短路限制器（共7篇）
短路限制器 篇1
0 引言
统一潮流控制器(UPFC)[1,2]是目前公认的综合性能最为强大的柔性交流输电系统(FACTS)装置。当前有关UPFC的研究主要集中在其潮流控制策略[3,4,5,6]、对电力系统各种动态性能的改善[7,8,9]、工程应用[10,11]及其衍生装置[12,13,14]等方面。
但现有的研究忽视了如下重要问题:当其安装点附近发生短路故障时,UPFC串联变换器必须有能力承受系统高电压和巨大短路电流的冲击[15],否则会在极短时间内被烧毁。在现有技术水平下,组成UPFC主电路的全控型电力电子器件,如绝缘栅双极晶体管(IGBT)、门极可关断晶闸管(GTO)等的电压和电流过载能力有限且造价昂贵,因此以系统短路时的电压和短路电流水平为依据来选择UPFC的器件等级显然是不经济也不现实的。
截至目前,国内外关于UPFC应对短路电流的理论研究仅见于文献[16-17]。文献[16]采用零输出控制法,在短路后令UPFC输出电压为0,靠串联耦合变压器漏抗来限制短路电流。文献[17]将一个限流电抗和串联变换器串联,稳态时变换器输出容性电压来抵消限流电抗的感性电压,而故障后则输出一个感性电压和限流电抗一起起到限流作用。但这2种方法存在诸多缺陷。首先,正常运行时UPFC必须输出一定的电压来抵消串联耦合变压器漏抗(或限流电抗)上的压降,这对UPFC的稳态补偿能力是一个损失,而从限流的角度又希望漏抗(或限流电抗)不能太小,因此UPFC的稳态补偿能力和故障限流能力之间存在矛盾。其次,故障后需要由控制器控制UPFC动作来限流而非自动限流,实际应用中控制系统检测和判断短路故障会存在延时,极大的暂态短路电流很可能使开关器件(IGBT,GTO等)在限流之前就已被烧毁。最后,限流时UPFC必须处于运行状态直至继电保护装置将故障断开,这段时间内开关器件一直工作在高开关频率、高电压和很大的稳态短路电流条件下,同样会被烧毁。
本文提出了一种新型FACTS装置——具有短路限流功能的统一潮流控制器(简称限流式UPFC或UPFC-FCL)。它由UPFC和限流器(FCL)2个模块通过串联耦合变压器连接组成。电网正常运行状态下,整个装置等效为常规UPFC模式对线路潮流进行调节;当电网在装置安装点附近发生短路故障时,限流器模块能够立即自动变为高阻抗状态插入系统回路中,从而有效地保护了UPFC串联变换器不受系统高电压和大短路电流的冲击而损毁。
1 限流式UPFC的拓扑结构和工作原理
1.1 拓扑结构
限流式UPFC的主电路拓扑结构如图1所示。它由UPFC、限流器2个模块及串、并联变压器等组成。图中,MOA为金属氧化物避雷器。UPFC模块的结构与常规的UPFC相同,在此不再赘述。限流器模块采用三相桥式固态限流器[18,19,20,21,22]结构。2个模块通过串联耦合变压器连接在一起,串联变压器原边串联接入电网输电线路,副边的一端连接UPFC模块串联变换器的交流输出端,另一端(中性点端)连接限流器模块的三相整流桥交流输入端。
1.2 工作原理
限流式UPFC正常运行(电网无故障)时,其限流器模块中的晶闸管T1至T8的触发脉冲常加。装置经启动进入稳态后,限流器直流侧电感电流id被充磁至系统交流电流的峰值并保持恒定(忽略电阻)。稳态工作过程中,同一相桥臂上、下2个晶闸管交替工作180°电角度,任一时刻晶闸管T1至T6中有3个处于导通状态,直流电感电流与交流电流的差值由续流管(T7和T8)续流。由于续流管的导通,三相整流桥的直流侧被短接,亦即限流器交流侧3个端子等效为短接,整个限流器模块呈现零阻抗,装置等效为常规UPFC进行电压补偿和潮流调节。
当因装置启动、停机、潮流调节等原因致使线路电流发生变化时,限流器模块直流电感(电感值为Ld)会短暂地串入变压器副边回路进行充放电,经过几个周期的暂态过程后,id将重新稳定于线路电流峰值处。因此,在正常运行(电网无故障)情况下,限流器模块仅在系统电流发生变化时产生短暂的暂态过程(直流电感充放电调整),其余时刻均处于零阻抗状态,不会影响UPFC模块正常功能的发挥及电力系统的正常运行。
当装置安装点附近(图1中的节点2)发生短路故障时,全部或大部分系统电源电压突然施加到串联变压器的原边绕组并耦合到副边绕组,导致限流器模块直流侧电压ud突然增大,迫使续流管T7和T8因承受反向电压而关断(退出续流),直流电感立即自动串联接入串联变压器副边回路,进而耦合到原边线路以限制短路电流及其上升率。与此同时,当装置控制系统检测并确认故障后,立即封锁UPFC串联变换器和限流器模块整流桥的触发脉冲,使它们退出运行,20 ms(1个周期)内串联变压器副边的短路电流将自动切断[18,19,20,21,22],等效为开路。
由上述分析可知,系统发生短路故障后,限流器模块能自动(无延时)从零阻抗转变为高阻抗串联接入回路内,承受系统的高电压并进行限流。UPFC模块在短路时由于其直流侧大电容的电压钳位作用不承担高电压,流过其中的短路电流也已经过限流(远小于无限流措施时的短路电流),因此无需大容量设计,只要保证在其流过短路电流的时间(最多20ms)内的i2t值不超过IGBT模块的安全限度即可。引入限流技术后该条件是容易满足的,这就大大降低了UPFC的设计容量和原件成本。而现今基于晶闸管的限流器模块的电压、电流耐受水平要远高于基于IGBT的UPFC模块,而且成本上也更为低廉。因此,整个装置在技术和经济性上都具有很大的优势,不仅保护了UPFC串联侧IGBT模块,使其免受高电压和大电流的冲击而损坏,而且有效解决了UPFC在系统中推广应用所面临的短路电流问题,并降低了系统的短路电流水平,为系统安全稳定运行提供了可靠的保证。
2 限流式UPFC的控制策略
2.1 正常运行控制策略
