JP2012171760A - クレーン装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】回生電力による非常用発電機への影響を抑制できるクレーン装置を提供する。
【解決手段】地上電源設備20から供給された交流の電源電力を直流電力に変換して共通母線18へ供給するコンバータ12と、前記共通母線の直流電力を交流の駆動電力へ変換して、荷物の巻上下を行う電動機14を駆動するインバータ13と、前記インバータで直流電力に変換されて前記共通母線へ供給された前記電動機からの回生電力を含む、前記直流電力の余剰分を、前記共通母線から吸収する余剰電力吸収装置17とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】地上電源設備20から供給された交流の電源電力を直流電力に変換して共通母線18へ供給するコンバータ12と、前記共通母線の直流電力を交流の駆動電力へ変換して、荷物の巻上下を行う電動機14を駆動するインバータ13と、前記インバータで直流電力に変換されて前記共通母線へ供給された前記電動機からの回生電力を含む、前記直流電力の余剰分を、前記共通母線から吸収する余剰電力吸収装置17とを備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、クレーン制御技術に関し、特に地上給電により動作するクレーンで発生する回生電力を制御する技術に関する。
岸壁に着岸した船舶に対してコンテナの積み降ろしを行う岸壁クレーンなどのクレーン装置には、高圧受電設備や分岐設備などの地上電源設備からケーブルを介して供給された電源電力により、複数の電動機を駆動して、巻上、巻下、横行、走行などの各種クレーン動作を行うものがある。
このようなクレーン装置が設置される港湾では、当所の電源事情に応じて、ディーゼル発電機を用いた非常用の発電機を設け、商用電源と非常用の発電機電源とを切り替えて運用する場合もある。例えば、商用電源の電力供給容量が比較的小さく、電力需要のピークに対応できない場合には、停電などが発生して、クレーン装置の運転が出来なくなってしまう。したがって、商用電源とは別個に非常用の発電機を設け、停電の危険がある場合には非常用の発電機から電力を供給してピークカットを行う電源切替システムが考案されている(例えば、特許文献1など参照)。
このようなクレーン装置では、荷物の巻下などの動作において、電動機から発生した回生電力を、ヤード内での他の電力として使用できるように、地上電源設備へ戻している。変電所などの商用電源からの電力でクレーン装置を運転する場合、非常用の発電機と比べて容量が大きいため、このような回生電力を吸収し、さらにはその電力を接続された別の機器で再利用する機能を有している場合がほとんどである。
しかし、非常用の発電機からの電力に切り替えてクレーン装置を運転する場合、発生した回生電力をディーゼル発電機のエンジンブレーキ等で熱に変換し消費しなくてはならない。このため、単にクレーン装置に電力を供給する小容量のディーゼル発電機の場合と比べて大容量の非常用ディーゼル発電機が必要であった。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、回生電力による非常用発電機への影響を抑制できるクレーン装置を提供することを目的としている。
しかし、非常用の発電機からの電力に切り替えてクレーン装置を運転する場合、発生した回生電力をディーゼル発電機のエンジンブレーキ等で熱に変換し消費しなくてはならない。このため、単にクレーン装置に電力を供給する小容量のディーゼル発電機の場合と比べて大容量の非常用ディーゼル発電機が必要であった。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、回生電力による非常用発電機への影響を抑制できるクレーン装置を提供することを目的としている。
このような目的を達成するために、本発明にかかるクレーン装置は、地上電源設備から供給された交流の電源電力を直流電力に変換して共通母線へ供給するコンバータと、共通母線の直流電力を交流の駆動電力へ変換して、荷物の巻上下を行う電動機を駆動するインバータと、インバータで直流電力に変換されて共通母線へ供給された電動機からの回生電力を、共通母線から吸収する余剰電力吸収装置とを備えている。
この際、余剰電力吸収装置で、共通母線の直流電圧が上限しきい値電圧より上昇した際に、共通母線の直流電力の余剰分を吸収するようにしてもよい。
また、余剰電力吸収装置として、共通母線の直流電圧が上限しきい値電圧より上昇した際に、共通母線の直流電力を熱変換して放熱する抵抗器を用いてもよい。
