确定电力变压器额定容量时,应考虑谐波畸变而留有裕量。在矿井设计中一般应保证变压器负荷率在70%～80%,该裕量可防范谐波引起的变压器发热危害。
3.3 无功补偿电容器的配置。在有谐波背景的矿井供配电系统中,不能采用常规的补偿系统来进行无功补偿。为避免电容器组与系统产生串联谐振或并联谐振,必须采用调谐式电容器组。调谐式电容器组即在补偿电容器中加串调谐电抗器。电抗器的主要作用是避开谐波电流可能出现的频率。这种电抗器被称为调谐电抗器,带有这种电抗器的电容器组则被称为调谐电容器组。使用调谐电容器组的目的不是为了显着地降低谐波畸变,而是为了确保电容器组不会因为诸如系统阻抗、投入段数、系统配置、负荷状况等原因而发生谐振。
3.4 谐波补偿装置进行补偿。对矿井中的主要谐波源,如:大功率提升机、通风机、带式输送机的变频设备,在运行过程中会引起较严重的高次谐波污染。为了拟制变频器在运行中产生的谐波,需增加谐波补偿装置,使输入电流成为正弦波。传统的谐波补偿装置是采用LC调谐滤波器,它既可补偿谐波,又可补偿无功功率。但其补偿特性受矿井供配电系统阻抗和运行状态影响,易和系统发生并联谐振,导致谐波放大,使LC滤波器过载甚至烧坏。另外,它只能补偿固定频率的谐波,效果不甚理想,但该装置结构简单,目前仍被广泛应用。电力电子器件普及后,运用有源电力滤波器进行谐波补偿将成为主要方法,有源滤波器的工作原理是从补偿对象中检测出谐波电流,然后产生一个与该谐波电流大小相等、极性相反的补偿电流,从而使电网电流只含有基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,且补偿特性不受电网阻抗的影响。
参考文献
中图分类号：TM921.51；TD534 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（b）-0098-01
1 现场情况
本方案为某矿区的绞车提升改造。原有系统为滑环电机串电阻控制的交流提升机经典控制系统（TKD电控系统）。原有电机为JRQ-148-8 240 kW/6kV，转速735 rpm/min。 卷筒直径2 m、卷筒宽度1.5 m、钢丝绳最大静张力6000 kg、液压工作压力55 kg、钢丝绳速度5 m/s、地面供电电压等级6 kV、环境温度-5℃～40℃、海拔高度1950 m、使用场所为斜井。
2 现有转子串电阻调试分析
矿井提升机担负着运输人员、材料、矿石、矿物的重要任务，是矿井生产中四大运转别重要的设备。对于交流提升机拖动而言，原有的控制系统普遍采用绕线电机转子串电阻的方式进行调速，这些系统存在以下缺点：（1）电阻能耗大，且占用空间大。（2）使用转差和开环控制，调速范围小、精度低、安全性能差；在减速段和下放时需投切动力制动直流电源或低频电源，易造成设备损坏，且浪费了大量的电能。（3）系统的故障率高，接触器、电阻器、绕线电机碳刷容易损坏，维护工作量很大，影响了生产效率。（4）低速和爬行阶段需要依靠制动闸皮摩擦滚筒实现速度控制，特别是在负载发生变化时，很难实现恒减速控制，导致调速不连续、速度控制性能较差。（5）启动和换档冲击电流大，造成了很大的机械冲击，导致电机的使用寿命大大降低，而且极容易出现“掉道”现象。（6）自动化程度不高，增加了开采成本，影响了产量。（7）低电压和低速段的启动力矩小，带负载能力差，无法实现恒转矩提升。
3 改造计划
（1）将TKD电控统系改造为以PLC（西门子）为控制核心的低压变频控制系统（西门子）。（2）增加高压配电柜、干式变压器、配电柜、变频柜、操作台、液压泵站等电控设备；（3）原有的深度指示器（自整角机等设备）改为新型的柱式深度指示器（立于卷筒旁）。（4）原有的现场保护元件（松绳开关、闸瓦间隙检测等）、抱闸系统不做修改，接入新系统中。
4 系统设计
由于传动领域发展的多样性，使得目前出现了多种驱动方案，下面是我们针对提升机所做的质量高、性能价格比高、最合理的优化方案如图1。
4.1 控制系统
提升机变频电控系统由提升机专用变频器、智能型主控台、回馈制动柜和传感器组成。
4.2 变频驱动系统
提升机变频电控系统是采用国际先进的变频调速、直流制动、能量回馈、转矩提升技术研制成功的高新技术产品，适用于矿井地面或井下37～600 kW提升机的智能电气控制，它利用改变被控对象的电源频率，成功实现了交流电动机大范围内的无极平滑调速。尤其对于多绳、多水平、双机、斜井等运行场合，表现出巨大的优越性。
4.3 制动系统
为了确保斜井提升机的安全，提升机的机械闸是提升机安全运行的最后一道屏障，这部分由液压制动系统完成，其控制如电机启动、停止，敞闸、施闸等动作均由微机综合保护系统完成。同时对于液压系统的故障状态，如油温过高、过低、滤油器堵塞、油泵过载、停转等状态进行监控，当滤油器堵塞、油泵过载、停转等故障发生时，系统报警的同时控制停机，但当油温过高、过低等故障发生时系统只发出报警信号，不马上停机。
4.4 低压配电系统
低压配电系统的输入为高压配电系统中馈电柜输出；高压配电系统中馈电柜输出经630 kVA--6/0.4的变压器变为380 V低压电。隔离变压器采用DYn0接法，采用三相四线制供电。为了确保低压供电的可靠性，低压供电可以采用双回路供电办法。一路供电由上述供电，另一路引自用户另一渠道。低压电的分配在低压配电柜内完成，其除了给提升机电控系统各设备，如高压配电系统，液压系统，变频器，核心控制系统中操作台、PLC柜，行程控制系统中PLC，操作台，上位，信号系统等供电外，还提供附属设备供电，如照明等，供电容量约500 kVA。
4.5 系统安全性、可靠性保证
（1）安全性保证。系统安全性监视采用全数字传动系统、PLC及继电回路的冗余结构，具体体现为：①重要控制参数、信息及故障的多重化检测、监控及分级处理（紧急安全制动、事故停车、不准提升、事故报警）。②系统按冗余原则设计，保证某部分出故障时，系统仍能工作。（2）可靠性保证。为保证系统的可靠性，在系统及产品设计中严格遵循下列原则：①电气系统中使用的元器件均为质量可靠、性能稳定且符合欧洲工业级电磁兼容性标准。②系统设计中注重故障处理的快速性和应急性。
4.6 信号系统
信号系统采用PLC+HMI集中设计、显示、操控系统，在结构设计上延用操作员习惯使用的手柄操作台，并集成人机对话界面系统，操作员能从人机界面真实准确的实时查看各种报警信号，安全可靠、功能灵活多样、便于扩展、且有自检等多种功能，是煤矿绞车提升最理想的先进设备。
参考文献
中图分类号：TD853.1 文献标识码：A
提升机作为矿井建设的关键设备，担负着矿井有益矿物、材料、人员和设备的运输工作，对矿井的安全生产起着至关重要的作用。因此，提升机必须具备安全可靠的控制系统，提升机控制系统的技术性能不仅直接影响矿井生产的效率及安全，而且代表着矿井提升机发展的整体水平。同时，提升机的耗电一般占据了矿山总耗电量的30%-40%，因此，实现提升机运行过程中的节能降耗也成为中小功率提升机电控系统研究的重要内容。