电网正常运行(无短路故障)时,限流器模块的控制仅仅是给晶闸管T1至T8常加触发脉冲使其等效为零阻抗状态即可,而UPFC模块的控制与常规UPFC完全一样。可见,限流器模块的加入并未增加控制的复杂度。本文对UPFC模块并联变换器的控制采用电压、电流双环比例—积分(PI)控制结构[23],如图2所示。
在交叉解耦PI控制策略[3,24]的基础上,对UPFC模块串联变换器的控制策略进行改进。根据瞬时功率理论可得线路潮流为:
若串联耦合变压器的变比为n,即i2∶i=n∶1,则根据式(1)可由线路潮流指令计算出串联变换器输出电流指令为:
串联变换器的控制模型如图3所示。
2.2 短路限流控制策略
装置安装点附近发生短路故障时,限流器模块立即转变为高阻抗,直流电感自动串联接入故障回路中限制短路电流初始值及其上升率;当系统检测确认短路故障后,立刻采取如下控制动作。
1)封锁UPFC串联变换器的PWM触发脉冲,使开关器件IGBT退出运行。通常,IGBT模块本身具有过流封锁脉冲的功能,因此当短路电流上升至某一阈值时,IGBT即已自动关断。
2)封锁限流器模块所有晶闸管T1至T8的触发脉冲。由于晶闸管是半控型器件,已经导通的管子将继续导通,在直流侧电压ud由正变负后,桥路由整流状态进入逆变状态,将部分电感能量返回给电网,串联变压器副边的短路电流id不断减小。在适当时刻重新触发晶闸管T7和T8导通,为id提供续流回路,这时晶闸管T1至T6组成的整流桥路会自动关断,串联变压器副边侧等效为开路,流经UPFC的短路电流被彻底切断。上述切断短路电流的控制方法可以称为逆变续流混合瞬断模式[20],该方法简单、可靠,具有很强的实用价值。
3 仿真验证
为了验证所设计的限流式UPFC的有效性,采用PSCAD/EMTDC软件对其进行了建模和仿真。系统结构如图1所示,相关参数如下:系统发送和接收端的线电压为10kV;系统两端电压相角差为0°;并联变压器采用Y,d连接,变比为20∶1;串联变压器采用Y,y连接,变比为1∶1;系统线路等效电感为0.8 mH;UPFC并联侧滤波电感为0.24 mH;UPFC串联侧滤波电感为0.16 mH;直流电容为10mF;直流电压为1.1 kV;直流限流电感为10mH。
3.1 正常运行潮流调节仿真
系统线路(节点2处)潮流初始运行点处P和Q均为0,t=2s时,P和Q的控制指令阶跃变为8 MW和6 Mvar,响应过程如图4所示。
由图4可以看出,限流式UPFC调节潮流的响应过程快速、平稳,仅直流电压有一个微小的跌落,但迅速恢复原值,限流器模块的直流电感经过约5个周期的充电调整后进入稳态运行点,对UPFC模块调节潮流的功能没有不利影响。
3.2 短路限流仿真
系统线路正常稳态电流为1kA,功率因数cosφ=1。t=2s时,节点2处发生三相短路故障,0.1s后故障切除,短路点对地电阻为0.01Ω。
系统安装常规UPFC而无任何短路保护措施情况下的短路电流波形如图5所示。其最大峰值超过了150kA(此数值与串联变压器漏抗和短路点对地电阻有关),显然如此大的短路电流对电网及UPFC都将带来巨大的冲击和毁坏。
系统改为安装本文提出的限流式UPFC时,短路前后的电压和电流波形如图6所示。
图6可以清晰地印证1.2节所述的工作原理。短路前,直流电感电压基本为0,限流器模块等效为零阻抗;短路后,直流电感承受了系统的大部分电压,限流器自动转变为高阻抗插入系统回路中,将id的峰值抑制在6.3kA左右(此数值与短路时刻、故障判断时间和直流限流电感有关),此后ud由正变负,整流桥工作在逆变状态将电感能量返回给电网,id逐渐减小,直至t1时刻触发续流管T7和T8导通,使id转移至其中续流衰减,限流器模块整流桥晶闸管T1至T6断开,系统及流经UPFC的短路电流都被彻底切断,整个过程不超过20ms。
4 结语
本文提出的限流式UPFC具有以下特点。
1)电网正常运行时,限流器模块呈现零阻抗,装置等效为常规UPFC对系统进行综合补偿。
2)电网(装置安装点附近)发生短路时,限流器模块会自动转变为高阻抗串联接入线路中,将系统及流经UPFC的短路电流限制到合理水平以下,并在一个周期内切断短路电流,避免了UPFC受系统高电压和大短路电流冲击而损坏的危险,具有很强实用价值。
3)本文中提出的限流式UPFC拓扑在有效保护造价昂贵的UPFC的同时,还能有效降低系统短路电流水平,使之免去开关更换或联络母线被迫分裂等被动局面,增加了系统的安全性和可靠性,能给电力系统带来较大综合经济效益。
摘要：统一潮流控制器(UPFC)在电力系统发生短路故障时,其串联变换器极有可能因承受系统高电压和大电流的冲击而损毁。针对该问题,提出了一种新型柔性交流输电系统装置——具有短路限流功能的统一潮流控制器(简称限流式UPFC),给出了其主电路拓扑结构、工作原理和控制策略。PSCAD/EMTDC软件的建模和仿真结果表明,在电网正常运行状态下,该装置特性等效为常规UPFC;当电网在装置安装点附近发生短路故障时,装置中的限流器模块能立即自动从零阻抗转变为高阻抗,将系统及流经UPFC的短路电流限制到较低数值,保护了UPFC免受系统高电压和大短路电流的冲击,同时也降低了系统的短路电流水平,增加了系统的可靠性和经济性。
关键词：统一潮流控制器,柔性交流输电系统,电力系统,短路,故障限流
短路限制器 篇2
1新型短路限流装置
材料科学和计算机科学的飞速发展促成了短路限流装置研发水平的飞跃,根据构成原理,短路限流装置可分为多类,其中固态短路限流装置和超导短路限流装置是国内学者研究最多的对象。
1.1超导短路限流装置
一般来说,超导短路限流装置可分为两大类:失超型和非失超型,判断依据源于它们的失超特性。两者不同之处在于:失超型是通过内部参数的临界变化,由无阻态转变为高阻态来限定短路电流水平,非失超型则是通过调控超导线圈及相关电子元件运行模式来达到这一目的。
