WO2012133657A1 - クレーン装置、クレーン装置の電源装置およびクレーン装置の給電方法 - Google Patents
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- B66C13/22—Control systems or devices for electric drives
Definitions
- the present invention relates to a crane device that loads and unloads a container with electric power supplied via a bus bar extending along a lane, a power supply device thereof, and a power supply method thereof.
- the container yard 70 is provided facing the pier 7A of the port, and the container 9 is loaded and unloaded from the ship 7B by the container crane 7C arranged on the pier 7A.
- a plurality of lanes 71 each having a rectangular area in plan view extending along the longitudinal direction of the container 9 are provided as placement places of the container 9.
- the crane apparatus 110 travels in the longitudinal direction X of the lane 71 in the lane 71, the containers 9 placed in the lane 71 are efficiently sorted.
- Each lane 71 is provided with a transformer 7 for supplying electric power to the crane device 110, and a bus bar 8 is extended along the lane 71. Electric power is supplied from the transformer 7 to the crane device 110 via the bus bar 8.
- the bus bar 8 is composed of a trolley wire installed on a support column. When the current collector mounted on the crane apparatus 110 is in electrical contact with the bus bar 8, the crane apparatus 110 collects electric power from the transformer 7.
- a gate 73 is provided on the road 72 side.
- the trailer 75 passes through the gate 73 and carries in and out the container 9.
- the lane 71 is provided with a passage for the trailer 75.
- the container 9 is loaded and unloaded by the crane device 110 on the trailer 75 stopped in this passage.
- the crane device 110 may be arranged in association with each lane 71. However, the cargo can be efficiently handled by moving to another lane 71. In such a case, in the turn lane 74 provided adjacent to the end of the lane 71, the crane device 110 is driven at a right angle in a right angle direction Y orthogonal to the longitudinal direction X.
- a transformer 7 is provided at the center of the lane, and the transformer 7 is fed at a high voltage with relatively little power loss.
- a central power feeding method in which the transformer 7 transforms to low voltage power and feeds power to the bus bar 8 can be considered.
- the average distance from the transformer 7 to the crane apparatus 110 can be reduced by half compared to the end feeding method in which the transformer 7 is provided at the end of the bus bar 8 to feed power. Loss can be suppressed.
- This invention is for solving such a problem, and it aims at improving the power supply efficiency at the time of supplying to a crane apparatus via a bus bar from a transformer.
- the power supply device of the crane apparatus switches the alternating current power collected from the bus bar extending along the lane in the container yard by PWM control, A PWM converter that converts AC power into DC power, and a portal crane body that converts the DC power obtained by the PWM converter into AC power for driving, hoisting and lowering the container in the lane, and self-propelled in the container yard And an inverter for supplying AC power for driving to the motor.
- the crane device performs hoisting and lowering of a container in a desired lane in the container yard, along with a portal crane body that self-propels in the container yard, an electric motor that drives the crane body, and the lane.
- the PWM converter converts AC power into DC power, and converts the DC power obtained by the PWM converter into AC power for driving.
- an inverter for supplying driving AC power to the electric motor.
- the power supply method of the crane apparatus is such that the PWM converter switches the AC power collected from the bus bar extending along the lane in the container yard by PWM control, thereby converting the AC power to DC.
- the step of converting to electric power, and the inverter converts the DC power into AC power for driving, hoisting and lowering the container in the lane, and driving AC power to the motor of the gate-type crane body that runs in the container yard Providing a step.
- the power factor at the feeding point (load end) from the bus bar to the crane device can be adjusted, and power loss due to the line reactance of the bus bar can be suppressed. Therefore, even in a crane apparatus that performs cargo handling at a position away from the transformer, the voltage drop rate can be minimized under the condition of the line length from the transformer to the crane apparatus. As a result, it is possible to improve the power supply efficiency when supplying from the transformer to the crane device via the bus bar, and it is high for the entire container yard, such as reducing the power supplied from the transformer or extending the length of the power supply line. Cost performance can be obtained.
- FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration of a crane apparatus according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a front view of a crane body which is a mechanical configuration of the crane apparatus.
- FIG. 3 is a basic block diagram of the PWM converter.
- FIG. 4 is a signal waveform diagram showing the operation of the PWM converter.
- FIG. 5 is a plan view showing a configuration example of a general container yard.
- the crane apparatus 10 is a container yard driven by loading and unloading of containers 9 and tire driving by driving various motors with electric power from a transformer 7 fed through a bus bar 8 extending along a lane of the container yard. It is a tire-type portal crane device that performs various crane operations such as running inside.