目前，国内提升机的调速系统主要有串电阻调速、V-M直流调速系统、交-交变频调速系统和交-直-交变频调速系统。各个系统都有着自身的优缺点。
1 交流绕线式异步电机转子回路串电阻调速系统
这种方案的电动机转速调节是通过改变转子回路串联的附加电阻来实现的。调速时能耗很大，属转子功率消耗型调速方案。在加速阶段和低速运行时，大部分能量(转差能量)以热能的形式消耗掉了，因此驱动系统的运行效率较低。这种调速方案是在低同步状态下产生制动转矩，需采用直流能耗制动方案(即动力制动)，或采用低频制动。用这种方法调速时，由于电机的极对数与施加在其定子侧的电压频率均不变，所以电机的同步转速或理想空载转速也不变，调速时机械特性随着转子回路电阻的增大而变软，从而大大降低了电气传动的稳态调速精度。在实际应用中，由于串入电机转子回路的附加电阻级数受限，无法实现平滑的调速。
综上所述，这种调速方案存在着调速性能差，运行效率低、运行状态的切换死区大及调速不平滑等缺点。从节能和安全考虑仅适用于小功率且控制要求不高的提升系统。但目前在我国的各种矿山中，这种方案使用得相当普遍，以后将面临着技术改造的问题。
2 V-M直流调速技术
“晶闸管变流器-电动机”（简称V-M）直流调速技术为了实现四象限调速，常采用两种电气控制方案：一种是电枢可逆调速方案；另一种是磁场可逆调速方案。
在电枢可逆调速技术中，直流电机励磁电流的大小和方向恒定，通过改变电机电枢供电电压的方向来实现可逆调速。但由于晶闸管的单相导电性，常采用正、反两组晶闸管整流装置，来提供正反向电枢电压。此种方法正、反转切换速度快，动态响应好，但由于采用正、反两组晶闸管整流装置，随着容量增大，造价也变得较高。
在磁场可逆调速系统中，电机电枢电压不变，通过改变励磁电流if的方向实现可逆调速。所以电机电枢用一组整流装置供电，而励磁侧采用正、反两组晶闸管整流装置交替工作来改变励磁电流if的方向，从而使磁通方向改变，达到可逆调速。虽然此种方法也需要两组整流装置，但由于励磁功率通常较小，故造价比上种方法低。由于电机励磁回路电感量较大，励磁电流的反向过程较长，所以快速性能不高，只适应于正、反转不太频繁的大容量可逆传动系统中。
当采用V-M直流调速系统时，要根据现场情况选取控制方案。这种调速方案运行效率高（可达0.95左右），调速性能好，但由于其整流侧采用的是晶闸管相控整流，所以功率因数低，谐波电流大，对电网污染严重。
3 交-交变频调速技术
交-交变频调速技术是在上世纪70年代被提出，在80年代开始应用到矿井提升机调速系统中。交-交变频是在输入的交流电上通过斩波或相控方式将其变换为另一种交流电，所以也称为直接变化法。首先出现的是西门子交-交变频同步机调速系统，之后又出现日本的交-交变频笼型异步机调速系统，随着电力电子新技术的不断发展已经实现全数字化控制。
交-交变频器由三组可逆桥式整流器组成，其控制方式可以是常规方式，也可以是矢量控制方式。通过控制可以使变频器输出为频率和幅值都可变的三相交流电压，从而实现变频调速，主电路下图所示：
交-交变频调速技术系统框图
交-交变频调速系技术具有良好的控制性能，效率高，调速性能好，特别适用于低速大功率矿井提升系统。但该调速系统也存在功率因数低、谐波大，对电网污染严重，通常在使用时要另外安装功率补偿装置和谐波吸收装置，增加了投资费用。
4 交-直-交变频调速技术
随着电力电子技术、计算机控制技术和大规模集成电路的发展，特别是交流传动技术的发展如矢量控制技术和直接转矩控制技术的出现，变频调速技术也随之发生了很大的进步，形成了和直流调速技术同样优良的交流调速技术。交流调速技术可以分为：交-交变频调速技术和交-直-交变频调速技术。
与交-交变频相比，交-直-交变频先把交流电整流为直流电，之后再把直流电逆变为交流电，在能量变换过程中存在直流环节，所以也被称为间接变化法，结构图见上图。从图中可以看到，交-直-交变频在整流和逆变侧均采用全控型器件，效率高、谐波量小，同时采用PWM控制方式可使功率因数接近为1，电流波形为正弦波，在控制性能上比交-交变频具有绝对优势。由于受到全控型器件耐压、耐流的问题，现多应用于中小功率场合，随着新一代全控型器件（IGCT）的发展，双PWM交-直-交变频调速系统已经进入到大功率场合。
结论
变频器的调速控制可以实现提升机的恒加速或恒减速控制，消除了传统的串电阻调速造成的消耗，具有很明显的节能效果，交-直-交变频调速系统具有调速精度高、四象限运行、工作频率低、功率因数高，动态响应快等一系列优点，同时，该套系统有准确的定位和制动功能，可靠性好，使得其在矿山行业得到了应用。由于国内在该方面的起步比较晚，随然发展迅速，但是还没有形成完善可靠的产品，因此，对该项技术的研究具有良好的实际意义。
参考文献
中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)10(c)-0106-02
随着我国工业的不断发展,对矿产资源需求量的不断加大,矿产资源开采一直是我国煤矿行业的头等大事。矿井提升机系统在整个煤矿开采过程中担负着举足轻重的作用。提升机系统传统的调速方法不足,输出电压和功率较低,系统稳定性差,严重制约着煤矿资源的开采量,不利于整个行业的发展目标。随着交-交变频调速技术在提升机系统中的应用,凭借着高电压、大功率变频输出,电机驱动能力强、运转快,系统性能稳定等优势得到了煤矿行业的广泛关注。
1 AC-AC变频调速技术
1.1 变频器
1.1.1变频器的工作原理
变频器是把固定电压、固定频率的交流电变换为可调电压频率的交流电的变换器,是异步电机变频调速的控制装置。交-交变频器没有直流变换环节,只有两个交流环节之间的转换过程。通过把一种频率的交流电转换成另一种频率的交流电。
1.1.2 交-交变频器
交-交变频器主要由3台电网自然换流、无环流可逆变流器组成,对应同步电机定子的三相,每相连接成三相桥式电路。三相变流器由整流变压器供电,两套变频器由分别为Δ/X、Δ/Y接法的整流变压器供电,以减少供电高次谐波。AC-AC变频器具有高效率、大电流等优点非常适用于低速、大功率、大转矩、高动态响应、高过载能力的环境。AC-AC变频器的基本结构如图1所示。
电机的定子绕组每相对应一套反并联可控硅桥,最大输出频率约为电网侧频率的45%左右,采用无熔丝设计方法,效率高达99.3%,在紧急情况下12脉冲可以切换成6脉冲AC-AC变频器,使的整个变频系统变得灵活、稳定。
1.2 AC-AC变频调速技术的基本原理
1.2.1 变频调速的理论概述
变频器的功用是将频率固定的(通常为50 Hz的)交流电变成频率联系可调的三相交流电。由公式:,当频率连续可调时(一般为定数),电动机的同步转速也连续可调,又因为异步电动机的转子转速总是比同步转速略低一些,所以,当同步转速连续可调时,异步电动机转子的转速也是连续可调的。变频器通过改变电动机工作电源的输入频率(电流的频率)来改变电动机转速,从而实现变频调速。
