JP4634817B2

JP4634817B2 - Load drive device

Info

Publication number: JP4634817B2
Application number: JP2005045546A
Authority: JP
Inventors: 裕二志賀; 正典今関; 剛男田原; 進下田; 圭阿久根
Original assignee: IHI Corp; IHI Transport Machinery Co Ltd
Current assignee: IHI Corp; IHI Transport Machinery Co Ltd
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2025-02-22
Also published as: JP2006238520A

Description

本発明は、クレーン等の昇降機を駆動するに好適な負荷駆動装置に関する。 The present invention relates to a load driving device suitable for driving an elevator such as a crane.

クレーン等の昇降機を駆動する負荷駆動装置は、一般に交流電源を直流電力に変換する直流・交流コンバータと、この直流・交流コンバータから出力される直流電力を、電圧および周波数が制御された交流に変換して電動機を駆動するインバータとを備えて構成される。また上記直流・交流コンバータから出力される直流電力をコンデンサ（蓄電器）に蓄え、このコンデンサに蓄積された電力を用いて前記インバータを力行駆動すると共に、前記電動機を介して得られる回生電力を上記コンデンサに蓄積して前記インバータの駆動に再利用することも提唱されている（例えば特許文献１を参照）。 Load drive devices that drive cranes and other elevators generally convert a DC / AC converter that converts AC power into DC power, and the DC power output from this DC / AC converter is converted to AC with controlled voltage and frequency. And an inverter for driving the electric motor. Further, the DC power output from the DC / AC converter is stored in a capacitor (capacitor), and the inverter is power-driven using the power stored in the capacitor, and the regenerative power obtained via the motor is supplied to the capacitor. It is also proposed to accumulate the data in the inverter and reuse it for driving the inverter (see, for example, Patent Document 1).

また最近、小型で大容量の電気二重層コンデンサが注目されており、上述した負荷駆動装置における電力蓄積用のコンデンサとして電気二重層コンデンサを用いることが考えられている。
特開平１０−２６７０７６号公報 Recently, attention has been focused on a small-sized and large-capacity electric double layer capacitor, and it is considered to use an electric double layer capacitor as a power storage capacitor in the load driving device described above.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-267076

ところで上述したクレーン等の昇降機における電動機の駆動には多大な電力（力行エネルギ）を要し、また電動機から得られる回生電力（回生エネルギ）も大きい。従ってその電力（電力エネルギ）を如何にして効率的に電気二重層コンデンサに入出力するかが問題となる。しかも電気二重層コンデンサに蓄積した電力エネルギを有効に活用し、また電動機から得られた回生電力を無駄なく回収して再利用するには、電動機の運転条件に応じて電気二重層コンデンサに蓄積した電力量を適正に保つことが必要である。 By the way, driving the electric motor in the elevator such as the crane described above requires a large amount of electric power (powering energy), and the regenerative electric power (regenerative energy) obtained from the electric motor is large. Therefore, how to efficiently input / output the electric power (power energy) to / from the electric double layer capacitor becomes a problem. Moreover, in order to effectively use the energy stored in the electric double layer capacitor and to recover and reuse the regenerative power obtained from the motor without waste, it was stored in the electric double layer capacitor according to the operating conditions of the motor. It is necessary to keep the amount of power appropriate.

具体的には電動機の力行運転が想定される場合には、その力行駆動に要する電力エネルギを予め電気二重層コンデンサに蓄えておくことが必要である。逆に電動機の回生運転が予想される場合には、その回生電力を電気二重層コンデンサに確実に蓄積し得るように該電気二重層コンデンサに蓄積されている電力量を低く抑え、その充電可能な容量に余裕を持たせておくことが必要である。 Specifically, when a power running operation of the electric motor is assumed, it is necessary to store power energy required for the power running drive in advance in an electric double layer capacitor. Conversely, when regenerative operation of the motor is expected, the amount of power stored in the electric double layer capacitor can be kept low so that the regenerative power can be reliably stored in the electric double layer capacitor, and the electric charge can be charged. It is necessary to provide a sufficient capacity.

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、負荷の運転条件に応じてコンデンサに蓄えておく電力量を適正に制御することができ、これによって上記コンデンサを介する負荷の駆動と負荷から回収される回生電力の蓄積とを効率的に行い得るようにした負荷駆動装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is to appropriately control the amount of power stored in the capacitor in accordance with the operating condition of the load, and thereby the load through the capacitor. It is an object of the present invention to provide a load driving device that can efficiently perform the driving of the motor and accumulation of regenerative power recovered from the load.