- the crane device 10 includes a power feeding device 1A, an engine power generation device 1B, a power feeding switching unit 1S, a current collecting device 2, a main winding motor 30, a traveling motor 31, a traversing motor 32, a PWM (Pulse Width Modulation) converter 40, and an inverter (INV). 41, 42, 43, a controller 5, and a common bus B.
- the PWM converter 40 and the inverters 41 to 43 constitute a power supply device 45 of the crane device 10.
- the power feeding device 1A feeds power by converting, for example, three-phase alternating current power supplied from a transformer 7 provided for each lane into three-phase alternating current of a predetermined voltage by an AC / AC converter such as a transformer. It has a function to output to the switch.
- the current collector 2 is attached to the outside of the crane device 10 and collects AC power from the transformer 7 by making electrical contact with a bus bar 8 made of an insulated trolley wire installed on a support pole, and supplies power. It has a function of outputting to the apparatus 1A.
- the engine generator 1B has a function of generating AC power by driving the generator with a diesel engine and outputting it to the power supply switching device 1S.
- the power supply switching unit 1S has a function of switching and selecting power supply from either the power supply device 1A or the engine generator 1B in accordance with a power supply switching command 5S from the controller 5 and supplying the power to the PWM converter 40. .
- the main winding motor 30 is an AC motor for moving the container 9 up and down.
- the traveling motor 31 is an AC motor for traveling the gantry 6 shown in FIG.
- the traverse motor 32 is an AC motor for traversing the trolley 6H shown in FIG.
- the PWM converter 40 is an AC / DC converter that converts AC power supplied from the power supply switching unit 1S into DC power and outputs the DC power to each device such as the inverters 41 to 43 connected to the common bus B.
- the inverter 41 is a DC / AC converter that converts the DC power output from the PWM converter 40 to the common bus B into driving AC power and supplies it to the main winding motor 30 and the traveling motor 31.
- the inverter 42 is a DC / AC converter that converts the DC power output from the PWM converter 40 to the common bus B to drive AC power and supplies the AC power to the traverse motor 33.
- the inverter 43 converts the DC power output from the PWM converter 40 to the common bus B into AC power, and supplies this AC power to various auxiliary equipment including a lighting device, an air conditioner, or a controller such as the controller 5.
- a DC / AC converter As a DC / AC converter.
- the controller 5 includes a microprocessor such as a CPU and its peripheral circuits.
- the controller 5 has various functions for controlling the crane apparatus 10 as a whole by cooperating the program and the hardware by reading and executing the program from a memory provided in the microprocessor or the peripheral circuit. is doing.
- the main function of the controller 5 is to control the inverters 41 to 43 by exchanging various commands 4A on the basis of an operator command input 5A detected via an operation lever or an operation switch, and to move the container 9 up and down.
- There is a crane operation function for controlling operations such as traveling of the gantry 6, traveling at right angles, and traversing the trolley 6H.
- the gantry 6 travels with the electric power from the engine generator 1B during the period when the crane apparatus 10 is disconnected from the bus bar 8.
- There is also a power supply switching control function for controlling the power supply switching device 1S by the power supply switching command 5S and switching the power supplied to the PWM converter 40 to the power from the engine generator 1B.
- the crane main body which is the mechanical structure of the crane apparatus 10 shown in FIG. 1 is demonstrated.
- the crane main body lifts and lowers the container 9 in a desired lane in the container yard, and self-propels in the container yard.
- the crane apparatus 10 includes a gantry 6 made of a portal frame as a whole.
- the gantry 6 includes an upper beam 6A, leg portions 6B that support both ends of the beam 6A, and a base 6C that supports the leg portions 6B.
- a tire 6E is provided below the base 6C via a carriage 6D.
- the tire 6E is supported by a carriage 6D so that the traveling direction can be changed in a forward direction X along the lane or a right angle Y perpendicular to the lane.
- the traveling motor 31 shown in FIG. 1 is connected to the tire 6E. By driving the traveling motor 31, the gantry 6 travels in the container yard.
- the trolley 6H is provided on the beam 6A.
- a spreader 6I for suspending the upper portion of the container 9 is suspended from the trolley 6H via a wire rope 6J.
- the main winding motor 30 and the traverse motor 32 shown in FIG. 1 are mounted on the trolley 6H.
- the wire rope 6J is wound up and down, and the spreader 6I moves up and down. Therefore, the container 9 is wound up and down by attaching the container 9 to the spreader 6I.
- the trolley 6H travels in the right-angle direction Y on the rail of the beam 6A.