1.2.2 AC-AC变频调速的原理概述
三相异步电动机的转速公式为,调速方式可有四种方式。交-交变频电路的基本原理图如图2所示。
2 主井提升机交-交变频调速系统的设计
2.1 交-交变频器Sinzmics SL150控制系统的结构
Sinzmics SL150控制系统的结构主要包括:CPU模块、控制器模块、I/O模块、断路保护模块、辅助设备模块以及控制面板。系统CPU(D445)利用软件可编程方式可以同时在线对通信系统、故障分析系统、画面显示系统进行操作。其中变频控制器负责控制系统电路的相电流、电机转速以及热电压转换器(TVC)。交-交变频器控制系统原理结构图如图3所示。
通过系统外扩的I/O模块,可对电机的转子运行情况进行信号采集检测,同步电压信号以及数字变化量都是由该模块负责接收传送和结果输出控制。如果电路中的工作电压超过额定电压值,该系统采用高压断路器负责控制和保护系统输出电压。系统的辅助设备是由12/6脉冲转换部分和功率因素补偿两部分组成。功率因素补偿部分,对于电机功率达不到额定工作功率的时候,可以采取无功补偿的方式减少谐波和无功功率的损耗。对12/6脉冲转换部分,一旦高压短路,变压器或变频器一路发生故障时,电机和变频器可以由12脉冲工作模式转换成6脉冲的紧急模式。对有故障的变频器进行断电分离,并联的两套电机绕组切换成串联连接,提升机处于全载半速运行状态。
2.2 6脉冲交-交变频控制方法
针对顾桥矿主井提升机的具体情况,采用ABB公司的ACS6000C进口全数字矢量控制系统,交-交变频选用6脉冲,逻辑无环流可逆变流器,变频器分别由3台整流变压器供电。系统电源选用10 kV、50 Hz三相交流电作为主电源供电。主回路采用电枢换向的直流电动机拖动,电枢回路是由两个反向并联晶闸管整流器直流供电,将10 kV的交流电压通过4路变压器转换成满足系统需要的直流电压,通过高压断路器控制系统电压,为同步电动机提供合适的工作电流和电压。顾桥矿主井提升机变频调速系统结构图如图4所示。
3 系统运行结果分析
结合交-交变频调速在顾桥矿主井提升机电机传动系统中的应用,通过西门子SIMATIC WinCC5.0制作软件可以监控整个系统的工作状态。从主提升机画面中可以清楚地看到系统各个工作模块的运行状态,安全回路状态、停车回路状态、闭锁回路状态、PLC主副箕斗位置、油压、提升速度、定子的电流电压、励磁电流、井筒开关的选择以及装卸载打点信号（见图4）。
4 结论
本文针对传统煤矿主井提升机系统的不足,提出了主井提升机交-交变频调速电控系统的新方法,结合顾桥矿主井提升机变频系统的实际应用等方面详细地论述了新方法的优越性。实测结果表明交-交变频调速系统性能稳定,大大增加了提升机的工作量,对矿产资源的开采做出了重要贡献。
参考文献
[1] 西门子工业自动化项目设计实践[M].北京:机械工业出版社.
0引言
随着科技水平不断进步，在满足产量的情况下，企业和社会对煤炭开采过程中的环境保护问题和电能消耗问题有了更多要求。开采过程中，企业亟待解决掘进机电设备等主要开采工程设备耗电量过高的问题，如能解决这一技术困难，将在很大程度上实现电力资源节约[1]。
1煤矿井下掘进机电设备使用现状
掘进机电设备的使用情况与中国煤矿企业管理、操作情况有密切关系。目前为满足国内煤炭供应、储备需求，中国出台了一系列政策、计划，企业也制定了相应年度计划，但由于中国煤矿企业在管理过程中无法保证技术管理的有效性，甚至无法正确推进技术管理进程，导致中国煤矿企业管理水平不高，煤矿井下掘进机电设备使用效率较低，专业设备与国际一流水准存在差距，国内较先进的技术也因管理沟通不畅等问题而不能最短时间内实现技术共享。
2煤矿井下掘进机电设备节能措施
2.1科学选配采掘机电的供电设备
2.1.1选择变压器及变压器容量
在中国，企业从环境保护的社会责任感出发，往往会选择节能化的变压器设备，根据井下操作环境不同，变压器还可以使用干式化的变压器设备或油浸式的变压器设备。变压器是井下煤矿作业的主要供电设备，企业在选择变压器设备时，首先要考虑其能否为井下作业提供充足动力，其次要根据不同运载环境来选择变压器材质，减少空载运行现象。目前中国大部分煤炭开采企业都有良好的环保意识和社会责任感，但还是有部分私人开采的煤矿及小型煤矿在开采时罔顾社会效益和自然压力，单纯地追求利益最大化，选择变压器时，不考虑环境保护问题，仍旧使用高电能消耗的变压器设备，部分企业为节约固定投资，甚至仍旧使用已淘汰的、没有节能功能的油浸式变压器设备，导致电力资源浪费严重。目前IGS9231型变压器已在部分企业煤矿井投入使用，通过数据监控对比，可知这种较为节能的变压器每台较普通变压器能节约8400kW•h的电量，这种型号变压器的推广及进一步升级成为目前煤炭行业升级的标志之一。如煤矿企业仍使用老旧变压器设备，其工作时负荷率不到30%，极大地浪费电力资源、时间成本、消耗固定资本。目前非晶合金材料是一种主要的、用于变压器制作的原材料，这种材料能在变压器运行时减少不必要的蜂鸣声，降低电力资源的不必要消耗。采用非晶合金材料的变压器目前有S11和S15两个系列，更换这两个系列的变压器可以为企业降低电力消耗的成本，增加企业经济效益[2]。
2.1.2煤炭输送机的选择
煤炭输送机是煤矿井下作业铺设较长的一种设备，目前主流煤炭输送机有带式输送机和刮板输送机。带式输送机的代表机型是SJ-80型号输送机，刮板输送机的代表型号是AGW-80T型号输送机，在实际操作运转中，SJ-80型号输送机比AGW-80T型号输送机每小时能多运350t煤炭，且运输距离要长860m，通过数据对比，可以得出在同样的电力消耗下，带式煤炭输送机可以完成更远距离的输送且效率更高，带式输送机可以为企业和社会节约更多电力资源。
2.2选择合理的供电电压
根据物理原理可知，在用电设备功率固定时，供电设备提供的电压和用电设备工作中的电流成反比例关系，即电压越大，用电设备工作中的电流越小，意味着较高的供电电压能为设备带来较理想的电流使用效率、降低设备功率、达到节能目的。目前主流煤矿开采企业都将供电电压提高到660V和1140V，条件允许的情况下更多地使用1140V的供电电压，甚至一些情况下还可以使用3300V的供电电压，电压越高，在线路传输时耗损的电量就越小。特别是在井下作业，输电线路往往铺设长度以公里计数，这就要求供电电压传输速度快。但过于冗长的输电线路仍会大量耗损电能，因此在条件允许的情况下，建议企业设立、使用移动变电站，供电设备与用电设备协同作业，缩短二者之间的距离，减少输送过程中电能耗损，达到降低能耗、提高效率的目的。
2.3尽可能应用变频调速节能设备