图1为一种饱和型超导限流器,属于超导短路限流装置分类中的第二类。如图所示,左右核心部分内含两块铁心,上部分用交流线圈缠绕,下部分用直流绕圈缠绕,并选择一个合适的直流偏置电源与下部线圈组成回路。当上部线圈有额定交流电流通过时,两块铁心会进入到一种深度饱和状态,若此条回路偶然出现故障,或是说短路电流水平突然增高,两块铁心中交流线圈所产的磁动势在数值上会因突然增高的短路电流相似于直流磁动势,与故障前相比,此时工作状态中的铁心会退出深度饱和状态,从而整个限流装置会从无阻态自动进入到高阻态,进而达到限制短路电流的目的。
1.2固态短路限流装置
1.2.1固态短路限流装置原理
近年来,固态短路限流装置日趋完善,它不仅拥有操作简单的特点,而且能够满足系统快速处理的需求,是一种优良的短路限流处理装置。图2为固态限流器原理示意图。
图中最上方的元件称为氧化锌避雷器,然后限制电流阻抗和一套GTO开关与之并联,无故障发生时,GTO开关处于闭合状况,供电正常进行。当供电系统出现短路故障时,此固态短路限流装置原理能起到两方面的作用:一是限定短路电路,在短路电流威胁到整个供电系统稳定时,GTO开关能迅速断开,限制电流阻抗发挥作用并产生很大的电流阻抗;二是保护电压,电流被限制后,由欧姆定理可推导电压上升,注意到图中上部分氧化锌避雷器,当电路电压接近避雷器动作电压时,电容会主动吸收电流,从而控制电压的上升。这些动作都是在几十微秒内完成的。此外,该装置还有一个特点,当电流恢复到平常水平后,GTO开关能够自动闭合,供电系统恢复作业,这样就实现了固态短路限流装置自动化控制。
1.2.2新型桥式固态短路限流装置
新型桥式固态短路限流装置作为固态短路限流装置的一种,实际上是由两部分构成,即一般限流电感和SCR全控桥。新型桥式固态短路限流装置按电路相位可分三相和单项式,三项式用途更为广泛。
新型桥式固态短路限流装置具有如下特点:①结构紧凑,因而能够节省晶闸管的数目;②该装置限流电感有效阻抗不随尺寸大小变化而变化;③限流电抗在短路故障中能够迅速发挥作用,促使电流回复到设定的正常水平,并且能够准确分析故障位置和故障类型;④采取措施后能够有效地配合保护继电。
2桥式固态短路限流装置应用讨论
2.1限流装置安装地点讨论
一般来说,限流装置安装应考虑两方面的因素:一是什么位置可充分发挥其效能,二是如何与继电保护相辅相成。根据现场经验并结合以上因素,该装置能部署在三种可能位置,即母线联络处、电缆线路始端及发电机组高压出线端。
(1)母线联络处。将限流装置安装于此处可避免母线分段接线带来的功率配送不合理的不利影响,供电正常时,母线联络处的并列变压器可决定负荷合理分配,供电系统某变压器出线发生短路故障时,限流装置能够提供足够的阻抗来阻止并联线路上的变压器电流汇集,从而保证供电正常。
(2)电缆线路始端。6k V~10k V的电力供应使电阻器处能耗损失过大,而且会导致短路故障前后电压波动。在此处安装限流装置,由于正常情况阻抗为零,所以不会引起功率损耗。因为其控制方式灵活,电流值极易被调节在设定水平内。
(3)发电机组高压出线端。当固态限流器安装在与发电机-变压器组出口时,可以缓解因高压输电线路上发生短路故障而诱发的暂态过程,提高系统的暂态稳定能力。
2.2限流装置、继电保护装置配合问题
因为限流装置能够在故障期间排除对阻抗测量的干扰,因而能够配合继电保护。发生短路故障时,限流影响的电抗分量并不会像串联电容那样造成电压极性改变,所以,限流装置会影响继电距离保护,而不会影响继电保护装置的正常运行。
此外,短路限流总是先于继电保护,为了使两个过程合理衔接,应该将继电保护手段和限流水平纳入配合问题的考虑范围内。
总之,桥式固态短路限流装置能够实现灵活、快速处理,在多方面体现其优越性,它不仅能从多方位调动多目标协调合作,而且能实现对电网的具体环境分析,以促进实际生产。
2.3限流器谐波问题
在矿山供电过程中谐波的危害性是不可忽视的,它一方面能加大电网、电器的能源损耗,另一方面会缩短元件使用寿命,干扰系统信息源。此外,它还会造成电机共振,产生的噪音污染严重威胁到人们的生命财产安全。
桥式固态短路限流装置其组成部分也是电子元件,也就不可避免地造成谐波危害问题。
依据现场经验,限流电感处于工作状态时会消耗能量,会通过电感的电流变化,从而引起负载电波波动,即谐波问题。
既然谐波会造成如此大的危害,那么就需要采取有效的措施来抑制谐波问题。一种方法是设法减小限流电感导线的阻抗和晶闸管的导通压降,另一种方法是增设一可控充磁电路,这也是解决问题的根本方法,此新电路可控制限流电感的通过电流,从而使通过电流始终高于限流装置外部电流负荷值,限流电感消耗的能量减小的同时,谐波问题随之消失。当然,这些只是理论分析,在工程实际应用中还要进一步分析其可行性。
2.4影响电网稳定性
限流装置是否对电网暂态稳定性有影响取决于并联发电机是否能够保持同步运行。经研究表明,因限流装置能够迅速限定短路电流的缘故,加之CTO开关能够在短路电流恢复正常后迅速合闸,限流装置对整个供电网络影响较小。
除此之外,三相式限流装置限定短路电流后,电压会因此回落,整个供电系统迅速恢复作业,防止了突发事故的进一步发生。晶闸管能够根据电路电流合理做出反应,使得电感电流的续流方式不会造成电路谐波问题,这也是桥式固态短路限流装置的一个优势体现。
3总结
研究表明,桥式固态短路限流装置能够很好地解决短路故障限流问题,维持矿山供电系统稳定。因此,应用前景广阔。但限流特性并不是唯一应该考虑的因素。目前,新型限流装置成本相对较高,可以采取系统优化和提高组成元件耐用性的措施来更好地服务于限流装置应用研究。
参考文献
[1]韩柳,等.电网短路电流的限制措施[J].电力技术经济,2009,03.
[2]江道灼,等.短路限流技术的研究与发展[J].电力系统及其自动化学报,2007,03.