また、余剰電力吸収装置として、共通母線の直流電圧が上限しきい値電圧より上昇した際に、共通母線の直流電力を蓄電電力として蓄電し、共通母線の直流電圧が下限しきい値電圧より低下した際に、蓄電電力を共通母線へ再供給する蓄電装置を用いてもよい。
また、余剰電力吸収装置として、共通母線の直流電圧が上限しきい値電圧より上昇した際に、共通母線の直流電力を熱変換して放熱する抵抗器を用いてもよい。
また、余剰電力吸収装置として、共通母線の直流電圧が上限しきい値電圧より上昇した際に、共通母線の直流電力を蓄電電力として蓄電し、共通母線の直流電圧が下限しきい値電圧より低下した際に、蓄電電力を共通母線へ再供給する蓄電装置を用いてもよい。
本発明によれば、大きな回生電力がコンバータを介して非常用発電機へ供給されることがなくなり、回生電力による非常用発電機への影響を抑制できる。したがって、電動機で発生した大きな回生電力を吸収できないような、小容量のディーゼル発電機であっても、非常用発電機として用いることができる。
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[クレーン装置]
まず、図1を参照して、本発明の一実施の形態にかかるクレーン装置について説明する。図1は、本発明の一実施の形態にかかるクレーン装置の構成を示すブロック図である。
[クレーン装置]
まず、図1を参照して、本発明の一実施の形態にかかるクレーン装置について説明する。図1は、本発明の一実施の形態にかかるクレーン装置の構成を示すブロック図である。
このクレーン装置10は、岸壁に着岸した船舶に対してコンテナの積み降ろしを行う岸壁クレーンなどのクレーン装置であり、主な構成として、変圧器11、コンバータ12、インバータ13、電動機14、変圧器15、補機設備16、余剰電力吸収装置17、および共通母線18が設けられている。
地上電源設備20は、高圧受電設備や分岐設備であり、ケーブル22を介してクレーン装置へ交流の電源電力を供給する。非常用発電機21は、ディーゼル発電機などの小容量の発電設備であり、商用電源からの電力供給が十分でない場合、地上電源設備20で電力が切り替えられて、ケーブル22を介してクレーン装置へ交流の電源電力を供給する。
本実施の形態は、共通母線18に余剰電力吸収装置17を接続し、インバータ13を介して電動機14から共通母線18へ出力された回生電力を含む、共通母線18の直流電力の余剰分を、余剰電力吸収装置17で吸収するようにしたものである。
以下、本実施の形態にかかるクレーン装置の構成について詳細に説明する。
変圧器11は、ケーブル22を介して地上電源設備20から供給された交流の電源電力を変圧して出力する機能を有している。
コンバータ12は、例えばPWMコンバータなどからなり、変圧器11から出力された変圧後の交流電力を、直流電力に変換して共通母線18へ供給する機能を有している。図1の例では、変圧器11と共通母線18との間に複数のコンバータ12が並列接続されている。
変圧器11は、ケーブル22を介して地上電源設備20から供給された交流の電源電力を変圧して出力する機能を有している。
コンバータ12は、例えばPWMコンバータなどからなり、変圧器11から出力された変圧後の交流電力を、直流電力に変換して共通母線18へ供給する機能を有している。図1の例では、変圧器11と共通母線18との間に複数のコンバータ12が並列接続されている。
インバータ13は、共通母線18に供給されている直流電力を、クレーン動作に必要な周波数および振幅を持つ交流の駆動電力に変換して、電動機14へ供給することにより、電動機14を駆動する機能と、電動機14で発生した交流の回生電力を直流電力へ変換して共通母線18へ供給する機能を有している。
電動機14は、巻上、巻下、横行、走行など、各種のクレーン動作を実行する電動機である。
これらインバータ13や電動機14は、各種クレーン動作に応じてそれぞれ複数設けられている。
電動機14は、巻上、巻下、横行、走行など、各種のクレーン動作を実行する電動機である。
これらインバータ13や電動機14は、各種クレーン動作に応じてそれぞれ複数設けられている。
変圧器15は、ケーブル22を介して地上電源設備20や非常用発電機21から供給された交流の電源電力を変圧して出力する機能を有している。
補機設備16は、空調設備や照明設備など、電動機14以外の各種電気設備である。
補機設備16は、空調設備や照明設備など、電動機14以外の各種電気設備である。
余剰電力吸収装置17は、共通母線18に接続されて、インバータ13を介して電動機14から共通母線18へ供給された回生電力を含む、直流電力の余剰分を、共通母線18から吸収する機能を有している。
余剰電力吸収装置17の具体例としては、回生電力を熱変換して空気中に放熱する抵抗器や、回生電力を一旦蓄電し必要に応じて共通母線18へ供給する蓄電装置(キャパシタやリチウムイオン電池)などが用いられる。