上述した目的を達成するべく本発明に係る負荷駆動装置は、外部電源から与えられる交流電力を直流電力に変換する機能、および直流電力を交流電力に変換して前記外部電源に回生する機能を備えた交流・直流コンバータと、この交流・直流コンバータから出力される直流電力を蓄積するコンデンサと、昇降機を駆動する電動機と、このコンデンサに蓄積された直流電力および／または前記交流・直流コンバータから出力された直流電力を、電圧および周波数が制御された交流電力に変換して前記電動機を駆動すると共に、前記電動機に生じた回生電力を回収して前記電気二重層コンデンサに蓄積するインバータとを具備したものであって、
特に前記交流・直流コンバータの作動を制御する制御器は、
<ａ> 前記昇降機により昇降される物体の重量、物体の最大上昇位置、物体の現在の位置、物体の最大下降位置の各情報に基づいて、物体を上昇させる場合には、現在の位置から前記最大上昇位置まで物体を上昇させる力行駆動に要する力行電力量を予測し、前記力行電力量を前記コンデンサから得られるように予め前記コンデンサに蓄積する電力を調整しておくべく前記交流・直流コンバータに対する直流電圧設定値を決定し、物体を下降させる場合には、現在の位置から前記最大下降位置まで物体を下降させる際に回生される回生電力量を予測し、前記回生電力量を前記コンデンサに全て蓄積し得るように予め前記コンデンサに蓄積する電力を調整しておくべく前記直流電圧設定値を決定する制御条件設定手段と、
<ｂ> 前記交流・直流コンバータの直流側での直流電圧検出値が前記直流電圧設定値よりも小さいときには、予め設定した電流制限値の範囲内で前記外部電源からの電力供給運転を行わせる第１の制御手段と、
<ｃ> 前記直流電圧検出値が前記直流電圧設定値よりも大きいときには、前記電流制限値の範囲内で前記外部電源への電力回生運転を行わせる第２の制御手段とを備えることを特徴としている。 In order to achieve the above-described object, a load driving device according to the present invention has a function of converting AC power supplied from an external power source into DC power, and a function of converting DC power into AC power and regenerating the external power source. AC / DC converter, capacitor for storing DC power output from the AC / DC converter, motor for driving the elevator , DC power stored in the capacitor and / or output from the AC / DC converter which DC power, to drive the electric motor is converted into AC power voltage and frequency are controlled, equipped an inverter that accumulated in the electric double layer capacitor to recover the regenerative electric power generated in the electric motor was Because
In particular, the controller for controlling the operation of the AC / DC converter is:
<a> When the object is to be raised based on the information on the weight of the object that is lifted and lowered by the elevator, the maximum rising position of the object, the current position of the object, and the maximum lowering position of the object, Predicting the amount of powering power required for powering driving to raise the object to the maximum ascending position, and adjusting the power stored in the capacitor in advance so that the powering power amount can be obtained from the capacitor, the AC / DC converter When the DC voltage set value is determined and the object is lowered, the regenerative power amount that is regenerated when the object is lowered from the current position to the maximum lowered position is predicted, and the regenerative power amount is all stored in the capacitor. Control condition setting means for determining the DC voltage set value to adjust the power stored in the capacitor in advance so that it can be stored ;
<b> when the detected DC voltage value of the DC side of said AC-DC converter is less than the DC voltage set value, the cause within the preset current limit value to perform power supply operation from said external power source 1 control means;
<c> When the DC voltage detection value is larger than the DC voltage set value, the second control means for performing a power regeneration operation to the external power source within the range of the current limit value. Yes.

好ましくは請求項２に記載するように前記電流値制限値は、前記交流・直流コンバータの最大許容電流以下の値として予め設定される。 Preferably, the current value limit value is set in advance as a value equal to or less than a maximum allowable current of the AC / DC converter .

上述したように構成された負荷駆動装置によれば、交流・直流コンバータの作動を制御する制御器は、負荷の状態量に応じて該負荷の力行駆動に要する電力量または前記負荷から回生される電力量を予測し、予測した電力量に基づいて前記コンデンサに蓄積すべき電力量を制御する為の前記交流・直流コンバータに対する直流電圧設定値を決定する。そして交流・直流コンバータの直流側での直流電圧検出値、つまりコンデンサの充電電圧（端子電圧）が上記直流電圧設定値よりも大きいか、或いは小さいかに応じて前記交流・直流コンバータの作動を制御する。具体的にはコンデンサの充電電圧が上記直流電圧設定値よりも小さいときには、前記交流・直流コンバータに外部電源からコンデンサに電力供給する電力供給運転を行わせ、逆にコンデンサの充電電圧が上記直流電圧設定値よりも大きいときには、コンデンサに蓄積されている電力を外部電源に戻す電力回生運転を行わせることになる。 According to the load driving device configured as described above, the controller that controls the operation of the AC / DC converter is regenerated from the amount of power required for powering driving of the load or the load according to the state quantity of the load. A power amount is predicted, and a DC voltage setting value for the AC / DC converter for controlling the power amount to be stored in the capacitor is determined based on the predicted power amount. The operation of the AC / DC converter is controlled depending on whether the DC voltage detection value on the DC side of the AC / DC converter, that is, the charging voltage (terminal voltage) of the capacitor is larger or smaller than the DC voltage setting value. To do. Specifically, when the charging voltage of the capacitor is smaller than the DC voltage set value, the AC / DC converter is operated to supply power from the external power source to the capacitor, and conversely, the charging voltage of the capacitor is the DC voltage. When the value is larger than the set value, the electric power regeneration operation for returning the electric power stored in the capacitor to the external power source is performed.

従って負荷の状態に応じて予測される前記負荷の駆動電力量または前記負荷からの回生電力量を見込んで前記コンデンサの充電量を適正に制御することが可能となる。従ってコンデンサを介して負荷を安定に駆動し、また負荷から得られる回生電力を前記コンデンサに確実に蓄積することが可能となる。しかもコンデンサの充電量に応じて前記交流・直流コンバータの電力供給運転と電力回生運転とを、予め設定した電流制限値の範囲でそれぞれ実行するので、コンデンサに過度な負担を掛けることなしに上記コンデンサの充電量を適正化することができる。 Therefore, it is possible to appropriately control the charge amount of the capacitor in anticipation of the drive power amount of the load predicted according to the load state or the regenerative power amount from the load. Therefore, it is possible to stably drive the load via the capacitor and to reliably store the regenerative power obtained from the load in the capacitor. In addition, since the power supply operation and the power regeneration operation of the AC / DC converter are respectively performed within the range of preset current limit values in accordance with the charge amount of the capacitor, the above capacitor can be used without imposing an excessive burden on the capacitor. The amount of charge can be optimized.