短路限制器 篇3
三相四线制静止式中频电源通常情况下都挂接多负载运行，其中某些负载对电力中断和电能质量非常敏感，一般在工作时不允许断电或断电允许时间较短，因此，当静止式中频电源发生短路故障时，要尽可能小范围切除故障点，保证尽快恢复供电[1,2,3]。另外，三相四线制静止式中频电源主电路主要由电力电子器件组成，电力电子器件在过流时极易损坏[4,5]。因此，负载发生短路故障时，必须限制开关器件的电流在允许范围内。
在中频供电系统发生短路故障时，为实现上述功能，静止式中频电源需要解决两个问题：(1)短路瞬态：尽可能快地切断短路支路，短路瞬间，抑制快速上升的短路电流，不超过IGBT过流保护值；(2)短路稳态：在短路故障期内，维持规定的短路电流值。
现有逆变器短路保护主要有两种方法[6,7,8,9]:(1开关器件保护电路检测到短路故障，关闭驱动信号，设备停机；(2)程序检测到瞬时过流，关闭驱动信号，设备停机。上述两种方法不能抑制短路瞬间快速上升的短路电流，且会造成负载供电断续。文献[10]提出了一种串联型短路限流控制器，该控制器是将逆变器与短路限流电抗器串联在一起，当发生短路时，将逆变器切出，使短路限流电抗器工作。该方法实际上已经改变了电路结构，这对于需要组网运行的静止式中频电源显然不适合[11,12,13]。
本文在对传统短路限流保护加以改进的基础上，深入研究了一种软硬件协同控制的短路限流保护方法。该方法运用固态断路器过零点瞬时关断的能力，并结合短路时切换为恒流源控制的手段，克服了电力电子设备瞬时过载能力弱的缺点，实验结果证明该方法的正确性和有效性。
1 三相四线制静止式中频电源拓扑
图1为三相四线制静止式中频电源主电路拓扑结构。图中虚线部分为整流环节，对于不同的应用场合，整流环节可以采用不控整流、PWM高频整流或者省去(直流区域配电)，对于输出来讲，只要直流电压UI确定，该环节不影响输出控制，可以忽略。图1中：RA、RB和RC为各相变压器等效电阻；LA、LB和LC为各相变压器等效漏电感；CA、CB和CC为滤波电容；ILA、ILB和ILC为三相电感电流；IAN、IBN和ICN为三相输出电流；UAN、UBN和UCN为三相输出电压；UTA、UTB和UTC为三相PWM输出电压。
如图2所示，静止式中频电源在某一路负载发生短路时，必须仍保证其他负载的供电连续性。由于静止式中频电源为三相四线制，其相间阻抗为相地阻抗的两倍，而线电压UAB、UBC、UCA不到相电压UAN、UBN、UCN的两倍，则相地短路较为严酷，因此，以下研究均以相地短路展开。
2 软硬件协同控制的短路限流保护分析
2.1 硬件短路限流保护
本文研究了一种基于固态断路器的短路限流保护控制方法。晶闸管型固态开关即固态断路器，其控制方式采用TTL触发电平，触发电平由专门的DSP控制器来控制。当支路发生过流或短路情况时，控制器中的比较器将保护信号通知DSP，由DSP给出低电平指令使固态断路器分断。固态断路器中的晶闸管采用过零点分断，理论分断时间为零，较机械断路器分断时间大为提高。
图3为固态断路器实物及过流保护波形。图中断路器支路电流为600 A,IY设定值亦为600 A，实验中设定延时等待500 ms，固态断路器在过零点处有效分断。
2.2 软件短路限流保护
软件限流保护实际上是将电流反馈值IO与过流保护值进行比较，将过流保护值分为器件最大允许过流值IM及稳态短路限流值IH，其中IM>IH。当IO>IM时，关闭驱动脉冲信号，输出停止。为了抑制短路电流的快速上升，采用短路限流值及短路电流瞬态变化率双重判断条件，只要短路电流满足任何一个判断条件，电源迅速进入恒流源输出模式。假设系统的采样频率为fs，输出电流额定值为IAsin2πf0t，频率为f0，则输出电流一个周期内的采样点数为
一个周期内输出电流在离散域的瞬态变化量ΔII可表示为
式中，k=0～PP。
若采用三角函数表示，则
电流瞬态变化的最大值可表示为
当发生短路情况时，输出电流瞬态变化的最大值为
对于静止式中频电源系统而言fs=10 kHz,f0=400 Hz，则PP=25，因此
当IH<IO<IM或△II>△IHmax时，电流环参考保持Iref=IH，进入恒流源输出模式；当短路故障切除后，Iref恢复为实际计算值。图4为基于限流保护的软件控制框图，图中限流控制环节加在电压控制环之后，即将电压环计算出的电流参考值进行有条件的屏蔽，当电流反馈值大于最大允许过流值，则由限流控制器直接给SPWM下达封锁脉冲指令。其中GPRV为电压环控制器，GPRI为电流环控制器[14]。
根据文献[15]要求，静止式中频电源单机过载能力必须满足带200%额定负载运行10 s，假设此时电流值为IY，且IY<IH。在此基础上可得基于固态断路器的软硬件协同控制的短路限流保护功能流程如图5所示。与前述软件限流保护的主要区别为：当IH<IO<IM或△II>△IHmax时，控制方式切换为恒流源模式的同时，DSP给固态断路器下达低电平分断指令；当IY≤IO<IH，延时等待10 s，分断固态断路器。
3 实验结果
为了验证软硬件协同控制的短路限流保护方法的正确性，在100 kVA三相四线制静止式中频电源样机上进行了实验。图6为三相四线制静止式中频电源带三路负载运行，其中一路发生短路故障，除断路器外无过流保护时，短路支路电流及电源输出电压、电流波形。从图中可以看出，短路发生后，短路电流上升较快，最大峰值电流将近1 800 A，输出电压由115 V跌落至50 V，电源输出电流迅速上升，短路支路断路器经12 ms分断。由于短路发生的暂态过程中电流环控制器出现饱和状态，导致故障切除后控制器调节失败，输出电压出现持续性的畸变，最终在软件过压保护下停机，造成其余负载的供电断续。