- the trolley 6H is provided with an electric device such as a driver's cab 6K in which an operator is boarded and a controller 5.
- the crane body is composed of the beam 6A, the leg 6B, the base 6C, the carriage 6D, the tire 6E, the trolley 6H, the spreader 6I, and the like described above. Therefore, by supplying driving AC power to the various motors 30 to 32 of the crane body and driving the motors 30 to 32, crane operations such as lifting and lowering the container 9, traversing the trolley 6H, traveling in the container yard are performed. Is called.
- the voltage drop on the line is ⁇ V [V]
- the line voltage at the load end is V [V]
- the load current is I [A]
- the line resistance is R [ ⁇ / m]
- the load end is Assuming that the phase difference of the current with respect to the voltage is ⁇ [angle]
- the line reactance is X [ ⁇ / m]
- the line length is L
- the voltage drop rate D increases in accordance with the line length L, but when the phase difference ⁇ of the current with respect to the voltage at the load end is zero, that is, when the power factor cos ⁇ is 1, the voltage drop X sin ⁇ due to the line reactance X. Becomes zero and only the voltage drop due to the line resistance R occurs. Therefore, when the phase difference ⁇ is zero, that is, the power factor is 1, the voltage drop rate D can be minimized under the condition of an arbitrary line length L.
- the PWM converter 40 includes a reactor L, a switching circuit SW, a capacitor C, and a control circuit CON.
- Reactor L is connected between AC terminal Tac to which an AC signal is input from the outside and AC terminal Sac of switching circuit SW, and has a function of delaying the phase of the AC signal input to switching circuit SW.
- the switching circuit SW is composed of an AC-DC conversion circuit using a diode or a switching element.
- the switching circuit SW converts an AC signal applied to the AC terminal Sac into a DC signal by switching at high speed with a variable width pulse, and from the DC terminal Sdc. It has a function of outputting to the DC terminal Tdc.
- the capacitor C is made of an electrolytic capacitor and has a function of smoothing a DC signal output from the DC terminal Sdc of the switching circuit SW.
- the control circuit CON is composed of a CPU and a dedicated signal processing circuit, and the pulse width and timing of the variable width pulse according to the AC current Iac of the AC signal flowing through the reactor L and the DC voltage Vdc of the DC signal obtained by the switching circuit SW. It has a function to control.
- the AC signal input from the AC terminal Tac is input to the AC terminal Sac of the switching circuit SW via the reactor L.
- the signal voltage Vs at the AC terminal Sac is input to the switching circuit SW with a phase delayed by ⁇ by the voltage generated in the reactor L with respect to the AC voltage Vac of the input AC signal.
- the voltage vector of AC voltage Vac is equal to the sum of the voltage vector of voltage generated in reactor L and the voltage vector of AC voltage Vs
- the current vector of AC current Iac is the voltage vector of the voltage generated in reactor L. In an orthogonal relationship. Therefore, by controlling the magnitude and phase of the voltage vector of the AC voltage Vs, the magnitude and phase of the current vector of the AC current Iac can be controlled.
- control circuit CON can control the magnitude and phase of the current vector of the AC current Iac by controlling the pulse width and timing of the variable width pulse based on the phase of the AC voltage Vac and the phase of the AC current Iac.
- the phase difference between the AC voltage Vac and the AC current Iac can be made zero, that is, the power factor can be made 1.
- the voltage drop Xsin ⁇ due to the line reactance X can be made zero, and the voltage drop rate D can be minimized under the condition of an arbitrary line length L.
- the crane apparatus 10 is provided with the PWM converter 40, and the AC power collected from the bus bar 8 is switched by the PWM control to convert the AC power into the DC power. .
- the power factor at the feeding point (load end) from the bus bar 8 to the crane apparatus 10 can be adjusted, and the power loss due to the line reactance of the bus bar 8 can be suppressed.
- the voltage drop rate can be minimized under the condition of the line length from the transformer 7 to the crane apparatus 10.
- the voltage drop at the bus bar 8 from the transformer 7 to the crane apparatus 10 can be compensated, and the length of the bus bar 8, that is, the length of the lane is extended. can do.
- relatively low AC power of, for example, about 600 V is supplied from the transformer 7 to the crane apparatus 10 via the bus bar 8.
- the PWM converter 40 can also reversibly operate the DC-AC conversion. Therefore, when the regenerative power generated in the main winding motor 30 when the container is lowered is converted into regenerative DC power by the inverter 41 and input to the DC terminal Tdc of the PWM converter 40, the PWM converter 40 performs the same as described above. By switching the regenerative DC power by PWM control, the regenerative DC power can be converted into regenerative AC power.