a)在采煤机中的应用。目前较先进的是回馈型四象限运行的交流变频调速采煤技术。这种技术常用于牵引式采煤机，通过实际操作实验，可以得出这种采煤技术的优点有：(a)能够平衡和控制变频器，无论其是否处于额定转速下；(b)可以较大范围内调整力矩，稳定牵引；(c)操作简单方便；b)在提升机中的应用。提升机变频调节主要是四象限运行技术，同时提升机还采用了无速度传感器矢量控制方式，实现系统数字化控制，同时企业还配备了数字化控制的专门软件，方便操作。同时根据电路设置还可以完成远程操作作业，老式提升机存在过压、欠压、过流、电机缺相等问题，但通过技术革新，这些问题都被逐一解决，矿业公司也进入了节能新时代；c)在胶带输送机和电铲中的应用。老式皮带运输机存在启动、运行、制动失控问题，这些问题除了导致电力不必要损耗外，还有巨大的安全隐患。目前四象限变频调速技术与胶带输送机结合后，这些问题都被解决，延长了使用寿命。电铲操作通过四象限变频调速技术也得到突破，避免电铲动力不足、过度操作等问题；d)在风机中的应用。风机节能是煤矿企业一直关注的问题，环境不同，需要的风量也是不同的，但过去风机不能智能变频，产生了很多不必要的损耗。目前变频器在中国煤矿风机节能改造中有较广泛的运用，降低了最低转速，提高了安全性能。通过企业1a的对比测量，得出结论，在采用变频风机后，企业节约电费56×104元，同时提高企业事故预警能力，明显降低危险警报的次数。
2.4科学使用管理机电设备
a)提升电机设备功率因素。在现实工作中，是否能够及时供电及保证供电质量，主要是由供电设备功率决定的。在调查中，供电功率较低是煤炭企业供电效率不高的主要原因，会在供电过程中产生大量无功电流，且不能保证电压稳定，一方面对硬件设备产生负面作用，严重影响其使用寿命；另一方面也不利于设备正常运行，往往会出现“大马拉小车”的现象。针对这种情况，可以采用双电机配合运行的做法，从一定程度上保证工作顺利完成。还可以通过设备“瘦身”进行工作方面的调整，比如降低设备额定功率和额定电压，虽然这会使设备工作效率缩水，但可以在不改变供电系统的情况下，使设备正常发挥作用；b)开发现有机械潜力。开发机械设备潜力，首先要充分了解设备，并熟悉设备具体功能和作用，这样才能做到有的放矢地改造。机电设备耗能主要是在运行时出现的，出现发热等现象，是耗能的主要原因，这种耗能对生产来说是无意义的，但这种耗能要占整体耗能的40%左右。所以，在机械设备日常维护时，要注意机油、油添加和设备内部清洁，在工作中保持机械设备稳定运行，在停车和开车时，要缓慢操作，避免时快时慢的现象，以有效降低机械耗能。
3结语
中国能源产业的发展逐渐集中到新能源和清洁能源领域，煤炭行业在国民经济的总体占比中逐渐下降，这是煤炭行业必须面对的事实。在这种背景下，煤炭行业内部必须优化发展自身体制，更新发展理念，控制发展成本。从节能角度对煤炭行业的发展提出了建议，希望能由此提升煤炭行业利润空间，促进其健康发展。
参考文献：
【文章摘要】
煤炭是我国的主要能源，在开采的过程中，煤炭的安全生产最为重要，随着我国现代化的不断发展，对煤炭的安全生产提出了“从零开始， 向零奋斗”的口号。一直以来，困扰煤矿安全问题的因素之一就是电磁信号对井下仪器仪表设备的干扰，进而影响井下仪器仪表的正常工作。因此，国家不断加强对矿井仪器仪表安全性的技术改造，并取得了显著的技术成果和经济效益，为了进一步提高煤矿仪器仪表的安全性建设，本文将探讨井下电磁干扰的原因，进而阐述提高井下仪器仪表的抗干扰度的具体方法。
【关键词】
电磁信号；仪器仪表；抗干扰度
1 煤矿井下电磁干扰产生的原因
煤碳生产属于高危行业之一。由于煤矿地理环境复杂，井下作业环境恶劣，存在诸多安全隐患，很容易发生事故。过去采煤的方式一直是炮采，现在我国大中型矿井多采用综采，而综采机的使用功率非常大，尤其在综采机的启动时，需要很大的电功率，煤矿供电网络电压因此产生波动；同时，井下绞车、大型水泵等设备需要进行软启，软启的使用会在矿井供电网络产生脉冲电压，最终这些电磁信号会干扰矿井仪器仪表的正常工作，甚至导致事故的发生。即对井下智能仪器仪表产生电磁干扰的主要原因是煤矿大功率设备的启动和关停所造成电网电压的波动，以及软启的使用，会使矿井设备内部的感性、容性器件产生充、放电，进而产生巨大的峰值脉冲，进而对矿井仪器仪表造成读数误差等的影响。现如今，井下智能设备使用日益频繁，电磁污染已经成为了影响煤矿实现自动化生产的巨大阻碍。
2 煤矿井下电磁干扰产生的危害
首先，电磁干扰会产生电压波动，这种电压的波动会持续数个周期，井下变压器、绞车、大型水泵的使用等都会造成矿井电网电压的波动。煤矿电网电压的波动会导致井下仪器仪表测量产生误差，动作装置产生误动作甚至卡死等现象。电压下降是一种经常遇到的问题。其次，电磁干扰会产生突波，突波会使电网电压突然升高，并且会持续几个周期，例如，当井下的大型用电设备突然停止运转时，输电网络中的电压就会突然增高，形成突波，突波的形成会造成井下仪器仪表的记录数据出现乱码，甚至损坏井下仪器仪表。据统计，井下一半以上仪器仪表故障都是由于受到了突波的干扰；同时，电磁干扰会产生尖波，尖波的形成则主要是因为井下大型用电设备开关以及电弧放电所造成。尖波的电压平均为5kv，持续数0.3-4ms，尖波的危害很大，尖波不仅能够对井下仪器仪表造成干扰，而且能够破坏用电设备的输入滤波器；再者，电磁干扰会造成波形失真，矿用电压波形失真的主要原因是整流器、电子调速装备等的使用所造成的， 同时，二次电源本身也会造成波形的失真，矿用网络波形的失真不仅会造成井下高、低爆开关的误动作，同时会造成仪器仪表，例如瓦斯测量仪、一氧化碳测量仪等仪器的读数出现错误，并且，波形失真会干扰井下通信系统，影响中控室对井下人员命令的传达。最后，电磁干扰会产生接触网干扰，接触网干扰是指井下的岩层中产生的持续不断的脉冲群，接触网干扰产生的原因是井下运料的钢轨车在来回运送物料的时候钢轮与钢轨进行摩擦，产生无序的电流，这些电流在岩层中随机流散，进而对井下的仪器仪表产生脉冲干扰，导致井下仪器仪表读数不准确，严重时会造成仪器仪表的死机。
3 煤矿井下电磁干扰的解决方法
要解决电磁干扰就必须从三个因素入手: 首先，需要降低干扰度；再者，我们需要切断干扰源的传播；最后，我们可以想方设法去提高井下仪器仪表的抗干扰能力；由于井下环境复杂，同时一些电磁干扰源短期内无法根除，例如综采机产生的电磁干扰，因此本文从提高仪器仪表的抗电磁干扰度入手，进而提高井下仪器仪表的抗电磁干扰能力。根据以上电磁干扰的分析，提出以下四点解决方案。
3.1 加装电源滤波器
仪器仪表通过安装电源滤波器能够消除煤矿用电网络中产生的尖波和谐波。这种滤波器的是由线圈、电容等器件构成，亦可以说电源滤波器是由两个相互独立的低通滤波器所构成，这两个低通滤波器一个起着使共模干扰衰减的作用，一个起着使差模干扰衰减的作用，电源滤波器的特点是使仪器仪表避免差模和工模信号的干扰，最终保护井下仪器仪表的正常运转。为了能够保证电源滤波器起到良好的滤波效果，在安装的时候，需要将滤波器进行接地，