图7为三相四线制静止式中频电源运行时A相负载突然对地短路保护过程，程序设定IH为1 200A。图7(a)中采用基于机械断路器的短路限流保护控制，图中上半部分分别为断路器支路电流IS、电源输出电压UO及电流IO的包络，下半部分为其短路保护过程区域的放大波形。从图中可以看出，当短路故障发生后，IS达1 500 A,IO以参考电流1 200A进入恒流源控制模式直到断路器分断。在此过程中输出电压UO跌落至55 V，当断路器经12 ms分断后，UO和IO经约30 ms的调节时间进入正常的稳态运行模式，电压恢复至115 V。图7(b)中采用基于固态断路器的短路限流保护控制，从图中可以看出短路故障期间恒流源模式极短，UO跌落至60V，固态断路器经1 ms左右分断(主要由于采样及比较器计算延时造成)，UO经约28 ms的调节时间进入稳态运行模式，电压恢复至115 V。对比图7(a)和7(b)可以看出，由于固态断路器分断时间大大缩短，UO跌落时间较短，减少了对于其他负载的影响，同时从短路支路电流波形可以看出，固态断路器为即时分断，而机械断路器分断具有拉弧现象。
4 结论
智能起重机超载限制器 篇4
近年来,工矿企业、施工现场经常发生工伤事故,其中有很多是由于起重机和行车引起的烧毁电机、钢绳裂断等事故,因而对起重机和行车加装超载限制器势在必行。
智能起重机超载限制器主要用于对工矿企业和施工现场的起重机、行车进行超载限制,它能有效地进行劳动保护,避免工伤事故的发生。
当起重机超载限制器工作时,若起重机承受物体在额定值的90%以内,则该限制器能显示物体的实际重量;若物体的重量超过额定值的90%但在105%以内,该限制器在显示重物实际重量的同时发出声光预警信号;若物体的重量达到或超过额定值的105%,该限制器将发出报警信号,同时自动切断起重机电源。该限制器还能自动记录超载次数,供劳动部门检查。
2 总体方案
根据上述介绍的工作原理和技术要求,可知该应用系统实际上是一个典型的数据采集与控制系统,数据采集的对象是一路压力(拉力),故选用压力(拉力)传感器进行物理量的测量,控制对象是断电及报警装置,故选用继电器及声响电路进行断电及报警。
2.1 硬件设计
硬件电路如图1所示,模拟信号放大部分选用运算放大器OP07,A/D转换器选用MC14433,系统主机选用8031单片机,扩充一片程序存储器2716,地址及数据锁存器选用74LS373,4线-7线译码器选用4511,驱动器选用MC1413,基准电压源选用MC1403,数码显示部分选用BS212共阴数码管,音响部分选用KD9561。
硬件系统上电工作后,由压力(拉力)传感器来的微弱电信号经OP07放大后送到MC14433进行A/D变换,MC14433送出的4位8421BCD码及4位选通信号一起送到8031单片机的P1口,8031根据P1口来的信号进行处理判别后送4511和MC 1413译码驱动显示。若采集到的物重达到或超过额定值的90%,则P3.0送出低电平驱动声光预警电路。若采集到的物重达到或超过额定值的105%,超载计数单元加1,由P3.1送出低电平,驱动声光报警电路,并由继电器切断起重机电源。硬件部分还设计了一个掉电保护电路,当80C31系统的电源出现意外下降情况突然下降或消失时,可由掉电保护电路保护80C31内存单元的内容。
2.2 程序设计
根据前面介绍的工作原理和技术指标,在进行程序设计之前,首先应根据工作流程给出系统流程,如图2所示。系统各段主要程序简介如下(以初始化程序为例)。
2.2.1 初始化程序
初始化程序主要用于来确定堆栈、程序状态字、对存储单元清0、让数码管闪烁显示全0十次。
2.2.2 数据采集子程序
起重机在实际工作前,超载限制器应先检测出起重机挂钩、承重绳等物体的重量,称它为自重。当起重机实际起吊重物时,检测到的重量称为毛重。物体的实际重量等于毛重减去自重。
2.2.3 自重值显示程序
系统开机工作后,首先调用数据采集子程序,获得自重值,然后分别将它们送到27H和28H单元。自重值显示程序是从27H单元和28H单元中提取千、百、十、个位值,再配上选通位后从数据总线输出。为了能看到延续一定时间的自重值显示,程序中应使显示部分循环一定的次数,并将每一位的显示时间适当延长。
2.2.4 采集毛重程序
由于起重机或行车在吊起重物时存在一定的加速度,这会影响传感器测得信号值的正确性。因此,在程序执行完自重测量和显示后,延时0.5s后再进行毛重测量。同时采用两次采样,采样间隔约0.5s。如果相隔0.5s的两次采样值的高2位相等,则表明测量值没有受到加速度的影响,为正常值;否则,放弃第一次采样值,并再进行一次采样比较,直到两次采样值相等为止。
2.2.5 预警或报警程序的判断
在执行该程序之前,在中断服务程序中已将毛重值减去自重值,并将物体实际重量的千位、百位存于21H单元,十位和个位存于22H单元。该程序首先判断物体重量是否达到或超过额定值的90%,如果达到或超过这一限值,预警黄灯亮,并使音响电路发出鸣叫。其次判断物体重量是否达到或超过额定值的105%,如果超过这一限值,报警红灯亮,并由音响电路发出报警声,数码管显示当前物体重量并不在变化,超载计数单元内容加1。
3 结束语
通过以上软硬件设计可以实现起重机超载限制的智能控制,可以大大降低事故的发生率。对工矿、建筑等行业的安全生产具有重要作用。另外,不仅是工矿工作中有起重机超载这样的安全隐患,在交通方面也有很多超载示例,如司机为了自身利益,不顾自己和他人的安全,严重超载。所以起重机超载限制器,只需稍做修改,即可应用到交通运输行业。
参考文献
[1]何雄.JSP网络程序设计[M.]北京:人民邮电出版社,2000.
