JP5725877B2 - 電力供給装置、クレーン、及び電力供給方法。 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載されているクレーンは、蓄電装置の蓄電量が第1閾値を上回っている場合、高圧領域及び低圧領域共に、蓄電装置単体でモータを駆動させ、蓄電装置の蓄電量が第1閾値を下回っている場合は、蓄電装置からの電力と商用電源からの電力の併用によってモータを駆動させ、蓄電装置の蓄電量が第1閾値よりも低い第2閾値を下回っている場合は、商用電源からの電力のみによってモータを駆動させる。
すなわち、クレーンは、クレーンに備えられた蓄電池から放電される電力と商用電源から供給される電力とでクレーンの電力負荷を駆動させる。なお、電力負荷とは、クレーンを移動させる車輪を回転させるためのモータや補機等である。
また、本発明の電力供給装置は、クレーンが、吊荷を巻き上げる巻き動作における加速度を変化させることで、電力負荷で消費される電力を抑制する巻き動作を行い、蓄電池の電力容量は、巻き動作によって抑制された電力に基づく。
本発明によれば、クレーンの巻き動作の加速度に応じて消費電力が過大となる場合があるため、巻き動作の加速度を変化させることで、過大な消費電力の発生を抑制させる。これにより、本発明は、蓄電池の電力容量を巻き動作によって抑制された電力に基づいて決定することができるので、より電力容量が低い蓄電池を用いることができる。
そして、算出手段によって、クレーンの電力負荷が消費する電力と商用電源から供給される電力との電力差が算出され、制御手段によって、算出手段で算出された電力差に応じた電力が蓄電池から充放電される。
そして、本発明は、商用電源から供給される予め定められた電力を低くしても(例えば45kW)、蓄電池から放電される電力が商用電源から供給される電力を補うこととなる。従って、本発明は、商用電源からクレーンへ供給する電力を低電力とし低圧送電を可能にすることができる。
以下、本発明の第1実施形態について説明する。
図1には、レーンRの走行方向Xに設置されたクレーン1が示されている。クレーン1は、地上に設置された給電ボックス31から供給された電力によって動作する地上給電方式の電動クレーンとされており、エンジン発電機を備えていない。また、クレーン1は、クレーン用給電ケーブルリール装置(以下、単に「ケーブルリール装置」という。)2を備えている。
下梁9の両端には、上方に立設する柱10がそれぞれ設けられている。各柱10の上端は、もう一方の下梁9から立設された柱10の上端とガーダ12によって連結されている。
給電ボックス31は、高圧受電盤44によって商用電源から受電し、受電した交流電力を変圧器45によって所定の大きさの交流電力に変換(例えば、6600Vを460Vに変換)し、電力供給装置40へ給電する。
巻き上げた吊荷を下げる場合、巻き上げ用モータ49Gは、発電機として機能し、発電する。
例えば、充放電制御装置53には、PWMコンバータ41から入力電力を示す値(入力電力フィードバック値PI)が入力され、各負荷駆動インバータ43から電力負荷で消費される電力を示す値(負荷消費電力フィードバック値PL)が入力される。なお、負荷消費電力PLは、負荷駆動インバータ43からの電圧V及び電流Iの積の総和(kW)から算出され、外乱要素である負荷変動を示している。
図4は、横軸が時間変化、縦軸が電力とされており、電力負荷で消費される消費電力の時間変化を示している、なお、電力が正の場合は、電力負荷が電力を消費している場合である一方、電力が負の場合は、クレーン1が吊荷の巻き下げを行っている場合であり、巻き上げ用モータ49Gが電力を発生させている場合である。
PItarget+PT=PL ・・・(1)
PT=PL−PItarget ・・・(2)
充放電装置48は、充放電電力指令値PTに応じた電力をバッテリ42から充放電させる。
具体的には、充放電装置48は、充放電電力指令値PTが正の場合、バッテリ42を放電させる一方、充放電電力指令値PTが負の場合、バッテリ42を充電させる充放電制御を行う。
(3)式のKは制御ゲインであり予め定められており、PIはPWMコンバータ41から実際に出力される電力の値である。
PT=PT+ΔPT ・・・(4)