余剰電力吸収装置17の具体例としては、回生電力を熱変換して空気中に放熱する抵抗器や、回生電力を一旦蓄電し必要に応じて共通母線18へ供給する蓄電装置(キャパシタやリチウムイオン電池)などが用いられる。
この他、クレーン装置10には、オペレータの指令操作に応じてインバータ13を制御することにより、当該クレーン動作に応じた電動機14を駆動するコントローラなどの一般的な構成が各種設けられているが、ここでの説明は省略する。
[クレーン装置の動作]
次に、図2および図3を参照して、本実施の形態にかかるクレーン装置の動作について説明する。図2は、クレーン動作例を示す説明図である。図3は、クレーン動作に対する回生電力吸収動作を示すタイミングチャートである。
次に、図2および図3を参照して、本実施の形態にかかるクレーン装置の動作について説明する。図2は、クレーン動作例を示す説明図である。図3は、クレーン動作に対する回生電力吸収動作を示すタイミングチャートである。
まず、図1を参照して、クレーン装置10全体の動作について説明する。
地上電源設備20からの電源電力は、ケーブル22を介してクレーン装置10へ供給される。クレーン装置10では、この電源電力を電動機14用の変圧器11と補機設備16用の変圧器15で、それぞれ別個の二次電圧を持つ電力に変圧する。
地上電源設備20からの電源電力は、ケーブル22を介してクレーン装置10へ供給される。クレーン装置10では、この電源電力を電動機14用の変圧器11と補機設備16用の変圧器15で、それぞれ別個の二次電圧を持つ電力に変圧する。
変圧器11から出力された電力は、並列接続されている各コンバータ12に入力されて直流電力に変換され、共通母線18へ供給される。共通母線18には、複数のインバータ13が並列接続されており、クレーン動作と対応するインバータ13で共通母線18の直流電力が、当該クレーン動作に必要な周波数および振幅を持つ交流の駆動電力に変換されて、対応する電動機14へ供給される。これにより、電動機14が駆動されてクレーン動作が開始される。
一方、変圧器15から出力された電力は、補機設備16へ供給され、空調設備や照明設備などの各種電気設備が駆動される。
一方、変圧器15から出力された電力は、補機設備16へ供給され、空調設備や照明設備などの各種電気設備が駆動される。
次に、図2および図3を参照して、余剰電力吸収装置17の動作について説明する。
岸壁に着岸した船舶30からコンテナ31を地上34へ降ろす場合、クレーン装置10は、まず、トロリー33に吊り下げられているスプレッダ32をコンテナ31に取り付ける。
その後、時刻T1に、主巻用の電動機14の駆動を開始して、スプレッダ32のワイヤを巻上げることにより、コンテナ31の巻上動作を開始する。この際、主巻用の電動機14で消費される電力は、ほぼ最大電力まで上昇する。
岸壁に着岸した船舶30からコンテナ31を地上34へ降ろす場合、クレーン装置10は、まず、トロリー33に吊り下げられているスプレッダ32をコンテナ31に取り付ける。
その後、時刻T1に、主巻用の電動機14の駆動を開始して、スプレッダ32のワイヤを巻上げることにより、コンテナ31の巻上動作を開始する。この際、主巻用の電動機14で消費される電力は、ほぼ最大電力まで上昇する。
時刻T2に、所定の高さまで船舶30からコンテナ31の巻上が完了した場合、クレーン装置10は、主巻用の電動機14を停止するとともにスプレッダ32のワイヤを固定した後、横行用の電動機14の駆動を開始して、トロリー33を船舶30から地上34方向へ移動させる横行動作を開始する。
この後、時刻T4に、地上34のコンテナ31を降ろす位置までトロリー33が移動した場合、横行用の電動機14を一旦停止して詳細に駆動することにより、トロリー33の位置を微調整する。
位置調整完了後、時刻T5に、スプレッダ32のワイヤを緩めることにより、コンテナ31の巻下動作を開始し、時刻T6にコンテナ31が地上34に着地した時点で、主巻用の電動機14を停止し、スプレッダ32をコンテナ31から取り外し、一連のクレーン動作を終了する。
位置調整完了後、時刻T5に、スプレッダ32のワイヤを緩めることにより、コンテナ31の巻下動作を開始し、時刻T6にコンテナ31が地上34に着地した時点で、主巻用の電動機14を停止し、スプレッダ32をコンテナ31から取り外し、一連のクレーン動作を終了する。
この際、横行動作時、トロリー33がコンテナ31を降ろす位置に近づいた時刻T3の時点で、移動速度を減速するため、インバータ13から横行用の電動機14への電源供給を停止する。このため、トロリー33の惰性により横行用の電動機14が回転し、回生電力が発生する。
同様に、巻下動作時、スプレッダ32がコンテナ31の自重により主巻用の電動機14が回転し、回生電力が発生する。