同时要保证接地的面积的大小，接地面积一般需和滤波器的外壳相等。滤波器的进线与出线要远离、不能交叉且要贴近金属隔板固定，交流与直流要分开；滤波器的出线到直流、交流转换模块输入端的连线要短并绞织，绞距不大于2cm，多余的要剪掉；滤波器地线要用导线引出至接地线端子，不能用外壳作接地引线；电源板和处理器采集板要分开布置，中间用金属板隔开，金属板要与滤波器外壳接地点保持良好接触。
3.2 加装磁珠
据统计，绝大多数电磁干扰是通过电源线传导的，电源线是电磁干扰出入电气设备的主要通道，也就是说，切断电源线这个干扰传输通道，就可解决大部分电磁干扰问题。磁珠由一些特殊材料合成，通常是采用铁镁合金或铁镍合金材料制成， 磁珠的制造工艺和机械性能与陶瓷相似， 其颜色为灰黑色，其等效电路为电感和电阻组成的串联电路。在高频段，磁珠具有电阻特性；在低频段，磁珠具有电感特性。电源线在穿过磁珠时，干扰的高次谐波分量被磁珠吸收并转换成热能耗散掉，低频谐波分量被反射，从而使干扰受到抑制。加装磁珠时需注意两方面，一方面是加装磁珠时，磁珠要加装在仪器仪表电源滤波器的输入端口，尽量使磁珠靠近电源接线的端子处；另一方面是加装磁珠时，磁珠外要套上热缩套，避免磁珠收到热胀冷缩的影响。
3.3 隔离技术
煤矿仪器仪表采用隔离技术，目的是将井下仪器仪表器件内部电路的输入单元、数据处理器和输出单元之间很好的隔离开来，避免各个单元所产生的电磁信号相互干扰，这样可以降低仪器仪表内部各功能模块的电磁干扰度，从而提高了仪器仪表的抗电磁干扰能力。
3.4 加装信号输入滤波器
这种滤波器内部由片式磁珠组成，片式磁珠是如今广泛采用的一种抗电磁干扰器件，片式磁珠具有高阻抗的性能，能够降低煤矿供电网络中的电磁信号对仪器仪表的电磁干扰，从而提高仪器仪表的抗电磁干扰性能。
4 结语
提高煤矿仪器仪表的电磁抗干扰度是煤矿安全生产的有力保障，本文从加装电源滤波器、加装磁珠、采用隔离技术和加装输入滤波器这几个方面论证了提高煤矿仪器仪表抗电磁干扰度的方法，并实际的运用中取得了很好的效果。总之，期望在不断提高检测设备的工作性能的基础上，确保我国煤矿的安全生产。
1．基本原理
非接触供电系统包括电能发送单元和电能接收单元两部分。电能发送单元主要由交直流电源电路、功率放大输出电路、驱动电路、振荡电路、基准电压电路、控制保护电路以及发射线圈L1（变压器初级）组成：电能接收单元主要包括接收线圈L2(变压器次级)、高频整流滤波电路和负载组成（如图1所示）。
非接触供电系统工作时输人端将交流市电经全桥整流电路变换成直流电，或用直流电端直接为系统供电，直流电通过振荡电路逆变转换成高频交流电经功率放大输出电路放大供给发射线圈L1。通过发射线圈L1与接收线圈L2耦合电能，接收线圈L2输出的电流经高频整流滤波电路变换成直流电提供给负载。
2.特性和缺陷
基于电磁感应原理的非接触供电技术，发射线圈和接收线圈必须有谐振频率一致的电磁共振，才能传输电能，而具有以下主要特性和缺陷：电磁共振以“电一磁一磁一电”的方式实现电能的传递，而且是一个开放的系统，必然存在着电磁辐射和能量的损耗，因此，近距离的实际效率很难超过80%．远距离的状态下，效率可能很低。因此，不符合节能的概念。
电磁能与距离的关系为电场强度与距离的二次方成反比，磁场强度与距离的四次方成反比。单纯的电磁共振是不可能长距离传输的。通常在1米处，效率不超过1%。因此，只能在近距离内使用，一般不超过10厘米。
电磁共振可以穿透非金属，却不能穿透金属。利用这个特性，可以制造出即时充电或即时供电的电器，在移动性、防水性和隔离性等方面有突出的表现，同样可以应用这个特性，来解决其自身的电磁干扰问题。选择一个适当供电频率使系统产生共振，则电能发射端的电磁波频段对正常的通信、广播没有干扰或干扰较小，对人体或其他生物不构成伤害，符合安全指标。
在几个厘米以内的近距离的电磁共振中，还存在着空振高压问题：接收电路在负载时的电压与空载时的电压相差悬殊，往往是数倍甚至是十倍以上，致使接收电路在空载时，由于电压的大幅度升高，将负载电路烧坏。是目前电磁共振的非接触供电技术难以实用的一个重要因素。
非接触供电技术在LED发光设备的应用
现有的LED发光标志牌、LED照明产品等，通常采用有线方式供电、充电。因而需要通过接口和导线进行有线方式供电、充电，需要在发光标志牌、照明设备上安装接口及导线，导致设备整体防水、防漏气性能低且不可靠。无法长期使用、安装、储存在恶劣的环境中，如水中、矿井中或者连续潮湿的环境中。
本文探究非接触供电技术应用于LED发光设备可行性，把非接触供电系统的电能接收端置入到LED发光设备内。选择适当的LED驱动技术，设计能进行非接触供电或充电的LED发光设备。该LED发光设备具有移动性、高度防水性、高度隔离性，适用于水下作业、矿井作业、抗洪救灾等特殊场所的安全标志牌与照明。
1．应用实例
1.1 LED发光标志牌
本文设计的非接触供电LED发光标志牌（如图2所示），它由内部非接触供电电能接收单元、充电电池、LED、LED驱动电路、系统控制电路、柔性电路板、外封装透明胶套构成。外部由非接触供电电能发送单元及电源构成。
(1)电能发送单元
VOX330MP05S和VOXRIOD是近距离下的非接触供电芯片组，解决了长期以来不能解决的空振高压问题，使输出电压基本维持在一个相对稳定的电压范围内。
VOX330MP05S是一款专门针对市电电源的非接触供电的大功率发射模块芯片，可以将市电整流后直接给芯片供电，工作电压范围大，最低可低至IOOV，最高电压至400V，具有高达1A的电流发射能力，典型工作电路（如图3所示）。lc内部建有振荡、基准电压、脉宽调制、限幅、低压启动、输出推动和功率输出等电路，完全符合电磁共振的特殊要求：VOx330MP05s自身功耗小，输出电流大，发射效率高达70%以上：芯片内设自动限流电路，电路在空载时电流很小，而在大负载时的输出能力可达空载时的十倍以上：VOX330MP05S外围电路简单，主要元件只有一个电阻、一个电容和~个线圈，因此使用方便。配合相应的接收模块同时使用，就能实现非接触供电。
(2)电能接收单元
VOXRIO是一款专门针对VOX系列的非接触供电发射模块设计的配套接收模块芯片，可以为接收电路提供一个相对稳定的中心电压。VOXRIO内部建有基准电压、限幅、低压启动、输出推动和功率输出等电路，完全符合电磁共振的特殊要求：而且自身功耗小，输出电流大，接收效率高达80%以上：芯片内设自动限压电路，电路在空载时电流很小。VOXRIO外围电路简单，主要元件只有一个电容、一个二极管和一个线圈，因此使用方便。
电能发送单元发射电磁波，内部电能接收单元接收该电磁波并转换为交流电后经整流滤波成直流电对电池进行充电。一个电能发送单元可以对多个内部电能接收单元发射电磁波进行充电。充电电池一般用锂电池，但锂电池稳定性较差，在有易燃易爆气体及物品的环境中采用镍氢等电池。
(3) LED电路