すなわち、クレーン1を他のレーンRへ移動させるために商用電源から電力を供給されない状態となっても、クレーン1を他のレーンRへ移動させることができる。
なお、バッテリ42は、クレーン1のレーンR間の移動によって消費される電力を賄える電力容量を有するものが予め選択される。
従って、本第1実施形態に係る電力供給装置40は、商用電源から供給される予め定められた電力(入力電力目標値PItarget)を低くしても(例えば45kW)、蓄電池から放電される電力が商用電源から供給される電力を補うこととなる。このため、本第1実施形態に係る電力供給装置40は、商用電源からクレーン1へ供給する電力を低電力とし低圧送電を可能にすることができる。
以下、本発明の第2実施形態について説明する。
PItarget=k×(1−p)×PItarget・Base ・・・(5)
なお、kは予め定められた係数であり、PItarget・Baseは基準となる入力電力目標値(例えば45kW)である。
これにより、発生率pが大きい場合は、入力電力目標値PItargetが小さく変化する。
傾きαは、例えば、横軸を時間、縦軸を充電率としたグラフから充電率の時間変化の移動平均を算出し、該移動平均の傾きから求められる。
PItarget=k×(1−α)×PItarget・Base ・・・(6)
これにより、傾きが正、すなわちバッテリ42が充電されている割り合いが大きい場合は、入力電力目標値PItargetが小さく変化する。
この例では、電力負荷で消費される電力の平均値(現在から所定時間前までの平均値)PItarget・averageを算出し、(7)式に示すように、入力電力目標値PItargetを平均値PItarget・averageとする。
PItarget=PItarget・average ・・・(7)
また、電力供給装置40は、電力負荷へ供給する電力の履歴に基づいて、商用電源から供給される電力を変化させるので、電力負荷で消費される電力が少ない場合に、商用電源から供給される電力をより低くすることができる。
また、本第2実施形態に係る電力供給装置40は、商用電源からの電力の供給を低くするため、抵抗器51によって消費される電力を削減することができ、抵抗器51を備える必要性を低下させることができる。
以下、本発明の第3実施形態について説明する。
PL<PLlimit ・・・(8)
PL=PMH+PAUX ・・・(9)
PMH=(9.8×M×V+a×(M+J)×V) ・・・(10)
(9)式において、PMHは巻き動作に必要な電力(巻き動作必要電力(kW))であり、PAUXは補機50で消費される電力の基準値(ベース電力(kW))である。
(10)式において、Mは吊荷質量(kg)、Vは巻き速度(m/s)、aは巻き加速度(m/s2)、Jは巻き上げドラムの慣性モーメントを質量相当に変換した値(kg)である。
図5(a)は、従来の巻き動作の速度(巻き速度)の時間変化を示し、図5(b)は、図5(a)に対応する従来の巻き動作で消費される電力の時間変化を示している。
そこで、本第3実施形態では、図5(b)のように、クレーン1の巻き動作の加速度に応じて消費電力が過大となる場合に、巻き動作の加速度を変化させる。
本第3実施形態に係る巻き動作では、図5(d)に示すように、消費電力が予め設定された供給電力制限値PLlimit以下となるように、図5(c)に示すように、巻き速度を一定にする前における巻き動作の加速度を変化させる。
以下、本発明の第4実施形態について説明する。
図6は、本第4実施形態に係るクレーン1の電気的構成及び電力供給装置40の電気的構成を示す。なお、図6における図3と同一の構成部分については図3と同一の符号を付して、その説明を省略する。
そして、本第4実施形態に係る電力供給装置40’は、商用電源から供給される予め定められた電力を低くしても(例えば45kW)、バッテリ42から放電される電力が商用電源から供給される電力を補うこととなるので、商用電源からクレーンへ供給する電力を低電力にすることができる。
1’ クレーン
40 電力供給装置
40’ 電力供給装置
41 PWMコンバータ
42 バッテリ
48 充放電装置
49 モータ
50 補機
53 充放電制御装置
65 DC/ACインバータ
Claims (9)
- 充放電可能であり、クレーンの電力負荷に電力を供給するために該クレーンに備えられる蓄電池と、