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る負荷駆動装置について説明する。
この負荷駆動装置は、例えば物品（荷物）を吊り上げて昇降させるクレーンや、物品を載置する昇降ステージを上下動させるリフタ等における駆動用の誘導電動機（モータ）を負荷とし、外部電源から与えられる交流電力（例えば２００Ｖの動力系三相交流電力）を用いて上記電動機を駆動するものである。特に負荷駆動装置は、基本的には交流・直流コンバータを用いて交流電力から直流電力を生成し、更にこの直流電力からインバータを用いて電圧および周波数が制御された交流電力を生成して電動機（負荷）を駆動するように構成される。 Hereinafter, a load driving device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
This load driving device is supplied from an external power source, for example, with a driving induction motor (motor) in a crane that lifts and lowers an article (luggage), a lifter that moves an elevating stage for placing the article up and down, etc. The electric motor is driven using AC power (for example, 200V power system three-phase AC power). In particular, the load driving device basically generates DC power from AC power using an AC / DC converter, and further generates AC power whose voltage and frequency are controlled from this DC power using an inverter. Load).

即ち、本発明に係る負荷駆動装置は、図１にその概略的なブロック構成を示すように外部電源１から与えられる交流電力を直流電力に変換する交流・直流コンバータ２と、この交流・直流コンバータ２から出力される直流電力を蓄積するコンデンサ３を備える。このコンデンサ３は、例えば小型で充電容量の大きい電気二重層コンデンサからなる。更に負荷駆動装置は、上記コンデンサ３に蓄積された直流電力および／または前記交流・直流コンバータ１から出力される直流電力から電圧および周波数を制御した交流電力を生成して負荷（電動機）４を駆動するインバータ５を備える。またこのインバータ５は、前記負荷（電動機）４から回生電力が得られるとき、その回生電力を直流電力に変換して回収して前記コンデンサ３に蓄積する機能を備えたものである。 That is, the load driving device according to the present invention includes an AC / DC converter 2 that converts AC power supplied from an external power source 1 into DC power, as shown in FIG. 2 includes a capacitor 3 for accumulating the DC power output from 2. The capacitor 3 is composed of, for example, an electric double layer capacitor that is small and has a large charge capacity. Further, the load driving device generates the AC power whose voltage and frequency are controlled from the DC power stored in the capacitor 3 and / or the DC power output from the AC / DC converter 1 to drive the load (motor) 4. An inverter 5 is provided. The inverter 5 has a function of converting the regenerative power into DC power, collecting it and storing it in the capacitor 3 when regenerative power is obtained from the load (electric motor) 4.

尚、前記インバータ５は、負荷４の駆動状態に応じて負荷制御器６によりその動作が制御される。特に負荷制御器６は、負荷４の駆動に要する電力が正（＋）である場合には、コンデンサ３に蓄積された電力および／または交流・直流コンバータ２から得られる電力を用いて負荷４を力行駆動し、また負荷４の駆動に要する電力が負（−）であり、負荷４を介して電力が回生される場合には、その回生電力を回収して前記コンデンサ３を充電するものとなっている。 The operation of the inverter 5 is controlled by a load controller 6 according to the driving state of the load 4. In particular, when the power required for driving the load 4 is positive (+), the load controller 6 controls the load 4 using the power stored in the capacitor 3 and / or the power obtained from the AC / DC converter 2. When power driving is performed and the power required for driving the load 4 is negative (−) and power is regenerated through the load 4, the regenerative power is recovered and the capacitor 3 is charged. ing.

また前記交流・直流コンバータ２は、その直流側の電圧、具体的にはコンデンサ３の充電電圧（端子電圧）に応じて電源制御器７によりその動作が制御される。特に電源制御器７は、負荷５の状態に応じて前記インバータ３による上記負荷５の駆動に要する電力量、或いは負荷５から得られる回生電力量を予測し（予測機能７ａ）、この予測した電力量に従って前記コンデンサ３の充電量（蓄積電力量）を制御する為の直流電圧設定設定値Ｖfixを設定している（電圧設定機能７ｂ）。そしてその直流系にて検出されるコンデンサ３の充電電圧Ｖsenc上述した直流電圧設定設定値Ｖfixとを比較し、その比較結果に応じて前記交流・直流コンバータ２を電力供給運転、または電力回生運転させることでコンデンサ３の充電量を制御するものとなっている。 The operation of the AC / DC converter 2 is controlled by the power supply controller 7 according to the DC side voltage, specifically, the charging voltage (terminal voltage) of the capacitor 3. In particular, the power controller 7 predicts the amount of power required to drive the load 5 by the inverter 3 or the amount of regenerative power obtained from the load 5 according to the state of the load 5 (prediction function 7a), and the predicted power The DC voltage setting set value Vfix for controlling the charge amount (accumulated power amount) of the capacitor 3 is set according to the amount (voltage setting function 7b). Then, the charging voltage Vsenc of the capacitor 3 detected in the DC system is compared with the DC voltage set value Vfix described above, and the AC / DC converter 2 is operated to supply power or regenerate according to the comparison result. Thus, the charge amount of the capacitor 3 is controlled.