一个LED与一个电阻串联后组成一个基本单元，若干个基本单元之间可以采用串联、并联、混联的方式进行连接：多个LED以阵列的形式安装在一块平面上组成LED点阵屏，点阵屏有各种颜色，分为单色、双色、三色。把LED呈矩阵状均匀布满于柔性电路板上，可以排列组合成指标或警示性的图标发光显示。
LED控制电路采用微处理器控制电路，以遥控控制系统、触摸控制系统、轻触开关来控制系统实现，简单的可以直接用微型按钮开关控制电源。LED驱动电路可采用分立元件驱动电路、集成驱动电路。
(4)封装
外封装透明胶套用于保护整个非接触供电式LED发光标志牌的电路，把整个非接触供电LED发光标志牌电路牢靠包封在外封装透明胶套内，无任何接口，因此本文所述的非接触供电LED发光标志牌具有高度可靠的防水、防漏气性能。本标志牌还可以根据用户需要，制做成不同形状，进行单面、双面、多面发光显示。
1.2 LED矿灯
据有关资料统计，煤矿井下瓦斯爆炸事故有三分之一以上是矿灯故障引起的，这主要是由于矿灯所使用的白炽灯泡存在的缺陷所造成的。而LED矿灯解决了白炽灯泡的安全隐患，在煤矿上大量推广使用。LED矿灯在节能、安全性、易用性等方面与采用白炽灯的矿灯相比都有较大改进，但还存在着以下问题需要解决。
矿井下潮湿、多水、空气混浊、灰尘大．LED矿灯采用了镍氢电池或锂电池为电源．LED发光二极管为光源，这些元件一但进水、进入灰尘后就易损坏，甚至报废。闭锁螺丝受潮后会生锈，难以卸掉，须将螺栓废掉，浪费材料费和工时。充电接口经常进灰堵塞，尤其水泥进到充电接口凝固后就很难去掉，影响LED矿灯充电，严重的就可能报废。
本设计把电能接收端置入LED矿灯，用透明胶套把LED矿灯牢靠密封，采用非接触供电技术，就可以解决上述问题。提高了LED矿灯的使用寿命、防爆性能、抗静电性能，降低了LED矿灯的报废率，减少了维修量，增加了实用性和安全可靠系数。
2.系统分析与构成
对使用非接触供电技术的LED发光设备的设计，要从三个角度考虑完成系统的设计：一是从器件的选择、电路设计上尽可能的提高系统的效率：二是嵌入非接触式的RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)技术，实现ID认证机制，保证系统的安全：三是采用MCU(Micro Control Unit，微控制器)作核心的部分，产生驱动电路所需的振荡频率，同时也需要控制RFID组件与电能接收端进行信息交互。使供电端与用电端可以用一对一、一对多、多对一、多对多和网络分布方式供电。
系统由供电部分及工作部分组成（如图4所示）。供电部分由MCU和供电单元组成，MCU通过RFID发射单元检测负载位置的情况，当负载存在时，开通供电单元，进行供电。工作部分由MCU、与电能发送端相对应的RFID组件、LED单元、受电单元和充电电池组成，受电单元主要实现电能的接收，受电线圈接收电能，通过整流、滤波处理后向电池和LED单元供电。MCU的外围电路包括复位电路、参考电压电路、串口下载电路、电源与接地、按键、报警等。系统的人机对话界面，通过显示模块来实现。工作部分、供电部分、供电管理、按键、显示等功能都由MCU进行控制。
1 矿井供电系统的分类和等级划分
1.1 供电系统的分类 在满足电力用户对供电可靠性要求的同时，又照顾供电的经济性，这是合理的供电原则之一。无论在国民经济中还是煤矿企业中，不同的用电户对供电的可靠性要求不完全相同，因此通常将它们分为三类：一类负荷、二类负荷、三类负荷。
一类负荷：凡因突然中断供电会导致人身伤亡事故，或损坏重要设备且难以修复，或给国民经济带来很大损失者，均属于这一类。显然煤矿属于一类负荷。煤矿中的通风、排水、升降人员、抽放瓦斯、医院等也都属于一类负荷，又称保安负荷。因此是煤矿中最重要的用户，要求供电绝对可靠。为此，对这类用户的供电，必须设有备用电源和备用供电线路。
二类负荷：凡因突然中断供电会造成大量减产者。如煤矿中专门用于提升煤和物料的提升设备、压风机、井底车场、采区变电所等。
三类负荷：凡因突然中断供电对生产没有直接影响者。
1.2 供电电压等级的划分 目前，煤矿井下采用交流电电压等级有：6000V、1140V、660V、380V、127V、36V。
6000V—为矿区内高压配电电压或动力电压。
660V—为井下低压配电电压或动力电压。
1140V—为采煤机的专用电压。
127V—为井下照明、手持式电钻的电压。
36V—为控制电压，也叫安全电压。
直流电压有：250V或550V为井下架线电机车的电压。
2 井下电气设备的三大保护
2.1 过电流保护 过电流简称过流。凡是流过电气设备和电缆的电流超过了它们的额定电流。
电气设备和电缆出现过流后，一般会引起它们过流，严重时会将它烧毁，甚至引起电火灾和井下瓦斯、煤尘的爆炸。由此可见，电气设备和电缆的过流是一种不正常状态。井下常见的过流故障为短路、过负荷、断相三种。
2.1.1 短路 短路是指电流不经过负载，而是经过电阻很小的导体直接形成回路，其特点是电流很大，可达到额定电流的几倍、十几倍、几十倍，甚至更大。因为电流很大，发热剧烈，如不及时切除，不仅会迅速烧毁电气设备和电缆，甚至引起绝缘油和电缆着火酿成火灾，还会引起瓦斯、煤尘爆炸。
2.1.2 过负荷（过载） 过负荷不仅是指它们的电流超过了额定数值，而且过电流的延续时间也超过了允许的时间。
电气设备和电缆过流后，绝缘绕组和绝缘导体的电流密度增加，发热加剧。如果过流的延续时间很短，不超过允许的时间，电气设备和电缆的温度不会超过它们所用绝缘材料的最高允许温度，因而不会被烧毁，允许继续运行，这种情况称为允许的过载。但是，如果延续时间超过了允许的时间，电气设备和电缆的温度将升高到足以损坏它们的绝缘，如不及时切断电源，将会发展成漏电和短路故障，因此也要加以预防和保护。
引起电缆和电气设备过负荷的原因，主要有两个方面：一是电气设备和电缆的容量选择过小。另一个是对生产机械的错误操作，此外，电机的端电压过低或电机堵转时，将长期通过电机的启动电流，因而是最严重的过负荷。
2.1.3 断相 三相电源断一相或三相绕组断一相，称为断相或缺相、跑单相。
过流故障有如下的危害：①过流倍数较低时，引起电气设备和电缆的温升超限，缩短设备使用寿命。②过流倍数较高时，将导致电气设备烧毁，甚至引起火灾和瓦斯、煤尘爆炸事故。过流倍数很高时，会在电网上造成很大的压降，影响电网的正常运行。
过流保护的要求：必须有选择性、可靠性、动作迅速、经济合理。
2.2 漏电保护 电网的漏电又分为集中性和分散性漏电。集中性漏电是指在变压器中性点不接地的电网中，由于某处（或某点）的绝缘损伤而发生的漏电。分散性漏电则是由于整个电网或整条线路的绝缘水平降低，而沿整条线路或整个电网发生的漏电。
漏电的危害：①增加人身触电的危险；②增加引起瓦斯、煤尘爆炸的危险；③可能造成电雷管先期爆炸事故；④可能引起电火灾；
漏电保护的类型有漏电闭锁和漏电跳闸两种。