新型起重量限制器的应用 篇5
在施工升降机的各类事故中,很多情况是违章作业导致的,其中超载、偏载又是各类违章作业中最常见、最容易发生的。如2008年12月27日,长沙某工地发生施工升降机吊笼坠落,造成17死1重伤的特大安全事故,主要原因之一就是违章作业超载。
为控制减少这类事故的发生,国家标准《施工升降机》GB/T10054-2005第5.2.9超载保护装置中对起重量限制器的设计、安装和使用都作出了规定和要求;国家加强了监管力度,目前规定起重量限制器的生产必须要取得专项生产许可证,取证程序也很严格,要经国家有资质的检验检测机构对产品样品型式试验合格后,才能向国家行政部门申请取证,并且只能由国家质量检验检疫总局批准发证,省级机构无权受理。但是起重量限制器在建筑工地上的实际应用令人担忧。
为什么起重量限制器的应用状况与国家标准要求相差甚远呢?笔者认为主要有以下几个原因。一是标准条款存在盲点,对“超载”两字定义范围狭窄。国家标准《施工升降机安全规程》GB10055-2007第11.5超载保护装置中规定:“施工升降机应装有超载保护装置,该装置应对吊笼内载荷、吊笼顶部载荷均有效。”,为满足标准要求,目前绝大部分起重量限制器安装在吊笼顶部提升绳上,完全符合标准要求;但它对另外一种形式上的超载起不了任何保护作用,如顶部天轮处的防脱绳装置意外失效,导致提升绳脱绳,在此处的摩擦急剧加大,提升绳的破坏也急剧加重,即使吊笼空载都有可能实际上处于超载状态,这种工况的危险性比正常超载更大,起重量限制器却处于正常工作状态。二是用户方面的因素,我国建筑行业的施工人员大部分是农民工,安全意识淡薄,整体技能低,对设备的维护检修能力欠缺。三是起重量限制器产品本身的原因,有的产品设计先天不足,有的产品设计较先进,采用CPU计算机处理器,但这类产品难于适应野外露天作业的恶劣工作环境,故障多,工人不会维修。四是目前市场上的起重量限制器大部分是装在吊笼顶部,必须要有一根很长的电源线与其相连,并且电源线是跟随吊笼上下运行的,这根电源线也是一个危险点和故障点,风吹日晒绝缘层容易老化,电线容易意外拉扯断。
2 新型起重量限制器的原理
经过几年的实践,笔者设计出了一种“傻瓜”产品,基本结构及原理如图1所示。本装置主要由弹簧、固定滑轮、活动滑轮、两个微动开关、碰块组成。弹簧伸缩量的大小由直接提升绳所受力的大小(也即是吊笼自重加上吊笼载荷)决定,当吊笼载荷达到额定载重量110%时,活动滑轮位移量达到允许最大Smax,此时由碰块触发微动开关二,使电路断电,电机无法起动;当出现钢丝绳松弛或钢丝绳断裂时,活动滑轮位移量最小Smin,此时碰块触发微动开关一,使电路断电,电机停止运行。这也符合国家标准《施工升降机安全规程》GB10055-2007第11.2.2条规定:“防坠安全器动作时,设在防坠安全器上的安全开关应将电机电路断开,制动器制动。”此装置的关键部件是弹簧,一定要确保弹簧质量,性能要稳定。
1-微动开关一;2-弹簧;3-提升绳;4-固定滑轮;5-活动滑轮;6-碰块;7-微动开关二
该产品不但具有起重量限制功能,还同时具有失重松绳保护功能。产品设计思路简单,虽然精度较CPU计算机处理差些,但它能适应建筑工地恶劣的工况,故障少,比较受用户的欢迎。以上装置在我厂的产品中安装在第4节标准节处,可以取消随吊笼上下运行的电源线,只要约10m电源线,沿标准节固定接通2个微动开关即可。
3 实际应用
我厂SS100/100型货用施工升降机,结构形式采用单立柱双吊笼结构,采取卷扬驱动,两只吊笼相互独立,顶部有供安装标准节用的套架,安装拆卸非常方便,整机结构如图2所示。工作时整机受力较合理,导轨架受压,提升吊笼的钢丝绳与吊笼重心在同一条线上。经过工地的实际使用,效果较好。
运用到其它机型上时,只要分析清楚超载在升降机什么部位能较直观地反映出来,就在什么部位用这个装置。如曳引式升降机驱动部分的支座反力大小最能直接反映吊笼的载荷多少,在支座处装上拉簧如图2所示,拉簧伸缩量大小与吊笼的载荷大小有直接关系,按上面的原理布置两个微动开关就可实现起重量限制和松绳保护功能。在齿轮齿条式升降机驱动部分与吊笼连接处装上拉簧如图3所示,拉簧伸缩量大小与吊笼的载荷大小有直接关系,同样可以很好地实现起重量限制功能,其关键是拉簧质量、螺杆的预留长度要合适,最好是当吊笼载重量达到额定载荷的110%时螺杆开始受力,并且弹簧的工作点处于弹簧允许最大变形量的50%以下,防止弹簧疲劳失效。
1-电机;2-曳引轮和曳引绳;3-微动开关二;4-微动开关一;5-动力架;6-地梁
直测式塔机力矩限制器的研发 篇6
目前塔机的使用过程中，经常会碰到某些用户有意放大“力矩”参数，导致塔机超载使用，造成母材早期疲劳受损，严重的甚至造成倒塔事故，从2006年开始，我公司技术人员进行了力矩限制器方面的研究，对市场上的机械式及电子式力矩限制器产品进行了分析。
1.1 机械式力矩限制器
目前塔机大量使用机械式力矩限制器，其利用弓形架放大其安装部位主弦杆受力时的变形量，塔机使用过程中当起重力矩超过人为设定的预定值时，通过弓形架的变形带动螺杆等触动行程开关，引起机构断电，进行超力矩保护。机械式力矩限制器使用方便，成本低，调整好可以实现准确控制，但存在以下不足：
1)由于力矩预定值是利用弓形架上螺栓进行调节，造成形变大精度不高，且调整困难。
2)需要超过预定值力矩时才能动作，不能显示实时力矩大小及判断力矩限制器装置是否正常。
3)用户可自行无限制调整力矩预定值，人为放大力矩预定值易引起塔机倒塌事故。
1.2 电子式力矩限制器
现在市场上还有很多种电子式力矩限制器，该限制器的优点是司机可以直观地看出当前塔机的工作参数(幅度、重量、力矩等)，调整好、操作正确也可以作到准确控制，但大多采用分别测出重量Q和幅度L，再二者相乘计算力矩。其缺点是：
1)不能从取力装置上反映出风载等对力矩的影响。
2)倍率问题难于解决，因为测重量装置只能测到单绳拉力，要靠人工选择起升钢丝绳倍率数，存在误操作的安全隐患或人为放大力矩的可能性。
3)校对过程中用户在取力或幅度装置上可无限制设定相关值的大小(如在实际幅度为5m的地方将它标定为1m，或将实际重量为3 t的重物将它标定为1t)。
4)即使在标定时符合要求并用密码保护，但在使用过程中，用户还是很容易放大幅度参数(如把幅度限位器先从机构上脱开，让小车往外开上几米再将幅度限位器装入等等)。
