一种降低塔吊感应高电压危害的装置及其控制方法与流程

本发明涉及感应高电压测量技术，具体涉及一种降低塔吊感应电压危害的装置及其控制方法。

背景技术：

现代的各大施工现场，我们往往随处可见那种建筑使用的塔吊，而对于这种高耸竖立的十字架大型钢架结构以及其内部固定支架间构成的闭合回路，当受到外部电磁波辐射时会感应出高电压。然而，这种感应产生的高电压极大的危害了现场施工人员的生命及财产安全，同时给工程造就了极大的不稳定性因素。因此，塔吊感应高压是现实生活中面临的亟待解决的现实问题，这类问题的研究解决对于建筑行业来说尤为重要。

然而，国内外鲜有课题及文献提到有关塔吊感应高压问题的研究及良好的解决方案。

现在的极少数人研究提出的解决方案为将塔吊的防雷接地、防静电接地、防电磁辐射感应电接地等保护性接地系统与工作接地、电气设备接地等工作性接地系统共用一个接地网络形成一个混合接地系统，上端连接避雷装置，中部连接塔吊钢架结构，下端与接地网相连，从而形成一等电位的“法拉第笼”。利用适当值的电容与地连接，从而保证不同频率的感应电泄入大地。

另外，在塔吊钩附近做一自由移动的具有多频附件接地系统，当吊钩准备挂物料时，用一附件接地系统的接线夹子夹住吊钩上部钢丝绳，将不同频率电荷导入大地，以达到保护的目的，但是这种混合接地系统形成的“法拉第套笼”以及移动附件泄压装置，在实际应用当中并没有很好的解决塔吊感应电压的问题。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种可操作性更高的能检测感应出电压的大小及方向，利用相关电路进行信号处理产生电流感应出一等大小、方向相反的感应电压来抵消塔吊感应电压的装置及其控制方法。

本发明的目的是这样实现的：一种降低塔吊感应高电压危害的装置，包括：第一线圈、控制装置和第二线圈；

所述控制装置包括：信号采样及处理电路、a/d转换器、主控制系统、驱动电路、受控逆变电源、电抗器、滤波器、缓启动电路；

所述第一线圈的输出端连接信号采样及处理电路的输入端，所述信号采样及处理电路的输出端连接a/d转换器的输入端，所述a/d转换器的输出端连接主控制系统的输入端，所述主控制系统的输出端连接驱动电路的输入端，所述驱动电路的输出端连接受控逆变电源的输入端，所述受控逆变电源的输出端连接电抗器的输入端，所述电抗器的输出端分别连接信号采样及处理电路的输入端和滤波器输入端，所述滤波器的输出端连接缓启动电路的输入端，所述缓启动电路的输出端连接第二线圈；

所述第一线圈和第二线圈的横截面与两个塔吊臂构成的平面平行，且所述的第一线圈和第二线圈固定在塔吊横臂上，能够随着塔吊横臂同步转动，所述控制装置安装在塔吊竖臂的底部；

所述第一线圈的面积为s1，作用是接收塔吊内部产生的感生电压信号，所述信号采样及处理电路的作用是对第一线圈内感生出的电压进行采样和放大处理，所述a/d转换器的作用是将模拟信号转换为数字信号，所述主控制系统的作用是通过第一线圈产生的感生电压的方向和大小分析和估算塔吊横臂、塔吊竖臂、钢丝绳和大地构成的面积为s3的闭合回路内部的感应电压的方向和大小，所述驱动电路的作用是增加主控制系统输出信号的驱动能力，并驱动受控逆变电源，所述受控逆变电源的作用是提供一个大小和方向均能够控制的电流，所述电抗器的作用是限制电路中的短路电流，所述滤波器的作用是滤去电路中的高次谐波，所述缓启动电路的作用是抑制电路中过电压或过电流，所述第二线圈的面积为s2，作用是与塔吊横臂、塔吊竖臂、钢丝绳和大地构成的面积为s3的闭合回路互感产生感应电压，抵消塔吊横臂、塔吊竖臂、钢丝绳和大地构成的面积为s3的闭合回路内部的感生电压u1。