所谓漏电闭锁，是指在开关合闸之前对电网的绝缘电阻进行检测，如果电网的对地绝缘电阻值低于规定的漏电闭锁动作电阻值，则使开关不能合闸，起闭锁作用。其多装在用于直接控制和保护电机的磁力起动器上。漏电跳闸保护通常是由检漏保护装置配合自动开关来实现。
2.3 保护接地 保护接地就是把电气设备的金属外壳和框架，用导线与埋在地下的接地极连接起来的一种保护措施。
2.3.1 保护接地的作用：主要起着分流的作用，可以减少通过人体的电流和产生电火花的能量，从而避免人身触电事故和瓦斯、煤尘爆炸事故的发生。
2.3.2 保护接地网 从保护接地的原理可以得知，保护接地装置的保护作用是否可靠，关键在于是否能将它的电阻值降低到规定的范围以内。我们通常把单个电气设备的接地极称为局部接地极。在安装时也要采取一些措施来降低接地极的电阻。但仍往往降低不到需要的数值，使它满足规定的要求。因此为可靠地预防人身触电和瓦斯、煤尘爆炸事故的发生，对井下电气设备要求建立保护接地网。
3 安全用电常识
随着电气化程度的迅速提高，尽管井下设置了漏电保护和保护接地等保护措施来预防人身触电事故的发生，但触电事故还是时有发生。
3.1 造成触电事故的原因
3.1.1 保护装置人为或意外的失灵。有些人片面追求生产，忽视安全，人为的甩掉漏电保护装置，放松对漏电保护和保护接地装置的管理，使它们不能可靠地起到保护作用，造成触电事故的发生。
3.1.2 电机车架线引起人身触电事故。
3.1.3 临时性的用电设备，不按规定标准进行管理，易造成人身触电事故。
3.2 触电的危险
3.2.1 触电的危险和分类 人体触及裸露的带电导体或触及因绝缘损坏而带电的电气设备的外壳，都会引起人身触电事故。
触电对人体的危害一般分为电击和电伤两种情况。电击是指触电时电流通过人体的内部，破坏体内器官，多数情况会致人死亡，所以是最危险的。
电伤是指电流瞬时通过人体的某一局部，造成对人体外表器官的破坏。
3.2.2 触电危险的有关因素 电击对人体危害程度和以下主要因素有关：①电流的大小；②电流的种类；③电流通过人体的时间；④人身电阻；⑤接地电压；⑥电流通过人体的途径；⑦、人的生理状态；
3.3 预防触电的方法 一般措施：①防止人身接触或接近带电导体；②降低使用电压；③严格遵守各项安全用电作业制度；
3.4 触电后的急救 人触电后，首先应切断触电者的电源，使触电者与电源相脱离。脱离电源的方法很多，如拉掉开关、用绝缘物品将人身与电源拉开等。
0.引言
提升机在矿井中担负着升降人员、提升矿物、运送材料以及升降设备、工具等项任务，它是沟通矿井地面与井下的运输设备，是矿井的重要设备之一，对矿井生产起着非常关键的作用。
矿井提升机有交流拖动和直流拖动两种，是电力传动技术的典型应用。进入20世纪90年代，随着计算机控制技术和电力电子技术的飞速发展，在提升机拖动系统中，采用“电动机+可控硅变流+全数字调节+PLC控制+上位机监控”的全数字控制方式已成为一种发展趋势。提升机采用全数字控制技术具有如下优点：
（1）硬件结构简单，故障点少，可靠性高。
（2）可控精度高，工作稳定性好。
（3）故障自诊断能力强，大大降低了使用维护成本。
（4）具有较高的可购置性，扩展方便，运行灵活性高。
（5）可与其他系统联网，实现现代化管理。
（6）运行效率高，能耗低。
矿井提升机采用全数字控制技术，综合了电机、电力电子、自动化、计算机控制等多种学科，控制系统结构发生了很大变化，硬件大大简化，软件实现的功能不但越来越复杂，而且日新月异。下面结合益新矿2JK5×2.3绞车所用的直流ASCS系列PLC电控系统说说直流电控系统在绞车上的应用。
益新矿2JK5×2.3绞车原来所采用的JKMK/J型电控系统。高压电路采用仿苏CG5型换向器，转子调速10级交流接触器（CJ12-600A/380V）切换外加电阻，逻辑控制电路为继电器接触器组成的有触点逻辑系统。这种控制系统分立元件连接复杂，出事故不易查找，安全保护单线控制，后备保护不齐全，可靠性差，触点、触头空气氧化接触不良和电弧烧伤故障率高；转子调速性能差，冲击电流大，机械碰撞及磨损严重，同时缩短了电机减速器、接触器外加切换电阻等设备寿命；高压换向器绝缘老化，遇阴雨潮湿天气，短路放炮，严重威胁矿井提升安全。将这种电控系统进行改造已势在必行。
近年来，PLC可编程序控制器得到了惊人的发展，技术趋于成熟，性能优越可靠。老绞车经改造后，将老式电控改造为直流ASCS全数字调控电控系统，技术特点如下：
（1）高压电源开关，高压换向器真空化。高压换向器设置正、反之间，高低压之间机械电气闭锁，结构科学合理。真空化消弧特性好，绝缘状态高。高压换向器闭锁消除了高低压间、正反向间短路事故。
（2）转子调速回路，采用可控硅20级编码启动专利技术，一是实现无触点切换，避免触头拉弧烧损和噪音，二是启动特性曲线平滑，冲击电流小。
（3）低频电源装置，技术成熟，运行安全可靠。低频拖动平稳，减少了对装载、卸载系统装备的机械冲击。
（4）最新西门子S7-300型PLC控制器，取代原来的继电器接触器的有触点逻辑控制方式，实现数字程序化控制，简化了控制系统结构。设置双PLC实现了两线制保护。
（5）上位计算机显示提升机运行状况，各运行参数、保护状态直观明了，便于查找事故和维护，提升机实时监控运行。
（6）有扩展功能，可与局域网连接，实现网络化管理。
1.ASCS电控系统的结构特征
1.1 ASCS电控系统设备总体结构
ASCS系列电控设备总体结构包括：高低压配电、变压器、变流柜、PLC控制柜、全数字调节柜、操作台、监控系统等组成。
1.2 PLC柜结构及工作原理
1.2.1 PLC柜主要技术参数
（1）供电电源：一路为单相200VAC，另一路为三相380VAC。
（2）内含两台PLC，输入/输出信号为：
A、16路（可扩展）模拟量输入，电压范围±10V。
B、128路（可扩展）直流24V/0V开关量输入。
C、32路（可扩展）继电器输出（接点容量为220V，5V）。
D、8路（可扩展）模拟量输出，电压范围±10V。
1.2.2 PLC的原理
最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：
继电器控制装置采用硬逻辑并运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点在继电器控制线路的那个位置上都会立即同时动作。
PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该继电器的所有触点不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。
为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式：扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。
1.2.3 PLC柜的工作原理