我们在分析市场上的机械式及电子式力矩限制器产品的优缺点的基础上，经过理论计算，并通过一年多的实验、测试，终于找到了直测力矩的方法，并采用独特的控制方案，很好地解决人为放大的问题，而且效果良好。
2 TK2600直测力矩限制器的取力结构及原理
2.1 原理
直测力矩限制器的取力原理与原弓形架型式力矩限制器基本相同：对不同形式的塔机，总有某些部位(如塔顶、回转塔身、吊臂拉杆、平衡臂等)杆件上的拉/压力的变化值与塔机起重力矩成正比关系，即∆N∝QL(其中，∆N为杆件的拉/压力变化值，Q为吊重，L为Q到塔机回转中心距离)。
该技术要点为：在应变体上焊上支承座，用螺杆等形式将重力传感器连接固定，使传感器可以直接测出应变体的拉/压力变化幅度，即可映射出实际的力矩百分值，见图1。上述的应变体是指塔顶、塔身、吊臂拉杆和平衡臂等塔机部件上的受力杆件，其特点是该杆件上所受的拉/压力变化值与塔机的起重力矩成正比关系。
2.2 力矩限制器的设置
1)零位初始值的设置：塔机安装好后，先将传感器预紧到1.0～3.0 mV(力矩传感器受力从0到满量程对应的电信号为0～20mV)之间的某个值，按手持仪表上的“初始力矩按键”，控制器自动测出传感器对应的电信号，并将该点作为0%力矩点。
2) 1 0 0%额定力矩值的设置：按起重特性表，和常规一样分别采用定码变幅、定幅变码的方法确定100%的力矩(不调整螺杆)，只要分别按手持仪表上的“定码变幅按键”、“定幅变码按键”，控制器自动测出各自的100%力矩时传感器对应的电信号。并将该点作为各自的100%力矩点。
3)根据零位力矩点和各自100%力矩点的传感器对应电信号分别作出2条直线。其他点根据传感器对应的即时电信号，算出即时力矩百分值并加以显示、控制。通过有限元分析以及反复试验的结果，得出安装传感器处的弦杆(如塔顶主弦杆)工作时的应力变化值与塔机的不平衡弯矩成一定的线性关系.根据这一原理得出传感器电压值、力矩显示百分比值、实际不平衡力矩值三者对应关系如表1。
根据上表可得出下式：
设载重小车和吊钩重量为q，则有M=R (Q+q) +M0和M100=R100 (Q100+q) +M0，代入上式可得出：
由上可得出x为塔机不平衡力矩增加值相对于塔机100%不平衡力矩值的百分比;也就是塔机应该控制的起重力矩值R (Q+q) 相对于100%力矩值R100 (Q100+q) 的百分比(对于塔机起重性能曲线的曲线部分适合，直线部分应由起重量限制器控制)。
3主要特点
本力矩限制器采用力矩传感器、重量传感器、幅度限位器中的电位器分别实时测量力矩、重量、幅度的变化，把传感器精确测量的力矩实时信号、重量实时信号、幅度实时信号传送到控制器上，经信号放大、A/D转换，控制处理、输出信号控制运行或报警，并能显示记录力矩、重量、幅度的值。控制器面板图和手持仪表面板图见图2、图3。
1)力矩直测非重量与幅度乘积，能从取力装置上反映出风载、动载对力矩的影响;不用识别倍率。
2)结构简单用传感器替代弓形架。整套装置仅两个支座，一个传感器、连接件、罩壳和控制器，体积小，安装位置紧凑。
3)调试方便只要按一下调试板上的“定码变幅”与“定幅变码”按键，控制器自动测定100%力矩，不用手动输入数据。
4)符合标准“定码变幅”与“定幅变码”分别设定，符合GB5144-2006中关于安全装置6.2.3条款。
5)智能校称从测力元件开始就保证用户只能在一定的范围内设定力矩预定值(100%力矩)的大小，若用户超力矩校称则仪表内部相应值不会改变，故不能通过校称过程有意或无意放大力矩参数。
6)智能识别取力装置是否正常设置了0%力矩的“初始力矩”值，100%额定力矩设定上限值、125%力矩超载试验保护值，智能识别取力装置是否被人为放大或失常，并加以保护。
7)黑闸子功能能记录数据，用于日后维修及故障分析。
8)分体结构采用调试板与控制器分体结构，便于用户安全管理。
4 前景与应用
2007年11月直测力矩限制器取得了专利授权(专利号ZL200620106344.1)。2008年3月，该产品通过了国家建筑城建机械质量监督检验中心的检验，获得了特种设备型式试验合格证，目前我公司在新出厂的塔机上配置了该类产品，同时也随主机出口到了海外，使用后反映良好。
摘要：分析目前普遍使用的塔式起重机力矩限制器的优缺点, 介绍一种新型TK2600直测力矩限制器的取力结构、原理及创新点。
多功能起重机力矩限制器设计 篇7
2007年上半年，工程起重机行业利润总额同比增长105%，产品销售收入同比增长56%，工业增加值同比增长54%。然而，起重机也是一种蕴藏危险因素较多，事故发生几率较大的工程机械，国内外每年都发生大量因起重机作业造成的设备损坏甚至人身伤亡事故。任何起重机都有其最大安全载荷限度，超过这个限度，轻则对设备部件造成损坏，重则发生整车倾覆的恶性事故。因此，必须控制起重机在安全限度内工作。在这种条件下，具有载荷、力矩限制功能的起重机力矩限制器应运而生。
起重机力矩限制器主要是以起重力矩作为监测的核心。起重机力矩限制器是一种重要的起重机超载保护装置，它主要装备在汽车吊、轮胎吊和履带吊等大型起重机上。通过系统内的传感器对起重机的关键工作参数进行实时检测，经过分析计算和数据处理得到结果，并结合起重机的当前工况进行判断。当实际载荷接近起重机的非安全工作范围时，系统预报警;超过非安全工作范围时，系统报警并自动进行安全保护控制，禁止起重机向危险方向动作。
本系统设计一种基于单片机的起重机力矩限制器，能够实现起重力矩的安全信息监测和报警功能。
1 系统总体结构方案设计
1.1 系统的总体功能
起重机力矩限制器是装备在起重机上的超载保护装置，为防止起重机由于操作不当和过大的起重力矩而发生倾翻、折臂等事故，起重机必须安装有力矩限制器，以保证安全作业，且作为安全保护装置的力矩限制器必须具有很高的可靠性、稳定性和检测精度。
本系统的主要功能是实现起重机起重力矩的安全监测，实时显示起重机的工作幅度、实际起重量、额定起重量等。对于报警的设置，本系统当起重机实际起重量大于或等于90%额定起重量时，进行报警信息显示和发出报警声音。
1.2 系统的总体方案
起重机力矩限制器系统由检测、报警、输入输出和控制单元四部分构成。核心控制器采用的是工业用批次的AT89S52单片机。检测和控制单元是起重机力矩限制器的核心，其主要的功能有如下几方面:实时对各路传感器信号进行采样，取得起重机的某些工作参数，如力传感器信号、臂长信号等，经过计算得出相应工况下的实际起重量。当起重机实际起重量大于或等于90%额定起重量时，对报警单元发出控制信号。
