起重机耦合感应电谐振频率的自动跟踪技术

林金钳 蔡曦葵 林功成

（福建省特种设备检验研究院，福州 350003）

1 引言

对于在微波通信的传播通道或在电台发射塔附近工作的起重机，当起重机自身频率与电磁辐射的频率相等或其环形总长为最强辐射频率的1/4波长或其奇数倍，在等价的谐振回路中便会产生异常感应电压，使吊钩产生带电现象。这种因受到微波和电磁波的干扰而产生的高频感应电，即使在起重机供电电源全部断闸停电后，吊钩上也“带电”。吊钩上感应电，对于作业人员来说容易造成心里恐惧，尤其对于在高处作业的人员来说，在没有精神准备的情况下可能发生高空坠落等二次事故。对于设备来说，由于电流的趋肤效应在钢丝绳中产生大量热量，使钢丝变脆产生断丝甚至发生断绳使吊重物坠落伤人等重大事故；其次吊钩不断加热和停用降温，造成钢材的金属组织发生变化，影响其强度和韧性，长时间使用将是安全事故的源头。目前，国内对起重机高频感应电处理方法进行了一定程度上的探索和研究。

2 起重机的耦合感应电形成的等效电路分析

从起重机整体结构及形状来看，起重机可看作是由机身金属框架组成的等效电阻（R）、曳引钢丝绳绕组组成的等电感（L）和吊钩对地等效电容（C）组成，所以就可把门式起重机看作是由分布电容、等效电感和电阻组成的等效RLC电路，如图1（a）所示。而起重机金属框架就相当于天线架，整个结构就可看成是个接收机的输入回路，其整机的天线效应等效电路模型如图1（b）所示，其中感应电动势为来自于若干个不同电台在空中发射的电磁波。

图1 起重机整机等效电路模型

由起重机等效RLC电路模型，可得其等效阻抗由式表示，其中R=R1//R2。

由式（1）可得该电路的固有谐振频率为

在工频（f=50Hz）情况下，假设接地电阻的电感L=2μH，则,其值较小一般可忽略不计，以纯电阻电路来处理；而在高频（假设频率f=30MHz）情况下，则所以高频情况下其等效阻抗较大，不可忽略。故起重机接地测试良好甚至采取重复接地措施后仍不能去除高频感应电问题。

3 基于搜索电流最大值的耦合感应电压动态泄放电路

3.1 电流反馈式频率自动跟踪基本原理

在起重机上加装一个灵敏度比较高的串联谐振回路（图2），通过改变电容和电感的大小从而改变电路的固有频率，进而使其与发射塔的电磁波频率相同，当LC串联谐振电路发生谐振时，

图2 谐振旁路泄放电路

3.2 自动跟踪算法

图3 跟踪算法流程

设I是要搜索的目标，f是影响因素。首先将

3.3 电流反馈式频率自动跟踪的系统结构

基于搜索电流最大值的频率自动跟踪系统结构如图4所示。安装在串联支路的电流传感器LEM检测数控LC阵的工作电流，经A/D转换给微控制器,微控制器将即时电流值与上次检测的电流值比较、判断后，通过调整寄存器的值来改变驱动电路给数控LC阵的LC匹配值,使串联支路匹配在电流较大时对应的频率值，即基于搜索电流最大值的频率跟踪过程。

图4 具有电流反馈式频率跟踪功能

4 结论

该系统采用全数字化电子器件工作，通过检测、不断搜索主回路电流最大时的频率点，从而克服了一般频率跟踪系统反馈深度不易控制、电路参数难以调整的缺点。随着现代控制算法和数字控制器件的发展，基于模糊控制的搜索电流最大值的电流反馈式频率跟踪技术也是一种可行的频率智能跟踪方案,由于模糊子集的划分、隶属函数的确定和控制规则等是由操作人员的经验确定，需要通过实验调整才能获得最佳的控制效果，因此建立具有自适应能力的模糊控制器是今后工作中需要解决的问题。

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