同様に、巻下動作時、スプレッダ32がコンテナ31の自重により主巻用の電動機14が回転し、回生電力が発生する。
これら回生電力は、インバータ13により交流電力から直流電力へ変換されて、共通母線18へ供給される。
余剰電力吸収装置17は、共通母線18上の直流電圧を監視しており、回生電力により共通母線18の直流電圧が上限しきい値電圧より上昇した際に、共通母線18からの回生電力を吸収する。
余剰電力吸収装置17は、共通母線18上の直流電圧を監視しており、回生電力により共通母線18の直流電圧が上限しきい値電圧より上昇した際に、共通母線18からの回生電力を吸収する。
これにより、インバータ13を介して電動機14から共通母線18へ供給された回生電力は、余剰電力吸収装置17で吸収される。このため、回生電力がコンバータ12を介して非常用発電機21へ供給されることはなくなり、回生電力による非常用発電機21への影響を抑制できる。
したがって、本実施の形態にかかるクレーン装置10によれば、電動機14で発生した回生電力を吸収できないような、小容量の発電設備であっても、非常用発電機21として用いることができる。
したがって、本実施の形態にかかるクレーン装置10によれば、電動機14で発生した回生電力を吸収できないような、小容量の発電設備であっても、非常用発電機21として用いることができる。
特に、余剰電力吸収装置17として抵抗器を用いた場合、回生電力は熱に変換されて空気中に放熱される。このため、比較的安価な構成で回生電力を吸収できる。
また、余剰電力吸収装置17として蓄電装置を用いた場合、回生電力は蓄電電力として電池に蓄積され、共通母線18の直流電圧が下限しきい値電圧以下に低下した際、例えば荷物の巻上動作時に多くの直流電力が電動機14で使用されて共通母線18の直流電圧が低下した際に、共通母線18へ再供給される。これにより、クレーン装置10での電源電力の消費を抑制することができるとともに、回生電力の吸収だけではなくその再利用を行うことができ、地上電源設備の電力吸収機能や再利用機能に依存することなく、クレーン装置10全体のエネルギー効率を改善できる。
また、余剰電力吸収装置17として蓄電装置を用いた場合、回生電力は蓄電電力として電池に蓄積され、共通母線18の直流電圧が下限しきい値電圧以下に低下した際、例えば荷物の巻上動作時に多くの直流電力が電動機14で使用されて共通母線18の直流電圧が低下した際に、共通母線18へ再供給される。これにより、クレーン装置10での電源電力の消費を抑制することができるとともに、回生電力の吸収だけではなくその再利用を行うことができ、地上電源設備の電力吸収機能や再利用機能に依存することなく、クレーン装置10全体のエネルギー効率を改善できる。
10…クレーン装置、11…変圧器、12…コンバータ、13…インバータ、14…電動機、15…変圧器、16…補機設備、17…余剰電力吸収装置、18…共通母線、20…地上電源設備、21…非常用発電機、22…ケーブル、30…船舶、31…コンテナ、32…スプレッダ、33…トロリー、34…地上。
Claims (4)
- 地上電源設備から供給された交流の電源電力を直流電力に変換して前記共通母線へ供給するコンバータと、
前記共通母線の直流電力を交流の駆動電力へ変換して、荷物の巻上下を行う電動機を駆動するインバータと、
前記インバータで直流電力に変換されて前記共通母線へ供給された前記電動機からの回生電力を含む、前記直流電力の余剰分を、前記共通母線から吸収する余剰電力吸収装置と
を備えることを特徴とするクレーン装置。 - 請求項1に記載のクレーン装置において、
前記余剰電力吸収装置は、前記共通母線の直流電圧が上限しきい値電圧より上昇した際に、前記直流電力の余剰分を吸収することを特徴とするクレーン装置。 - 請求項1に記載のクレーン装置において、
前記余剰電力吸収装置は、前記共通母線の直流電圧が上限しきい値電圧より上昇した際に、前記直流電力の余剰分を熱変換して放熱する抵抗器からなることを特徴とするクレーン装置。 - 請求項1に記載のクレーン装置において、
前記余剰電力吸収装置は、前記共通母線の直流電圧が上限しきい値電圧より上昇した際に、前記直流電力の余剰分を蓄電電力として蓄電し、前記共通母線の直流電圧が下限しきい値電圧より低下した際に、前記蓄電電力を前記共通母線へ再供給する蓄電装置からなることを特徴とするクレーン装置。
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2011
- 2011-02-23 JP JP2011036845A patent/JP2012171760A/ja active Pending
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