- the AC power obtained by the PWM converter 40 can be regenerated to the bus bar 8 via the power feeding switch 1S, the power feeding device 1A, and the current collector 2, and can be effectively used by other crane devices 10. Can do. Therefore, compared with the case where the direct current regenerative power converted into direct current power by the inverter 41 is thermally converted by the regenerative resistor and disposed, an extremely high energy saving effect and CO 2 saving effect can be obtained.
- the inverter 41 is connected to other inverters 42 and 43 through the common bus B. For this reason, the DC regenerative power from the inverter 41 can be supplied to the inverters 42 and 43 connected to the common bus B very efficiently.
- harmonics are generated during operation, causing overheating and malfunction of other equipment, generation of noise and vibration, induction failure, and the like.
- a filter may be provided.
- harmonics can be removed by adjusting the timing of the variable width pulse in the switching circuit or by parallelizing the switching operation. Therefore, not only when the DC power obtained by the PWM converter 40 is supplied from the common bus B to the other inverters 42 and 43, but also when the power is regenerated from the bus bar 8 to the upstream power supply facility side via the transformer 7. Good electric power with very few harmonics can be regenerated.
- the bus bar 8 that is a power supply path from the transformer 7 to the crane apparatus 10 has been described as an example of a bus bar made of a trolley wire laid on a support along the lane. It is not limited to.
- the present invention is similarly applied to a case where a power cable having one end connected to the transformer 7 and the other end wound around a reel of the crane device 10 and connected to the power feeding device 1A is used instead of the bus bar 8. It can be applied to the same, and the same effect can be obtained.
- SYMBOLS 10 ... Crane apparatus, 30 ... Main winding motor, 31 ... Traveling motor, 32 ... Traverse motor, 40 ... PWM converter, 41, 42, 43 ... Inverter, 8 ... Busbar, 9 ... Container.
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Abstract
クレーン装置(10)は、PWMコンバータ(40)を備えている。PWMコンバータ(40)、バスバー(8)から給電された交流電力の電圧と電流の位相差が小さくなるよう、PWM制御により当該交流電力をスイッチングして直流電力に変換する。これにより、変圧器(7)からバスバー(8)を介してクレーン装置(10)へ供給する際の給電効率を改善することができる。
Description
本発明は、レーンに沿って延設されたバスバーを介して給電された電力により、コンテナの荷役を行うクレーン装置、その電源装置およびその給電方法に関する。
従来、門型のクレーン装置を用いて、船舶やトレーラーに対するコンテナの積み降ろしなどの荷役を行うコンテナヤードには、地上の電力設備から、レーンに沿って延設したバスバーを介してクレーン装置へ給電する、いわゆる電動化方式のコンテナヤードがある(例えば、特許文献1など参照)。
図5に示すように、コンテナヤード70は、港の埠頭7Aに面して設けられており、埠頭7Aに配置されたコンテナクレーン7Cにより、船舶7Bに対するコンテナ9の積み降ろしが行われる。このコンテナヤード70には、コンテナ9の載置場所として、コンテナ9の長手方向に沿って伸延する平面視長方形状のエリアからなる複数のレーン71が設けられている。レーン71内を当該レーン71の長手方向Xにクレーン装置110が走行することにより、レーン71内に載置されているコンテナ9が効率よく仕分けされる。