具体的にはコンデンサ３の充電量Ｕは、その容量をＣとしたとき［Ｕ＝（１／２）ＣＶ²］として示され、図２に示すように充電電圧Ｖの２乗に比例して変化する。換言すればコンデンサ３に加える電圧（印加電圧）がその端子電圧よりも高い場合には、コンデンサ３に蓄積し得る電気容量（電気エネルギ量）に余裕があるので、その端子電圧が印加電圧に達するまでコンデンサ３に対する充電が行われる。これに対してコンデンサ３に加える電圧（印加電圧）がその端子電圧よりも低い場合には、コンデンサ３の蓄えられている電気容量（電気エネルギ量）が過剰なので、その端子電圧が印加電圧に達するまでコンデンサ３に対する放電が行われる。 Specifically, the charge amount U of the capacitor 3 is expressed as [U = (1/2) CV ² ] when its capacity is C, and is proportional to the square of the charge voltage V as shown in FIG. Change. In other words, when the voltage (applied voltage) applied to the capacitor 3 is higher than the terminal voltage, there is a margin in the electric capacity (electric energy amount) that can be stored in the capacitor 3, so that the terminal voltage reaches the applied voltage. Until the capacitor 3 is charged. On the other hand, when the voltage (applied voltage) applied to the capacitor 3 is lower than the terminal voltage, since the electric capacity (electric energy amount) stored in the capacitor 3 is excessive, the terminal voltage reaches the applied voltage. Until the capacitor 3 is discharged.

電源制御器７は、上述したようにコンデンサ３における充電量が該コンデンサ３に加える直流電圧の２乗に比例して変化することに着目し、負荷４の駆動に要する電力量（要求電力）をコンデンサ３に蓄積しておくべく、或いは負荷４から得られる電力量（回生電力量）を前記コンデンサ３に確実に蓄積するべく、前述したように交流・直流コンバータ２の出力電圧を直流電圧設定値Ｖfixとして設定している。 The power supply controller 7 pays attention to the fact that the amount of charge in the capacitor 3 changes in proportion to the square of the DC voltage applied to the capacitor 3 as described above, and determines the amount of power (required power) required to drive the load 4. As described above, the output voltage of the AC / DC converter 2 is set to the DC voltage setting value in order to store in the capacitor 3 or to store the electric energy (regenerative electric energy) obtained from the load 4 in the capacitor 3 with certainty. It is set as Vfix.

即ち、負荷４がクレーン等の昇降機である場合、荷物を吊り下げるワイヤを巻き上げて上記荷物を持ち上げるに際しては、その電動機の運転に力行電力を必要とする。そしてその駆動に要する電力Ｕdrivは、例えば荷物の重量Ｗと、クレーンの最大吊り上げ高さＨmaxおよび現在の高さ位置Ｈnowの各情報から
Ｕdriv＝Ｋ１・Ｗ・（Ｈmax−Ｈnow）
として予測（計算）することができる。但し、上記Ｋ１は力行運転時の機械効率および電気効率に依存する係数である。また逆に荷物を降ろす場合には、荷物の重量Ｗに逆らってワイヤを巻き戻す際に電動機に回生電力が生起される。そしてその回生電力Ｕbackは、クレーンの最大吊り下げ高さをＨminとして
Ｕback＝Ｋ2・Ｗ・（Ｈnow−Ｈmin）
として予測（計算）することができる。但し、上記Ｋ2は回生運転時の機械効率および電気効率に依存する係数である。 That is, when the load 4 is an elevator such as a crane, when the load is lifted by winding a wire that suspends the load, powering power is required to operate the electric motor. The electric power Udriv required to drive the vehicle is calculated from, for example, the weight W of the load, the maximum lifting height Hmax of the crane, and the current height position Hnow.
Can be predicted (calculated) as However, K1 is a coefficient depending on the mechanical efficiency and the electric efficiency during the power running operation. Conversely, when unloading a load, regenerative power is generated in the motor when the wire is rewound against the weight W of the load. And the regenerative power Uback is the maximum suspension height of the crane as Hmin. Uback = K2W (Hnow-Hmin)
Can be predicted (calculated) as However, K2 is a coefficient depending on the mechanical efficiency and the electric efficiency during the regenerative operation.

故に荷物の重量Ｗと、クレーンの状態である現在の高さ位置Ｈnowの各情報をそれぞれ求めれば、重量Ｗの荷物を現在の高さＨnowから高さＨmaxまで持ち上げる上で必要となる力行電力Ｕdriv、または上記荷物を現在の高さＨnowから高さＨminまで降ろす際に得られる回生電力Ｕbackをそれぞれ予測することが可能となる。従って荷物を持ち上げる場合、上記力行電力Ｕdrivをコンデンサ３から得られるように、また荷物を降ろす場合には、上記回生電力Ｕbackを前記コンデンサ３に蓄積し得るように、予め前記コンデンサ３に蓄積する電力量を調整しておくべく、前記交流・直流コンバータ２の出力電圧を直流電圧設定値Ｖfixとして設定している。 Therefore, if each piece of information on the weight W of the load and the current height position Hnow that is the state of the crane is obtained, the power running power Udriv required to lift the load of weight W from the current height Hnow to the height Hmax. Alternatively, it is possible to predict the regenerative power Uback obtained when the baggage is lowered from the current height Hnow to the height Hmin. Therefore, when lifting a load, the power running power Udriv can be obtained from the capacitor 3, and when unloading the load, the regenerative power Uback can be stored in the capacitor 3 so that the power can be stored in the capacitor 3 in advance. In order to adjust the amount, the output voltage of the AC / DC converter 2 is set as a DC voltage set value Vfix.

