1. 简述风力发电机联轴器是如何实现扭矩限制功能的
我国是风力发电机组的装机大国,也是风力发电设备的生产大国,但是我国风力发电机组中的某些关键部件任然依赖进口,联轴器就是其中之一。风力发电联轴器作为风力发电传动系统中重要的组成部件,除了要求具有传递动力的功能外,还需要具有过载保护功能,扭矩限制器就是使风力发电联轴器具有过载保护功能的关键部件,当负载超过额定载荷时自动打滑,实现对发电机组的过载保护。为实现风力发电联轴器的国产化,突破扭矩限制器的技术难点,必须构建用于扭矩限制器性能测试的研发条件。本课题旨在研制最大打滑扭矩为100kN.m并集强度试验、疲劳试验和打滑扭矩标定等功能于一体的扭矩限制器综合测试试验台,具体研究内容如下:(1)对扭矩限制器的结构特点和工作原理进行了介绍；基于风力发电机组对扭矩限制器的工作参数要求,采用静态试验,设计了扭矩限制器的标定方案；并对加载方式和扭矩测量方案进行了对比,拟定了采用摆动液压缸作为动力源的加载方式和采用扭矩传感器进行扭矩测量的方案。(2)对试验台机械系统进行总体设计,对加载机构、扭矩限制器夹具和以逆止器作为主要部分的负载机构进行了详细设计；通过分析与计算,确定关键零部件型号和规格；完成试验台机械系统的三维建模；利用Workbench软件对重要结构件进行静力学有限元分析。(3)设计了与试验台相配套的液压控制系统,实现加载扭矩的输入控制,为满足快速打滑过程大流量的需求,液压系统采用以蓄能器为主要油源,泵作为辅助油源的供油方案；并采用以插装阀和三位四通换向阀组成的大流量换向系统来实现摆动缸正反转控制；计算确定了液压系统的各项参数,完成了液压元器件的选型工作。(4)利用AMESim软件对所设计的液压系统进行建模仿真。通过仿真结果表明所设计的液压系统可以满足试验台对加载时间的要求,也验证了蓄能器容积是影响扭矩限制器打滑时间和卸载时间的主要因素,泵的排量对系统影响不大,验证了液压系统采用蓄能器作为主要油源的合理性。
2. 扭矩限制器的工作原理
扭矩限制器又称安全离合器、安全联轴器，常用于安装在动力传动的主、被动侧之间，当发生过载故障时（扭矩超过设定值），扭矩限制器便会产生分离，从而有效保护了驱动机械（如电机、减速机、伺服马达）以及负载，常见形式为：磨擦式扭矩限制器以及滚珠式扭矩限制器。
扭矩限制器的安装结构形式有：轴-轴、轴-法兰、轴-同步带轮、轴-链轮、轴-齿轮、轴-带轮等。
TGB扭矩限制器：
属滚珠式扭矩限制器，内置精密滚珠机构，一旦产生过载，主、被动侧之间产生分离，操作简单，价格适中，应用范围广，有以下特点：
分离动作准确，精度高，对负载变化反映灵敏，即使在反复分离动作连续工作的情况下其分离扭矩精度都能保持在±10%以内；
多种规格可供选择，从0.294N?m(0.03kgf?m)至7154N?m（730kgf?m）有58种规格可供选择；
自动复位功能，消除过载后，重新启动驱动机便可自动复位；
唯一位置复位功能，确保过载后的位置度或重复位置度；
扭矩简单易调且易读，只需旋动调整螺母，再通过刻度盘及扭矩指示器即可轻松的将脱开扭矩值调至设定值；
几乎无传动间隙，TGB08～16由于其特殊结构无任何传动间隙；
配有标准的过载检测传感器，通过使用交流或直流的TG传感器可在扭矩过载时输出交流或直流电信号，可用于启动报警装置（如电铃、指示灯），亦可用于瞬间关闭驱动机。
3. 扭力限制器的产品特性
扭矩限制器是一种机械式过载保护装置，常用于安装在动力传动的驱动侧和负载侧之间，一旦 发生过载，传递扭矩超过设定值，便会产生脱开或打滑，从而使动力传动的主、被动侧分离，使机械设备免遭过载而引起的损坏。
摩擦式扭矩限制器特点：
1、当超载或机械故障而导致所需扭矩超过设定值时，它以打滑形式限制传动系统所传动的扭力，当过载情形消失后自行恢复联结。这样就防止了机械损坏，避免了昂贵的停机损失。扭力限制器采用弹簧负荷式摩擦塌搜表面，以螺帽或螺栓调整弹簧力，预设其滑动扭矩。
滚珠式扭力限制器（同步带轮-轴）