进一步地，所述信号采样及处理电路包含多个逻辑运算电路。

进一步地，所述a/d转换器选用一个ad8479信号处理芯片和一个tlc2543cn模数转换芯片。

进一步地，所述主控制系统采用dsp芯片和cpld芯片来实现，dsp芯片选择tms320c6713，dsp芯片通过cpld芯片来连接驱动电路。

进一步地，所述驱动电路采用2sd315a集成驱动模块，并利用了高频变压器进行电气隔离。

上述降低塔吊感应电压危害的装置的控制方法，具体步骤包括：

步骤a、面积为s1的第一线圈外部电磁干扰下，线圈内部感应出高电压，该电压信号经信号采样及处理电路、a/d转换器转换后输送给主控制系统；

步骤b、主控制系统分析感应电压的方向并根据第一线圈的面积s1与塔吊横臂、塔吊竖臂、钢丝绳和大地构成的闭合回路的面积s3的比值估算塔吊横臂、塔吊竖臂、钢丝绳和大地构成的闭合回路产生的感应电压的大小，记做u1，并判断u1的方向，根据u1的大小和方向控制驱动电路，启动受控逆变电源产生电流；

步骤c、产生的电流经过电抗器、滤波器的滤波，缓启动电路后，输入第二线圈中，使第二线圈与塔吊横臂、塔吊竖臂、钢丝绳和大地构成的闭合回路发生互感，使塔吊横臂、塔吊竖臂、钢丝绳和大地构成的闭合回路中感生出与电压u1方向相反大小相等的感应电压，与u1相互抵消。

有益效果：

第一、本发明利用相关电路进行信号处理并产生大电流感应出一等大小、方向相反的感应电压来抵消塔吊感应电压，降低了塔吊感应电压对施工带来不利影响。

第二、本发明系统所涉及到的电压测量及抵消装置都采用了结构简单的线圈，造价低廉，为工程节约了成本。

第三、本发明在设计之初考虑到装置的空间占用问题，尽可能选择占有空间体积小的元件，并仅由十余个元件构成，免除了不必要的附件设计，便于安装，具有更强的可行性。

第四、本发明操作人员按照预设的功能编写相应的程序即可完成相应的操作控制，更加智能化。

附图说明

图1本发明的整体结构图；

图2本发明的各部件与塔吊的位置关系示意图；

图3信号采样及处理电路和a/d转换器电路图；

图4驱动电路图；

图5电能转化器的整流逆变电路。

具体实施方式

具体实施方式1：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的降低塔吊感应高电压危害的装置结构如图1所示，包括：第一线圈、控制装置和第二线圈；

所述控制装置包括：信号采样及处理电路、a/d转换器、主控制系统、驱动电路、受控逆变电源、电抗器、滤波器、缓启动电路；

所述第一线圈的输出端连接信号采样及处理电路的输入端，所述信号采样及处理电路的输出端连接a/d转换器的输入端，所述a/d转换器的输出端连接主控制系统的输入端，所述主控制系统的输出端连接驱动电路的输入端，所述驱动电路的输出端连接受控逆变电源的输入端，所述受控逆变电源的输出端连接电抗器的输入端，所述电抗器的输出端分别连接信号采样及处理电路的输入端和滤波器输入端，所述滤波器的输出端连接缓启动电路的输入端，所述缓启动电路的输出端连接第二线圈；

本实施方式的各部件与塔吊的位置关系示意图如图2所示。所述第一线圈和第二线圈的横截面与塔吊横臂和竖臂构成的平面平行，且所述的第一线圈和第二线圈固定在塔吊横臂上，能够随着塔吊横臂同步转动，所述控制装置安装在塔吊竖臂的底部；

所述第一线圈的面积为s1，作用是接收塔吊内部产生的感生电压信号，所述信号采样及处理电路的作用是对第一线圈内感生出的电压进行采样和放大处理，所述a/d转换器的作用是将模拟信号转换为数字信号，所述主控制系统的作用是通过第一线圈产生的感生电压的方向和大小分析和估算塔吊横臂、塔吊竖臂、钢丝绳和大地构成的面积为s3的闭合回路内部的感应电压的方向和大小，所述驱动电路的作用是增加主控制系统输出信号的驱动能力，并驱动受控逆变电源，所述受控逆变电源的作用是提供一个大小和方向均能够控制的电流，所述电抗器的作用是限制电路中的短路电流，所述滤波器的作用是滤去电路中的高次谐波，所述缓启动电路的作用是抑制电路中过电压或过电流，所述第二线圈的面积为s2，作用是与塔吊横臂、塔吊竖臂、钢丝绳和大地构成的面积为s3的闭合回路互感产生感应电压，抵消塔吊横臂、塔吊竖臂、钢丝绳和大地构成的面积为s3的闭合回路内部的感生电压u1。