商用電源から予め定められた電力の供給を受ける受電手段と、
前記クレーンの電力負荷が消費する電力と前記商用電源から供給される電力との電力差を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された電力差に応じた電力を前記蓄電池から充放電させる制御手段と、
を備え、
前記クレーンは、吊荷を巻き上げる巻き動作における加速度を変化させることで、前記クレーンの電力負荷で消費される電力を抑制する巻き動作を行い、
前記蓄電池の電力容量は、前記巻き動作によって抑制された電力に基づく電力供給装置。 - 発電機を備えたクレーン又は既設の発電機を廃したクレーンの電力負荷に交流電力を供給する電力供給装置であって、
充放電可能であり、前記クレーンの電力負荷に電力を供給するために前記クレーンに備えられる蓄電池と、
商用電源から予め定められた電力の供給を受ける受電手段と、
前記クレーンの電力負荷が消費する電力と前記商用電源から供給される電力との電力差を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された電力差に応じた電力を前記蓄電池から充放電させる制御手段と、
前記クレーンの電力負荷への給電路へ前記蓄電池及び前記受電手段からの直流電力を交流電力に変換し供給する供給手段と、
を備え、
前記クレーンは、吊荷を巻き上げる巻き動作における加速度を変化させることで、前記クレーンの電力負荷で消費される電力を抑制する巻き動作を行い、
前記蓄電池の電力容量は、前記巻き動作によって抑制された電力に基づく電力供給装置。 - 前記クレーンは、他のレーンへ移動可能とされ、
前記制御手段は、前記クレーンがレーン間を移動する場合、前記商用電源から供給される電力はないものとして前記蓄電池を充放電させる請求項1又は請求項2記載の電力供給装置。 - 前記商用電源から供給される電力は、前記予め定められた電力以下で可変とされる請求項1から請求項3の何れか1項記載の電力供給装置。
- 前記制御手段は、前記蓄電池の充電状態の履歴に基づいて、前記商用電源から供給される電力を変化させる請求項4記載の電力供給装置。
- 前記制御手段は、前記クレーンの電力負荷へ供給する電力の履歴に基づいて、前記商用電源から供給される電力を変化させる請求項4記載の電力供給装置。
- 請求項1から請求項6の何れか1項に記載の電力供給装置と、
前記電力供給装置から供給される電力によって駆動する電力負荷と、
を備えたクレーン。 - 充放電可能であり、クレーンの電力負荷に電力を供給するために該クレーンに備えられる蓄電池と、商用電源から予め定められた電力の供給を受ける受電手段と、を備えた前記クレーンの電力負荷に電力を供給する電力供給方法であって、
前記クレーンの電力負荷が消費する電力と前記商用電源から供給される電力との電力差を算出する第1工程と、
前記第1工程によって算出された電力差に応じた電力を前記蓄電池から充放電させる第2工程と、
を含み、
前記クレーンは、吊荷を巻き上げる巻き動作における加速度を変化させることで、前記クレーンの電力負荷で消費される電力を抑制する巻き動作を行い、
前記蓄電池の電力容量は、前記巻き動作によって抑制された電力に基づく電力供給方法。 - 充放電可能であり、クレーンの電力負荷に電力を供給するために該クレーンに備えられる蓄電池と、商用電源から予め定められた電力の供給を受ける受電手段と、前記クレーンの電力負荷への給電路へ前記蓄電池及び前記受電手段からの直流電力を交流電力に変換し供給する供給手段と、を備え、発電機を備えたクレーン又は既設の発電機を廃した前記クレーンの電力負荷に交流電力を供給するための電力供給装置の電力供給方法であって、
前記クレーンの電力負荷が消費する電力と前記商用電源から供給される電力との電力差を算出する第1工程と、
前記第1工程によって算出された電力差に応じた電力を前記蓄電池から充放電させる第2工程と、
を含み、
前記クレーンは、吊荷を巻き上げる巻き動作における加速度を変化させることで、前記クレーンの電力負荷で消費される電力を抑制する巻き動作を行い、
前記蓄電池の電力容量は、前記巻き動作によって抑制された電力に基づく電力供給方法。
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