输入输出部分有显示单元和键盘部分组成，实现人机交互功能。显示单元选择了16位LCD显示器，键盘用系统各种参数的设置。显示单元既可以显示系统的相关参数和实时测量数据，也可以显示报警信息。
报警单元包括显示单元报警部分和声音报警;基于系统通用性的考虑，用喇叭作为报警装置。
通用型多功能起重机力矩限制器设计方案框图如图一所示：
2 系统各部分设计
2.1 检测部分设计
(1）系统所用测量重量的传感器
起重机力矩限制器系统的主要功能就是测量力矩，要计算出力矩就要知道起重臂所吊重物的重量和起重臂上起吊小车所移动的距离。所以本系统的前端检测部分要检测两项内容：一是重量，二是长度。
从成本考虑使用电阻式传感器。电阻式传感器的种类繁多，应用广泛，其基本原理是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路最后显示被测量值的变化。电阻式传感器与相应的测量电路组成的测力、测压、称重、测位移、测加速度、测扭矩、测温度等测试系统。电位器式电阻传感器是电阻式传感器的一种。电位器是一种常用的机电元件，广泛应用于各种电器和电子设备中。它是一种把机械的线位移或角位移输入量转换为与它成一定函数关系的电阻或电压输出的传感元件，主要用于测量压力、高度、加速度等参数。
电位器式传感器具有一系列优点，如结构简单、尺寸小、重量轻、精度高、输出信号大、性能稳定并容易实现任意函数。其缺点是要求输入能量大，电刷与电阻元件之间容易磨损。
电阻式传感器输出电阻的变化范围为5×10-4～10-1Ω，测量电路应精确地测量出这些小的电阻变化，常用桥式测量电路。
电桥的工作原理:桥式测量电路有四个桥臂和一个供桥电源组成，如图二所示。电桥的一条对角线接激励电压，另一条对角线输出电压。其特点是，当被测量无变化时，四桥臂满足一定关系，输出为零;当被测量发生变化时，测量电桥平衡被破坏，有电压输出。
输出电压UO可以用UBC和UDC之差表示：
当输出电压为零时，电桥平衡，故R1R3=R2R4为电桥平衡条件。为了获得最大的电桥输出，在设计时，可使R1=R2,R3=R4,实际中常取R1=R2=R3=R4=R。当电桥电阻发生变化，电阻应变代入公式(1)得：
力传感器的输出信号大都为毫伏级信号，所以桥式电路的输出电压也应为毫伏级的电压，通过计算和系统分析，电阻式传感器的电路图如图三所示。
实际电路的输出电压完全符合系统要求，输出电压约为6.9mV。
(2）系统所用测量长度的传感器
系统通过间接的方法来测量长度。用一个已知周长的绕线转轴，如果知道了它转动的圈数，那么圈数和转轴周长的乘积，便可知道绕线的长度了。本设计使用了光断续器。
光断续器又称为光电开关，它是一种光电子器件，是专门用来检测物体的光传感器。它在结构上与光电耦合器相似，也有一个发光元件和一个受光元件，使用时将电信号转换为光信号，然后再将光信号变为电信号输出。
2.2 放大电路设计
所谓单片机的前向通道指的是单片机应用系统的信号采集通道，主要完成采集传感器送来的模拟信号，经预处理后送A/D转换器转换。前端传感器送来的信号是毫伏级的信号，要经过放大电路将其放大到0～5V，送A/D转换器进行模拟数据转换，放大电路如图四所示。
实际放大电路将传感器的输出电压6.9mV电压放大到3.4V，符合系统的要求。
运算放大器采用的是LM324,LM324是四通用运算放大器集成电路，具有电源电压范围宽、静态功耗小、可单电源使用、价格低廉等优点，广泛用于通信、仪器仪表中。
2.3 A/D转换电路设计
由于单片机只能处理数字量，因而应用系统中凡遇到有模拟量的地方，就要进行模拟量向数字量或数字量向模拟量的转换，这就需要解决单片机与A/D和D/A的接口问题。在本系统中，传感器传来的是模拟量，这就需要把模拟量转换成数字量后，才能送入单片机。A/D转换器选择转换器芯片ADC0809。
2.4 起重机力矩测量数据分析
系统数据处理程序主要涉及到起重机力矩的计算。起重机的特性曲线表示起重机起重量与幅度的关系曲线见图五，它规定了在某一幅度下，安全起吊的最大起重量。起重机作业安全区是由钢丝绳强度线、臂架强度曲线和起重机稳定曲线的包络线限定的区域。起重特性曲线经常与起升高度曲线画在一起，有些起重机技术资料还给出同一起重机在不同工况下的多条特性曲线。
根据起重机的受力分析可知，作用在臂架上的起升载荷可以分解为垂直手臂架的倾翻成行和对臂架的压力载荷，这两个分力随着幅度的变化而变化。在起升载荷、臂长不变的情况下，幅度越小，对臂架的压力越大，倾翻载荷越小，因而载荷产生的倾覆力矩也小;幅度越大，对臂架的压力降低，倾翻载荷越大。该特性曲线可分为三个区段，在小幅度时，起重量受臂架强度的限制，超载会发生臂架破坏;在大幅度时，起重量受起重机稳定性的限制，起重作业的主要危险是丧失稳定而引起整机倾覆;起重机的最大起升载荷还受钢丝绳强度的制约，超载会导致钢丝绳断裂。超出安全区的操作属于违规作业。
起重机的特性曲线是进行起重作业的操作依据，应根据起重机的臂架幅度，严格控制起重量在特性曲线限制的安全区内不超载。同时，特性曲线也是起重事故分析的重要参考依据。对事故进行分析时，还应该综合考虑风力、操作速度不当所引起的惯性力、支腿支撑基础变化、臂架悬伸太长时臂端出现的弹性下挠等非起重量超载等原因给起重机带来的实际超载影响，这些都可以借助特性曲线进行分析。
力矩限制是该起重机力矩限制器系统要实现的基本功能。系统具体要求为:主控单元根据起重机起吊特性Q-R曲线(载荷一幅度曲线)，计算出该作业状态下的最大允许吊重Q，根据测量的起升绳拉力等参数计算出实际吊重q，然后计算二者的比值q/Q，即负荷率。当起重机实际起重量大于或等于90%额定起重量时，指示灯闪亮报警。
3 结束语
在本设计中，根据系统的功能要求，设计出能够实现其功能的硬件电路，编写出相应的系统软件。该起重机力矩限制器系统是基于单片机控制的系统。在设计中，实现了过载保护的部分功能。考虑到抗干扰问题，加入抗干扰处理后，改善电路设计，使本系统具有单片机控制系统的一系列优点，以及选材少、电路结构简单等优点，软件功能比较完善，性价比较高，将会具有一定的使用价值。
参考文献
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