その上で、その直流系において検出されるコンデンサ３の充電電圧（端子電圧）Ｖsencと上記直流電圧設定値Ｖfixとを比較し（判定機能７ｃ）、その判定結果に応じて前記交流・直流コンバータ２を電力供給運転（電力供給運転機能７ｄ）し、または電力回生運転（電力回生運転機能７ｅ）させるものとなっている。特にコンデンサ３の充電電圧（端子電圧）Ｖsencが上記直流電圧設定値Ｖfixよりも低い場合には、図２に示すように上記充電電圧Ｖsencが直流電圧設定値Ｖfixに達するまで電力供給運転を実行させ、逆にコンデンサ３の充電電圧Ｖsencが上記直流電圧設定値Ｖfixよりも高い場合には、その充電電圧Ｖsencが直流電圧設定値Ｖfixに達するまで電力回生運転を実行させている。 Then, the charging voltage (terminal voltage) Vsenc of the capacitor 3 detected in the DC system is compared with the DC voltage set value Vfix (determination function 7c), and the AC / DC converter 2 is determined according to the determination result. The power supply operation (power supply operation function 7d) or the power regeneration operation (power regeneration operation function 7e) is performed. In particular, when the charging voltage (terminal voltage) Vsenc of the capacitor 3 is lower than the DC voltage setting value Vfix, the power supply operation is executed until the charging voltage Vsenc reaches the DC voltage setting value Vfix as shown in FIG. On the contrary, when the charging voltage Vsenc of the capacitor 3 is higher than the DC voltage setting value Vfix, the power regeneration operation is executed until the charging voltage Vsenc reaches the DC voltage setting value Vfix.

この結果、負荷４の力行駆動に要する電力をコンデンサ３に予め蓄積するように、或いはコンデンサ３における充電余裕容量が前記負荷４から得られる回生電力を上回るように、前記コンデンサ３の充電容量が調整される。尚、交流・直流コンバータ２の電力供給運転とは、外部電源１から供給される交流電力を直流電力に変換してコンデンサ３を充電する動作であり、電力回生運転とは、コンデンサ３に蓄えられている直流電力を交流電力に変換して外部電源１に戻す（逆供給する）動作である。またこれらの電力供給運転および電力回生運転は、一定の電流値制限の下で行われる。 As a result, the charging capacity of the capacitor 3 is adjusted so that the power required for powering driving of the load 4 is stored in the capacitor 3 in advance, or the charging margin capacity in the capacitor 3 exceeds the regenerative power obtained from the load 4. Is done. The power supply operation of the AC / DC converter 2 is an operation in which the AC power supplied from the external power source 1 is converted to DC power and the capacitor 3 is charged. The power regeneration operation is stored in the capacitor 3. This is an operation of converting the direct current power to alternating current power and returning it to the external power source 1 (reverse supply). Further, these power supply operation and power regeneration operation are performed under a certain current value limit.

具体的には前記電源制御部７においては、図３にその概略的な制御手順を示すように先ずその運転条件が成立しているか否かを判定する〈ステップＳ１〉。そして運転条件が成立している場合には、初期設定処理として交流・直流コンバータ２が出力するべく前述した予測電力量に基づいて設定した直流電圧設定値Ｖfixを取り込むと共に、図示しないセンサ（電圧計）にて検出される直流系の電圧（コンデンサ３の充電電圧）を直流電圧検出値Ｖsencを取り込む〈ステップＳ２〉。この際、交流・直流コンバータ２における電力供給時の電流制限値Ｉsupと、電力回生時の電流制限値Ｉregとをそれぞれ取り込むと共に、更に交流・直流コンバータ２が制御可能な出力電圧の範囲を示す直流電圧上限値Ｖmaxと直流電圧下限値Ｖminとをそれぞれ取り込む。尚、上記電力供給時および電力回生時の各電流制限値Ｉsup,Ｉregは、交流・直流コンバータ２の仕様によって定まる許容最大電流の範囲で任意に設定すれば良いものである。 Specifically, the power supply control unit 7 first determines whether or not the operating condition is satisfied as shown in a schematic control procedure in FIG. 3 (step S1). When the operating condition is satisfied, the DC / DC converter 2 takes in the DC voltage set value Vfix set based on the predicted electric energy to be output as an initial setting process, and a sensor (voltmeter not shown) is shown. The DC voltage (charged voltage of the capacitor 3) detected at (1) is taken in the DC voltage detection value Vsenc (step S2). At this time, a current limit value Isup at the time of power supply in the AC / DC converter 2 and a current limit value Ireg at the time of power regeneration are taken in, respectively, and a direct current indicating a range of output voltage that can be controlled by the AC / DC converter 2. The voltage upper limit value Vmax and the DC voltage lower limit value Vmin are taken in, respectively. The current limit values Isup and Ireg at the time of power supply and power regeneration may be arbitrarily set within the allowable maximum current range determined by the specifications of the AC / DC converter 2.