PLC柜由2台PLC组成，采用SINMENS S7300。PLC通过输入模块接受外部的数字量/模拟量信号输入，PLC接受到这些输入信号后，将它们存放在CPU的输入存储区，CPU根据预先编好的程序，对输入信号进行运算、处理，其结果存放在CPU的输入存储区，然后将这些处理结果通过输出模块输出数字量/模拟量信号，控制继电器的得电/失电或指示灯的开熄，从而达到逻辑控制的目的。PLC用于逻辑控制时，其功能相当于多个无触点继电器的逻辑组合。PLC具有内部定时器及内部计数器功能，可以实现定时控制逻辑和脉冲计数。PLC软件采用STEP7程序设计语言编写，使用一根编程器和PLC，当程序编写完成后，通过编程口将程序下载到PLC的CPU RAM程序存储区中，则PLC可脱离编程器而独立运行CPU中的程序，以实现各种不同的控制目的。
2.ASCS辅助装置
2.1上位机监控系统
上位机用于监控提升系统的实时运行状态，即时反映故障发生情况，保存故障信息。它可显示罐笼位置、提升速度及速度图、高低压供电回路、液压制动系统和故障信息等画面。反映提升机所有的运行参数和运行状态以及故障类型和故障发生时间，使司机对提升机的运行状态一目了然，从而实现安全、高效地操作提升机。
该监控系统共设有7个主要画面，分别是：提升系统、高低压供电系统、液压制动系统、速度图、故障信息历史记录、电控系统原理图及欢迎画面。
2.2辅助装置
ASCS辅助装置主要是传感器件，具体有井筒开关、测速机、编码器等。
井筒开关：选用磁性非接触开关，分别设置在井筒中过卷、齐平、同步、减速点等位置。
测速机：选用与轴编码器一体化的进口产品，安装在驱动轮上或电机侧。
近年来，随着各种专用集成电路地不断涌现，单片机控制技术地快速普及，电动机产品也得到了不断更新，直流无刷电动机适应社会发展而产生。传统的直流电动机因为具有众多不足之处，比如：有机械摩擦和噪音、易于受无线电的干扰、造价比较昂贵、寿命较短、维修难度大等，所以应用的范围非常受限制。而直流无刷电动机是一种改进型的电动机，它具备了直流电动机和交流电动机双方的运行特性，适用的范围比传统的直流电动机要广泛许多。本文主要论述了直流无刷电动机在矿井通风机中的具体应用。
1 直流无刷电动机
直流无刷电动机简称为BLDC，它并非真正意义上的直流电动机。与有刷的电动机不同，直流无刷电动机是一种不依靠机械的电刷装置。它的基本运作原理是：在方波自控式永磁同步电动机的基础上，将霍尔传感器取代碳刷换向器，然后借用钕铁硼等材料制作出高质量的转子。无刷直流电机的转子由永磁体按一定的极对数组成，定子绕组一般分为三相、四相、五相不等，但只有一个电动机本体是无法工作的， 这是直流无刷电动机区别于其它电动机的一个特征。直流无刷电动机还需要相应的位置传感器和电子开关电路，当定子位置传感器将转子的位置变换为电信号后，控制电子开关电路，使定子各相绕组按一定次序通电（ 换相），就会使电机连续运转。与传统的直流电动机相比较，直流无刷电动机作业效率更高，效果更好。直流无刷电动机对于矿井通风机而言可谓是革命性的成功。
2 矿井通风机中的电气传动系统
在煤矿中，矿井通风是一件十分必要和不得不做的事情。矿井中的空气需要时常更换，必须保证有足够的清新空气流入，否则严重影响矿工的身体健康。矿井中的有些空气和粉尘甚至是有毒的，所以必须通过通风来加以排除。满足工作人员的基本需求，确保工作的安全，为旷工提供一个良好的工作环境，是一个煤矿必须要考虑和解决的事情。由此可见，矿井通风的重要性和必要性。为了使矿井下的气流能够沿着指定的线路流动和分配，必须建造引导控制风流的构筑物，即通风设施。在矿井通风设施中，电气传动系统占有重要的地位。
2.1 电气传动系统的组成
电气传动系统主要由三个部分构成，包括电源装置、电动机及控制装置。电源装置通常是采用由普通晶闸管或者可关断晶闸管等新型电子器件构成的变流装置，也可以采用电力电子的变流装置与交流母线的供电装置混合而成的电源装置。而其中的电动机一般是采用交流电动机。对于那些不采用电动机进行连续的速度调节的传动系统，常用交流母线供电装置作为电源装置，它与电气控制装置组成了电控系统。
2.2 电气传动系统的一般要求
煤矿中通常都设有通风机房，而在通风机房里一般设置有两套矿井通风机和传动电动机，相应设置的有两套独立的电控设备，分别用于工作和日后备用。矿井通风机的电气传动系统是确保矿井安全生产的关键性设备，所以必须保证电气传动系统的可靠性，同时能够实现经济运行。矿井通风机有其自身的特点，例如：负荷相对比较平稳、启动转矩相对较小等等，一般情况下会常使用母线供电和电气控制的交流电动机。而为了达到通风和节能两方面的目的，矿井通风时最好经过相应的经济和技术比较后，再来确定要运用的电气传动系统。
3 直流无刷电动机在矿井通风机中的应用
直流无刷电动机具有多相的定子绕组和由永久磁钢按一定的极对数组成的转子，定子绕组某相通电之后，电流会与转子的永久磁钢产生相互作用，出现转矩，达到驱动转子旋转的目的。位置传感器的功能是把转子的位置变成电信号，使定子绕组按一定的顺序来通电。直流无刷电动机主要由电子开关线路、电机本体和位置传感器三个部分构成。直流无刷电机调速系统有比较理想的转速调节性能和转矩控制能力，具有高效和高可靠性的优点，在电力推进领域发挥重要作用。实际上直流无刷电动机的组成部分有电动机的主体和驱动器的主体。三相对称星形接法是直流无刷电动机的定子绕组方式，和三项异步电动机比较，两者虽然有相似之处，但是也存在本质上的不同。对于直流无刷电动机，相关技术研究者已将冲过磁的永磁体粘附其上，然后在内部装置一部位置传感器，以达到检验直流无刷电动机的转子所蕴含的极性目的。直流无刷电动机的驱动机由功率电子器件和集成电路两部分构成。这两部分在矿井通风机的工作过程中发挥着非常重要的作用。主要作用如下：第一，控制直流无刷电动机的正常开启和停止，同时也能控制它的紧急制动，防止在关键时候直流无刷电动机影响矿井通风机的工作效率；第二，这两个器件的作用可以帮助位置传感器的信号的正确传播，连续产生高速度的转矩；第三，在接受速度指令的同时，还可以保证转速的正常调整和相关的控制；第四，在相关的集成电路上，可以保障矿井通风机运作频率的显示和相关的保护措施。
4 结束语
直流无刷电动机作为一种新型的电动机现已运用到社会各行业中，其自身具备的种种优点为很多工作带来了便利，得到了大家的充分肯定。直流无刷电动机克服了传统电动机的很多不足之处，有其突出的优势。与此同时也应明白传统的电动机也不是一无是处的，如果将直流无刷电动机与先前电动机完美结合，不仅能更好的发挥两者在作业中的作用，且可以促进各项工作的顺利开展。矿井通风机对煤矿而言十分重要，因此，直流无刷电动机在此方面有广阔的市场，当下，继续研究直流无刷电动机，将其运用于矿井通风中十分必要。
参考文献
[1]钱建中.直流无刷电动机及其控制[J].宁波职业技术学院学报，2004，8（1）：77-78