又名：过载保护器·内置精密滚珠机构，当运行扭矩超过设定允许扭矩值时，主被动侧之间迅速脱开，反应时间极短，安全可靠，脱开扭矩可调·同步带轮与扭力限制器一体化组合·结构特点
1、 使用有专利权的有特殊弹性曲线困衫敬的碟形弹簧
2、 打滑力矩的设置精度高，重复精度高。
3、 无齿隙力矩传递
4、 连接法兰带滚珠轴承。
5、 打滑部件表面热处理，工作寿命长。
进口的意大利产Deserti Meccanica扭力限制器汪慎产品特性较好，我接触过。部件上面都钢印了产品标志和物料代码，美观又放心。
希望我的回答能让你满意，祝你好运！
4. 电动机过载保护设计
多年研究软起动器，发现软起动器对电动机的过载保护有些简单化，虽然说是反时限保护，但实际是采用定时分段的办法，有时误动作，有时烧电动机。对于电动机断续过载保护时由于电动机早已过热，那么它的过载能力已经减小，对于冷态的电动机来说，它的过载能力要比热态的电动机过载能力大的多。如果要真正反应电动机的过载能力又能对电动机起到过载保护就必需通过热积分，采用热记忆功能。这样才能保正系统的可靠性和保护的灵敏性。
1.1 两种典型的数学模型
软起动器对电动机具有控制、保护、监测等功能，对电动机的热过载保护采用的反时限保护特性有多种数学模型，其中典型的有两类：
（1）等I2t的时间电流特性
（2）IEC 60255-3[1]推荐的数学模型
以上式中： Ir — 电流整定值
I — 实际电流值
t — 动作时间（s）
K — 表征特性的常数
α— 函数指数
1.2 脱扣器的控制方式
脱扣器的控制方式可采用：
（1）积分法
以两种典型的数学模型为例，分别求积分值：
设定K1或K2的动作值，控制动作时间t。
（2）查表法
设定I—t对照表，根据当前I控制动作时间t。
但是在实际运行中两种方法均存在弊端。如用积分法上述的两类数学模型都可能造成在低于动作值时仍能误动作；如用查表法在通常电流不断变化的情况下，很难合理的控制过载脱扣的延时时间。
为了较好的解决低压断路器的智能控制器中长延时脱扣器的延时控制，本文试图按热保护的基本原理进行分析和探讨。
2 热保护的基本要求
根据热平衡关系，电气设备的发热应等于散热与蓄热之和，即
（1）
式中：P — 发热功率；
Kr— 散热系数；
S — 散热表面积；
τ— 温升；
c — 比热；
G — 发热体重量；
t — 时间。
微分方程的解为：
过载保护元件应在小于被保护电气设备温升允许值的设置值动作，断开电路。
3 按热平衡原理整定过载长延时脱扣
4 动作值和热时间常数的计算
4.1 动作值
按电动机起动器和断路器的要求，k2应分别小于1.2和1.3，为同时满足这两种要求，并留有裕度，可取k2=1.1～1.15。
由式（11）可取
K=k22T（12）
以K作为式（6）或（7）的截止值，当A≥K时控制器动作，实现长延时保护功能。
式（9）和（10）可转换为：
4.2 热时间常数的计算
在已知任意—N值下要求的tr值，即可计算T。
4.3 延时时间的计算
按式（13）计算在不同过载电流下的延时时间，并考虑电流测量误差的影响，计算结果见表1（计算时取T=642s）。
5 动作值的测量和计算
为测量智能脱扣器实态通电时的A值，可以采用数值积分的方法等间隔的测量电流和计算A值并与K值比较。
设测量间隔为Δt,并且初始温升为0，由式（6）和（7）
上列各式中N可以为变量。
逐次计算，逐次与k比较，直至Ax≥k时控制器动作。则
……
在有辅助电源的情况下，A值逐渐递减，直至软起动器重新起动，A值又开始递增；或辅助电源断开，A值清零。
为防止过载脱扣后，软起动器在短时内的再接通并在短时内再分断，可设置一定的恢复时间，以保证在恢复时间内，软起动器不得起动。
6 测量误差分析
对式（8）微分：
对应表1中的计算值tr，在表2中列出p和f的相应值。
表2 与表1中计算值tr对应的p和f值
表2的误差传递系数f的估算值与表1的计算结果基本相符。
由表1及表2可以看出在较低过载倍数下由电流测量误差所引起的延时时间误差较大。
7 保护特性的斜率调节