しかる後、電源制御部７においては、先ず負荷の状態に応じて設定した前記直流電圧設定値Ｖfixと直流電圧検出値Ｖsencとを比較し、コンデンサ３に所要とする電力量が蓄積されているか否かを判定する〈ステップＳ３〉。そして直流電圧検出値Ｖsencが直流電圧設定値Ｖfixと等しく、コンデンサ３に所要とする電力量が蓄積されていることが確認された場合には、交流・直流コンバータ２に対する制御を停止して元に戻る〈ステップＳ４〉。 Thereafter, the power supply control unit 7 first compares the DC voltage set value Vfix set according to the state of the load with the DC voltage detection value Vsenc to determine whether or not the required amount of power is stored in the capacitor 3. <Step S3>. When it is confirmed that the DC voltage detection value Vsenc is equal to the DC voltage setting value Vfix and the required amount of power is stored in the capacitor 3, the control on the AC / DC converter 2 is stopped and Return <Step S4>.

これに対して直流電圧設定値Ｖfixと直流電圧検出値Ｖsencとが異なる場合に、直流電圧設定値Ｖfixよりも直流電圧検出値Ｖsencが高いか否かを判定する〈ステップＳ５〉。そして直流電圧設定値Ｖfixよりも直流電圧検出値Ｖsencが高い場合には、コンデンサ３に所望とする電力量以上の電力が蓄えられていることが判定されるので、前記交流・直流コンバータ２を電力回生運転する。この際、上記直流電圧検出値Ｖsencが直流電圧上限値Ｖmaxを上回っているか否かを判定し〈ステップＳ６〉、直流電圧検出値Ｖsencが高い場合には、コンデンサ３に過剰に蓄積されている電力エネルギを速やかに外部電源１に回収するべく、交流・直流コンバータ２を前述した電流制限を解除して電力回生運転を行う〈ステップＳ７〉。しかし直流電圧検出値Ｖsencが低い場合には、前記コンデンサ３の充電電力を徐々に外部電源１に回収するべく、前記交流・直流コンバータ２を前述した電流制限値Ｉregによる電流制限の下で一定電流で電力回生運転する〈ステップＳ８〉。 On the other hand, if the DC voltage setting value Vfix and the DC voltage detection value Vsenc are different, it is determined whether or not the DC voltage detection value Vsenc is higher than the DC voltage setting value Vfix <step S5>. When the DC voltage detection value Vsenc is higher than the DC voltage setting value Vfix, it is determined that the capacitor 3 stores more power than the desired amount of power, so that the AC / DC converter 2 is powered. Regenerative operation. At this time, it is determined whether or not the DC voltage detection value Vsenc exceeds the DC voltage upper limit value Vmax <step S6>. If the DC voltage detection value Vsenc is high, the power stored excessively in the capacitor 3 is determined. In order to quickly recover the energy to the external power source 1, the AC / DC converter 2 is released from the above-described current limitation and the power regeneration operation is performed (step S7). However, when the DC voltage detection value Vsenc is low, the AC / DC converter 2 is set to a constant current under the current limit value Ireg described above in order to gradually recover the charging power of the capacitor 3 to the external power source 1. The power regeneration operation is performed at <Step S8>.

これに対して直流電圧設定値Ｖfixよりも直流電圧検出値Ｖsencが低い場合には、コンデンサ３に所望とする電力量の電力が蓄えられてないことが判定されるので、前記交流・直流コンバータ２を電力供給運転する。この際、上記直流電圧検出値Ｖsencが直流電圧下限値Ｖminに満たないか否かを判定し〈ステップＳ９〉、直流電圧検出値Ｖsencが直流電圧下限値Ｖminに満たない場合には、コンデンサ３の充電量を前記交流・直量コンバータ２の動作特性を保証する範囲まで速やかに充電するべく、交流・直流コンバータ２を前述した電流制限を解除して電力供給運転を行う〈ステップＳ１０〉。しかし直流電圧検出値Ｖsencが直流電圧下限値Ｖminを上回っている場合には、前記コンデンサ３を所望とする充電量まで徐々に充電するべく、前記交流・直流コンバータ２を前述した電流制限値Ｉsupによる電流制限の下で一定電流で電力供給運転する〈ステップＳ１１〉。 On the other hand, when the DC voltage detection value Vsenc is lower than the DC voltage setting value Vfix, it is determined that the desired amount of electric power is not stored in the capacitor 3, so the AC / DC converter 2 Power supply operation. At this time, it is determined whether or not the DC voltage detection value Vsenc is less than the DC voltage lower limit value Vmin <step S9>. If the DC voltage detection value Vsenc is less than the DC voltage lower limit value Vmin, the capacitor 3 In order to quickly charge the amount of charge to a range that guarantees the operating characteristics of the AC / DC converter 2, the AC / DC converter 2 is released from the above-described current limitation and the power supply operation is performed (step S10). However, when the DC voltage detection value Vsenc exceeds the DC voltage lower limit value Vmin, the AC / DC converter 2 is set to the current limit value Isup described above in order to gradually charge the capacitor 3 to a desired charge amount. A power supply operation is performed at a constant current under the current limit (step S11).

