JP2012171760A - クレーン装置 - Google Patents

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

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）。

特開２００８−０６１３５１号公報

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。

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。

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。

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。 クレーン動作例を示す説明図である。 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、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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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