起重機耦合感應電諧振頻率的自動跟蹤技術

林金鉗 蔡曦葵 林功成

（福建省特種設備檢驗研究院，福州 350003）

1 引言

對于在微波通信的傳播通道或在電臺發射塔附近工作的起重機，當起重機自身頻率與電磁輻射的頻率相等或其環形總長為最強輻射頻率的1/4波長或其奇數倍，在等價的諧振回路中便會產生異常感應電壓，使吊鉤產生帶電現象。這種因受到微波和電磁波的干擾而產生的高頻感應電，即使在起重機供電電源全部斷閘停電后，吊鉤上也“帶電”。吊鉤上感應電，對于作業人員來說容易造成心里恐懼，尤其對于在高處作業的人員來說，在沒有精神準備的情況下可能發生高空墜落等二次事故。對于設備來說，由于電流的趨膚效應在鋼絲繩中產生大量熱量，使鋼絲變脆產生斷絲甚至發生斷繩使吊重物墜落傷人等重大事故；其次吊鉤不斷加熱和停用降溫，造成鋼材的金屬組織發生變化，影響其強度和韌性，長時間使用將是安全事故的源頭。目前，國內對起重機高頻感應電處理方法進行了一定程度上的探索和研究。

2 起重機的耦合感應電形成的等效電路分析

從起重機整體結構及形狀來看，起重機可看作是由機身金屬框架組成的等效電阻（R）、曳引鋼絲繩繞組組成的等電感（L）和吊鉤對地等效電容（C）組成，所以就可把門式起重機看作是由分布電容、等效電感和電阻組成的等效RLC電路，如圖1（a）所示。而起重機金屬框架就相當于天線架，整個結構就可看成是個接收機的輸入回路，其整機的天線效應等效電路模型如圖1（b）所示，其中感應電動勢為來自于若干個不同電臺在空中發射的電磁波。

圖1 起重機整機等效電路模型

由起重機等效RLC電路模型，可得其等效阻抗由式表示，其中R=R1//R2。

由式（1）可得該電路的固有諧振頻率為

在工頻（f=50Hz）情況下，假設接地電阻的電感L=2μH，則,其值較小一般可忽略不計，以純電阻電路來處理；而在高頻（假設頻率f=30MHz）情況下，則所以高頻情況下其等效阻抗較大，不可忽略。故起重機接地測試良好甚至采取重復接地措施后仍不能去除高頻感應電問題。

3 基于搜索電流最大值的耦合感應電壓動態泄放電路

3.1 電流反饋式頻率自動跟蹤基本原理

在起重機上加裝一個靈敏度比較高的串聯諧振回路（圖2），通過改變電容和電感的大小從而改變電路的固有頻率，進而使其與發射塔的電磁波頻率相同，當LC串聯諧振電路發生諧振時，

圖2 諧振旁路泄放電路

3.2 自動跟蹤算法

圖3 跟蹤算法流程

設I是要搜索的目標，f是影響因素。首先將

3.3 電流反饋式頻率自動跟蹤的系統結構

基于搜索電流最大值的頻率自動跟蹤系統結構如圖4所示。安裝在串聯支路的電流傳感器LEM檢測數控LC陣的工作電流，經A/D轉換給微控制器,微控制器將即時電流值與上次檢測的電流值比較、判斷后，通過調整寄存器的值來改變驅動電路給數控LC陣的LC匹配值,使串聯支路匹配在電流較大時對應的頻率值，即基于搜索電流最大值的頻率跟蹤過程。

圖4 具有電流反饋式頻率跟蹤功能

4 結論

該系統采用全數字化電子器件工作，通過檢測、不斷搜索主回路電流最大時的頻率點，從而克服了一般頻率跟蹤系統反饋深度不易控制、電路參數難以調整的缺點。隨著現代控制算法和數字控制器件的發展，基于模糊控制的搜索電流最大值的電流反饋式頻率跟蹤技術也是一種可行的頻率智能跟蹤方案,由于模糊子集的劃分、隸屬函數的確定和控制規則等是由操作人員的經驗確定，需要通過實驗調整才能獲得最佳的控制效果，因此建立具有自適應能力的模糊控制器是今后工作中需要解決的問題。

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