即ち、コンデンサ３の充電電圧である直流系での直流電圧検出値Ｖsencが、交流・直流コンバータ２によりコンデンサ３の充電量を制御し得る直流電圧上限値Ｖmaxと直流電圧下限値Ｖminの範囲内にあるときには、コンデンサ３の充電量を制御する直流電圧設定値Ｖfixとの電圧関係に応じて、交流・直流コンバータ２を前述した電流制限条件の下で電力供給運転、または電力回生運転させてコンデンサ３の充電量を一定化制御する。しかし直流電圧検出値Ｖsencが直流電圧上限値Ｖmaxを越え、コンデンサ３の充電量が過剰である場合には、交流・直流コンバータ２を強制的に電力回生運転して過剰な電力エネルギを外部電源１に回生させ、また直流電圧検出値Ｖsencが直流電圧下限値Ｖminに満たない場合には、前記交流・直流コンバータ２が制御不可能な電圧に前記コンデンサ３の電圧（充電量）が低下することを防ぐべく前記交流・直流コンバータ２を強制的に電力供給運転する。 That is, the DC voltage detection value Vsenc in the DC system that is the charging voltage of the capacitor 3 is within the range of the DC voltage upper limit value Vmax and the DC voltage lower limit value Vmin that can control the charge amount of the capacitor 3 by the AC / DC converter 2. In some cases, depending on the voltage relationship with the DC voltage setting value Vfix that controls the amount of charge of the capacitor 3, the AC / DC converter 2 is operated for power supply or power regeneration under the above-described current limiting conditions, and the capacitor 3 The charge amount is controlled to be constant. However, if the DC voltage detection value Vsenc exceeds the DC voltage upper limit value Vmax and the charge amount of the capacitor 3 is excessive, the AC / DC converter 2 is forcibly regenerated and the excess power energy is supplied to the external power source 1. When the DC voltage detection value Vsenc is less than the DC voltage lower limit value Vmin, the voltage (charge amount) of the capacitor 3 is reduced to a voltage that the AC / DC converter 2 cannot control. In order to prevent this, the AC / DC converter 2 is forcibly supplied with power.

かくしてこのような交流・直流コンバータ２の運転制御によれば、コンデンサ３に蓄積する電力量を、負荷４の駆動に要する電力量、および負荷４から得られる回生電力量を見込んで、予め調整することができる。従ってコンデンサ３に蓄積した電力を用いて負荷４を力行駆動し、また負荷４から回生電力が得られる場合には、その回生電力をコンデンサ３に確実に蓄積することができる。そして負荷駆動装置による負荷４の駆動によって消費される電力を、予め定電流供給または定電力供給してコンデンサ３の充電量を最適化し、またコンデンサ３に蓄積された余剰な電力を外部電源１に効率的に回生することが可能となる。従って負荷駆動装置としての消費電力量を効果的に抑えることが可能となる等の効果が奏せられる。 Thus, according to the operation control of the AC / DC converter 2 as described above, the amount of power stored in the capacitor 3 is adjusted in advance in consideration of the amount of power required to drive the load 4 and the amount of regenerative power obtained from the load 4. be able to. Therefore, when the load 4 is driven by power using the power stored in the capacitor 3 and regenerative power is obtained from the load 4, the regenerative power can be reliably stored in the capacitor 3. The power consumed by driving the load 4 by the load driving device is supplied with constant current or constant power in advance to optimize the charge amount of the capacitor 3, and surplus power accumulated in the capacitor 3 is supplied to the external power source 1. It becomes possible to regenerate efficiently. Therefore, effects such as the ability to effectively reduce the power consumption as the load driving device can be achieved.

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば工場等に設けられる天井クレーンにおいては、専ら、荷物を持ち上げて別の場所に移動した後、その場所に上記荷物を降ろす運転が基本となるので、荷物の持ち上げに要する力行電力量と、荷物の降ろし運転時に得られる回生電力量とをそれぞれ予測し、負荷４に対して入出力する力行電力量・回生電力量を勘案して前記コンデンサ３に蓄積しておくべき電力量を決定して前記直流電圧設定値Ｖfixを設定するようにすれば良い。 The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, in an overhead crane installed in a factory, etc., the basic operation is to lift the load, move it to another location, and then drop the load to that location. The amount of regenerative power obtained during the lowering operation is estimated, and the amount of power to be stored in the capacitor 3 is determined in consideration of the power running power amount and the regenerative power amount input / output to / from the load 4. The DC voltage set value Vfix may be set.

またここではクレーンやリフタ等の昇降機の駆動を例に説明したが、負荷４から回生電力が得られるものであれば同様に適用することができる。具体的には負荷４を加減速し、加速時に力行エネルギを消費し、減速時に回生エネルギを回収し得るような負荷の駆動に同様に用いることができる。また昇降機の具体例としては、港湾設備におけるコンテナ移送（搬送）用のクレーン、ビル建設に用いられるジブクライミングクレーン、自動倉庫におけるスタッカクレーン、更には機械式立体駐車場におけるリフタ等を挙げることができる。 Moreover, although driving | operation of elevators, such as a crane and a lifter, was demonstrated here as an example, if regenerative electric power is obtained from the load 4, it can apply similarly. Specifically, the load 4 can be accelerated and decelerated, powering energy can be consumed during acceleration, and the drive can be similarly used for driving a load that can recover regenerative energy during deceleration. Specific examples of elevators include container transfer (transport) cranes in harbor facilities, jib climbing cranes used for building construction, stacker cranes in automatic warehouses, and lifters in mechanical multilevel parking lots. .