工作原理：

面积为s1的第一线圈外部电磁干扰下，线圈内部感应出高电压，该电压信号经信号采样及处理电路、a/d转换器转换后输送给主控制系统；主控制系统分析感应电压的方向并根据第一线圈的面积s1与塔吊横臂、塔吊竖臂、钢丝绳和大地构成的闭合回路的面积s3的比值估算塔吊横臂、塔吊竖臂、钢丝绳和大地构成的闭合回路产生的感应电压的大小，记做u1，并判断u1的方向，根据u1的大小和方向控制驱动电路，启动受控逆变电源产生电流；产生的电流经过电抗器、滤波器的滤波，缓启动电路后，输入第二线圈中，使第二线圈与塔吊横臂、塔吊竖臂、钢丝绳和大地构成的闭合回路发生互感，使塔吊横臂、塔吊竖臂、钢丝绳和大地构成的闭合回路中感生出与电压u1方向相反大小相等的感应电压，与u1相互抵消。

具体实施方式2：本实施方式在具体实施方式1的基础上进一步限定，所述信号采样及处理电路包含多个逻辑运算电路。

具体实施方式3：结合图3说明本实施方式，本实施方式在具体实施方式1的基础上进一步限定，所述a/d转换器部分主要选用一个ad8479信号处理芯片和一个tlc2543cn模数转换芯片，如图3所示。ad8479是一款精密差动放大器，具有非常高的输入共模电压范围，可以在最高±600v的高共模电压下精确测量差分信号；在不要求电流隔离的应用中，ad8479可以取代昂贵的隔离放大器；在±600v共模电压范围内工作，并对输入提供最高±600v的共模或差分模式瞬变保护；具有低失调、低失调漂移、低增益误差漂移、低共模抑制漂移以及在较宽频率范围内出色的共模抑制比(cmrr)等特性；采用节省空间的8引脚soic封装，额定温度范围为-40℃至+125℃，具有较强的环境适应性。tlc2543是ti公司的12位串行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成a/d转换过程，其价格适中，分辨率较高。

具体实施方式4：本实施方式在具体实施方式1的基础上进一步限定，所述主控制系统采用dsp芯片和cpld芯片来实现，dsp芯片选择tms320c6713，dsp芯片通过cpld芯片来连接驱动电路。为了兼顾精度及信号处理能力，本控制系统dsp芯片选择tms320c6713。tms320c6713体系结构采用超长指令字(vliw)结构，执行指令的功能单元已经在编译时分配好，程序运行时通过专门的指令分配模块，可以将每个256位的指令包同时分配到8个处理单元，并由8个单元同时运行；处理能力高达2400mips，采用二级缓冲处理，4kbyte直接匹配的程序缓冲l1p，4kbyte可匹配的数据缓冲l1d，256kbytel2额外匹配内存；32位外部存储器接口，可无缝连接sram、eprom、flash、sbsram和sdram；丰富的外设，支持无需cpu参与可以在允许的地址空间里传送数据、扩展总线，具有主机口和i/o端口操作等功能。

具体实施方式5：结合图4说明本实施方式，本实施方式在具体实施方式1的基础上进一步限定，所述驱动电路采用2sd315a集成驱动模块，其模块原理如图4所示。2sd315a集成驱动模块能够输出较大的峰值电流，同时其利用了高频变压器进行电气隔离，因而使其具有较强的驱动能力和较高的电压隔离能力。2sd315a拥有双通道驱动输出，具备ldi(逻辑驱动转换)、igd(智能门极驱动)、输入与输出相互绝缘的dc/dc转换器、短路保护和在线监控功能。

本发明的受控逆变电源的整流电路如图5所示。

具体实施方式6：本实施方式的降低塔吊感应高电压危害的装置的控制方法，

包括以下步骤：

步骤a、面积为s1的第一线圈外部电磁干扰下，线圈内部感应出高电压，该电压信号经信号采样及处理电路、a/d转换器转换后输送给主控制系统；

步骤b、主控制系统分析感应电压的方向并根据第一线圈的面积s1与塔吊横臂、塔吊竖臂、钢丝绳和大地构成的闭合回路的面积s3的比值估算塔吊横臂、塔吊竖臂、钢丝绳和大地构成的闭合回路产生的感应电压的大小，记做u1，并判断u1的方向，根据u1的大小和方向控制驱动电路，启动受控逆变电源产生电流；

步骤c、产生的电流经过电抗器、滤波器的滤波，缓启动电路后，输入第二线圈中，使第二线圈与塔吊横臂、塔吊竖臂、钢丝绳和大地构成的闭合回路发生互感，使塔吊横臂、塔吊竖臂、钢丝绳和大地构成的闭合回路中感生出与电压u1方向相反大小相等的感应电压，与u1相互抵消。