7.1 建立数学模型
为了满足不同的配合需要，现在有的制造厂提供了改变长延时保护特性斜率的调节功能[2]或参照IEC 60255标准提供了不同数学模型的保护特性。为了实现保护特性的斜率调节，本文推荐两种数学模型并用的方案。
（1）基本数学模型
经对比分析我们可以以式（7）作为基本保护特性的基本数学模型。
（2）用于斜率调节的数学模型
可选用国家标准GB 14598.7（等同IEC 60255-3）推荐的数学模型用于斜率调节。根据GB 14598.7：
（16）
式中：N=I/Ir
指数α可选
K为常数
现以三种斜率的保护特性为例：
● A型反时限
tr=K/（N0.02-1） （17）
● B型反时限
tr=K/（N-1） （18）
● C型反时限
tr=K/（N4-1） （19）
K值可根据保护要求设定，或参照前述基本保护特性NIr（如N=2或N=6）对应的时间tr设定。
7.2 动作值的测量和控制
将式（17）、（18）、（19）变换为
A=t（N0.02-1） （20）
A=t（N-1） （21）
A=t（N4-1） （22）
在实际运行中可每经过一个等间隔Δt进行一次累加，逐次计算A值，逐次与K值比较，直至达到设定值K值，求出延时时间tr。
以式（21）为例，设
对应式（20）和（22）可以采用同样方法进行计算和控制。
但是应用此方法计算有两个问题需要解决：
（1）设定N的阈值
通常在K的设定值范围，在N=1.05的条件下，计算值tr很可能小于1h，不能满足软起动器要求。为了防止在1.05Ir及以下的误脱扣，需设定阈值,如设定Nd=1.15，当N≤Nd时可仍按基本数学模型控制和计算。
（2）阈值上下数学模型的转换
如在N>Nd时，按式（20）～（22）的数学模型进行计算和控制。
现举例说明如下
● 保护特性取式（21），设定K=13.5
根据式（12）计算T值，取k2=1.15
T=13.5/1.152=10.2
在N≤Nd时按前面第4节所述方法进行计算和控制。
在N>Nd时按式（21）的数学模型进行计算，如果在尚未达到动作值时电流又下降使N≤Nd，并且当前A值为Ay。则此后需按基本数学模型累加计算A值：
（24）
…………
式中初始值Ay为原数学模型下保留的A值。以下按前面第4节所述方法进行计算和控制。
如果此后又回复N>Nd条件，应重新按式（21）的数学模型计算和控制。在反复转换数学模型时不需改变K值和当前的A值。
● 保护特性取式（22），设定K=1200
根据式（12）计算T值，取k2=1.15
T=1200/1.152=907.4
在N≤Nd时按前面第4节所述方法进行计算和控制。
在N>Nd时按式（22）的数学模型进行计算，如果在尚未达到动作值电流又下降至N≤Nd，并且当前A值为Ay。则需按式（24）计算A值。
如果此后又回复N>Nd条件，应重新按式（22）的数学模型计算和控制。在反复转换数学模型时不需改变K值和当前A值。
7.3 误差分析
对式（16）微分
式（19）、（20）和（21）三种数学模型时间相对误差与电流相对误差之间的传递系数计算值见表3。
表3 三种数学模型时间相对误差与电流相对误差之间的传递系数计算值
由表3中可见，当α=0.02和α=1时在Nr≥1.5的情况下，要满足延时时间的误差不超过±10%的要求并不困难；但是在α=4时，因特性曲线斜率值大，要达到同样的指标是有一定难度的，即使电流测量误差为±2%，再考虑K的控制误差和数值化整等因素，延时时间的误差也可能大于±10%。
8 结束语
本文提出的一套利用数值积分法解决反时限保护特性的实时测量和控制方法，既可比较合理、方便的提供多种保护特性，又可较好的解决负载不断变化情况下的热记忆问题，还有助于提高长延时控制单元的抗干扰能力。
由于在实时控制中，微处理器在很短时间内无法完成一些函数的复杂数学运算，本文中的一些计算公式和参数在工程计算中需要进行了变换和处理，在CMC系列软起动器中得到了应用，通过实际运行达到了理想的效果。
5. 为防止起重机超载应装设什么限制器