また負荷４がリフタ等における昇降ステージを昇降するような場合には、昇降ステージの重量Ｗfixと、該昇降ステージに搭載される荷物の重量Ｗとをそれぞれ入力して、その昇降に必要な力行電力Ｕneedおよび回生電力Ｕbackを予測するようにすれば良い。この場合、荷物を搭載するか否かによって上記力行電力Ｕneedおよび回生電力Ｕbackが変化することになる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 When the load 4 moves up and down the lift stage such as a lifter or the like, the weight Wfix of the lift stage and the weight W of the load mounted on the lift stage are respectively input, and the power running power necessary for the lift is input. Uneed and regenerative power Uback may be predicted. In this case, the power running power Uneded and the regenerative power Uback vary depending on whether or not a load is loaded. In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the scope of the invention.

本発明の一実施形態に係る負荷駆動装置の要部概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows the principal part schematic structure of the load drive device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態を説明する為のコンデンサへの電力供給と上記コンデンサからの電力回生との処理概念を示す図。The figure which shows the processing concept of the electric power supply to the capacitor | condenser for demonstrating one Embodiment of this invention, and the electric power regeneration from the said capacitor | condenser. 本発明の一実施形態に係る負荷駆動装置における交流・直流インバータの動作制御手順の例を示す図。The figure which shows the example of the operation control procedure of the alternating current and direct current | flow inverter in the load drive device which concerns on one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１外部電源
２交流・直流コンバータ
３コンデンサ（電気二重層コンデンサ）
４負荷（電動機）
５インバータ
６負荷制御器
７電源制御器
７ａ予測機能
７ｂ電圧設定機能
７ｃ判定機能
７ｄ電力供給運転機能
７ｅ電力回生運転機能 1 External power supply 2 AC / DC converter 3 Capacitor (electric double layer capacitor)
4 Load (motor)
5 Inverter 6 Load controller 7 Power supply controller 7a Prediction function 7b Voltage setting function 7c Judgment function 7d Power supply operation function 7e Power regeneration operation function

Claims

外部電源から与えられる交流電力を直流電力に変換する機能、および直流電力を交流電力に変換して前記外部電源に回生する機能を備えた交流・直流コンバータと、
この交流・直流コンバータから出力される直流電力を蓄積するコンデンサと、
昇降機を駆動する電動機と、
前記コンデンサに蓄積された直流電力および／または前記交流・直流コンバータから出力された直流電力を、電圧および周波数が制御された交流電力に変換して前記電動機を駆動すると共に、前記電動機に生じた回生電力を回収して前記コンデンサに蓄積するインバータとを具備し、
前記交流・直流コンバータの作動を制御する制御器は、
前記昇降機により昇降される物体の重量、物体の最大上昇位置、物体の現在の位置、物体の最大下降位置の各情報に基づいて、物体を上昇させる場合には、現在の位置から前記最大上昇位置まで物体を上昇させる力行駆動に要する力行電力量を予測し、前記力行電力量を前記コンデンサから得られるように予め前記コンデンサに蓄積する電力を調整しておくべく前記交流・直流コンバータに対する直流電圧設定値を決定し、物体を下降させる場合には、現在の位置から前記最大下降位置まで物体を下降させる際に回生される回生電力量を予測し、前記回生電力量を前記コンデンサに全て蓄積し得るように予め前記コンデンサに蓄積する電力を調整しておくべく前記直流電圧設定値を決定する制御条件設定手段と、
前記交流・直流コンバータの直流側での直流電圧検出値が前記直流電圧設定値よりも小さいときには、予め設定した電流制限値の範囲内で前記外部電源からの電力供給運転を行わせる第１の制御手段と、
前記直流電圧検出値が前記直流電圧設定値よりも大きいときには、前記電流制限値の範囲内で前記外部電源への電力回生運転を行わせる第２の制御手段と、を備えることを特徴とする負荷駆動装置。 An AC / DC converter having a function of converting AC power supplied from an external power source into DC power, and a function of converting DC power into AC power and regenerating the external power source;
A capacitor for storing the DC power output from the AC / DC converter;
An electric motor that drives the elevator;
The DC power outputted from the DC power and / or the AC-DC converter which is accumulated in the capacitor, to drive the electric motor is converted into AC power voltage and frequency are controlled, it occurred in the motor regenerative An inverter that collects electric power and stores it in the capacitor;
The controller for controlling the operation of the AC / DC converter is:
When the object is to be raised based on the information on the weight of the object that is raised and lowered by the elevator, the maximum rising position of the object, the current position of the object, and the maximum lowering position of the object, the maximum rising position from the current position. DC power setting for the AC / DC converter to predict the power running power required to drive the object up to the object and to adjust the power stored in the capacitor in advance so that the power running power can be obtained from the capacitor When the value is determined and the object is lowered, the regenerative power amount regenerated when the object is lowered from the current position to the maximum lowered position can be predicted, and the regenerative power amount can be accumulated in the capacitor. Control condition setting means for determining the DC voltage set value in order to adjust the power stored in the capacitor in advance ,
When the DC voltage detection value at the DC side of said AC-DC converter is less than the DC voltage set value, a first control for causing the power supply operation from said external power supply within the preset current limit value Means,
And a second control means for performing a power regeneration operation to the external power source within a range of the current limit value when the DC voltage detection value is larger than the DC voltage set value. Drive device.

前記電流値制限値は、前記交流・直流コンバータの最大許容電流以下の値として予め設定されるものである請求項１に記載の負荷駆動装置。 The load driving device according to claim 1, wherein the current value limit value is set in advance as a value equal to or less than a maximum allowable current of the AC / DC converter.