各レーン71には、クレーン装置110に対して電力を供給する変圧器7が設けられ、レーン71に沿ってバスバー8が延設されている。このバスバー8を介して変圧器7から電力がクレーン装置110へ供給される。バスバー8は、支柱に架設されたトロリー線からなる。クレーン装置110に搭載される集電装置がバスバー8と電気的に接触することにより、クレーン装置110が変圧器7から電力を集電する。
コンテナヤード70には、道路72側にゲート73が設けられている。トレーラー75は、このゲート73を通過して、コンテナ9の搬入および搬出を行う。
レーン71には、トレーラー75の通路が設けられている。この通路に停車したトレーラー75に対して、クレーン装置110によるコンテナ9の積み降ろしが行われる。
クレーン装置110は、レーン71ごとに対応付けて配置してもよい。しかし、他のレーン71へ移動させることにより、効率よく荷役を行うことができる。このような場合、レーン71の端部に隣接して設けられているターンレーン74において、長手方向Xと直交する直角方向Yへクレーン装置110を直角走行させる。
レーン71には、トレーラー75の通路が設けられている。この通路に停車したトレーラー75に対して、クレーン装置110によるコンテナ9の積み降ろしが行われる。
クレーン装置110は、レーン71ごとに対応付けて配置してもよい。しかし、他のレーン71へ移動させることにより、効率よく荷役を行うことができる。このような場合、レーン71の端部に隣接して設けられているターンレーン74において、長手方向Xと直交する直角方向Yへクレーン装置110を直角走行させる。
このようなバスバー8を介してクレーン装置110へ給電する場合、レーン端に設けられた変圧器7までは、電力損失が比較的少ない高圧で給電し、変圧器7で低圧電力に変圧して、バスバー8へ給電する端部給電方式が用いられている。この場合、変圧器7とクレーン装置110との距離が長くなるにつれて、その間のバスバー8の線路抵抗による電圧降下が発生するため、この電圧降下を予め考慮した電圧を変圧器7からバスバー8へ供給する必要がある。
しかしながら、変圧器7とクレーン装置110と距離が長くなるにつれて、クレーン運転時の力率が低下することにより、バスバー8の線路リアクタンスによる電力損失が顕著となる。このため、変圧器7から最も離れた位置で荷役が行えるよう、バスバー8の線路抵抗による電圧降下に加えて線路リアクタンスによる電力損失を考慮して、より大きな電力を変圧器7からバスバー8へ供給したり、線路抵抗の少ない太いバスバー8を設置したりしなければならないという問題点があった。
このような端部給電方式に対して、バスバー8での電力損失を抑制するために、レーン中央部に変圧器7を設け、この変圧器7までは電力損失が比較的少ない高圧で給電し、変圧器7で低圧電力に変圧して、バスバー8へ給電する中央給電方式が考えられる。これにより、バスバー8の端に変圧器7を設けて給電する端部給電方式と比較して、変圧器7からクレーン装置110までの平均距離を半分に短縮することができ、バスバー8での電力損失を抑制することができる。
しかしながら、この中央給電方式によれば、レーン71の中央部に変電設備を設けるために、変圧器7をレーン71間に設置する必要がある。このため、変圧器7さらにはレーン71の施工期間が通常より長くなるとともに、変圧器7のメンテナンスが不便となり、変圧器7にコンテナ9が落下して損傷する危険性も高くなり、結果として多くのリスクが発生する。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、変圧器からバスバーを介してクレーン装置へ供給する際の給電効率を改善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の電源装置は、コンテナヤード内のレーンに沿って延設されたバスバーから集電された交流電力をPWM制御によりスイッチングすることにより、交流電力を直流電力に変換するPWMコンバータと、PWMコンバータで得られた直流電力を駆動用交流電力に変換し、レーンでコンテナの巻上げ下げを行うとともにコンテナヤード内を自走する門型のクレーン本体の電動機へ駆動用交流電力を供給するインバータとを備えている。
また、本発明にかかるクレーン装置は、コンテナヤード内の所望レーンでコンテナの巻上げ下げを行うとともに、コンテナヤード内を自走する門型のクレーン本体と、クレーン本体を駆動する電動機と、レーンに沿って延設されたバスバーから集電された交流電力をPWM制御によりスイッチングすることにより、交流電力を直流電力に変換するPWMコンバータと、PWMコンバータで得られた直流電力を駆動用交流電力に変換し、駆動用交流電力を電動機へ供給するインバータとを備えている。
また、本発明にかかるクレーン装置の給電方法は、PWMコンバータが、コンテナヤード内のレーンに沿って延設されたバスバーから集電された交流電力をPWM制御によりスイッチングすることにより、交流電力を直流電力に変換するステップと、インバータが、直流電力を駆動用交流電力に変換し、レーンでコンテナの巻上げ下げを行うとともにコンテナヤード内を自走する門型のクレーン本体の電動機へ駆動用交流電力を供給するステップとを備えている。
本発明によれば、バスバーからクレーン装置への給電点(負荷端)での力率を調整することができ、バスバーの線路リアクタンスによる電力損失を抑制することができる。したがって、変圧器から離れた位置で荷役を行うクレーン装置でも、その変圧器からクレーン装置までの線路長という条件下において、電圧降下率を最小に抑えることができる。これにより、変圧器からバスバーを介してクレーン装置へ供給する際の給電効率を改善することができ、変圧器から給電する電力の削減、あるいは給電可能な線路長の延長など、コンテナヤード全体について高いコストパフォーマンスを得ることが可能となる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図1および図2において図5と同一部分または対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
[クレーン装置の構成]
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の主な構成について説明する。
[クレーン装置の構成]
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の主な構成について説明する。
クレーン装置10は、コンテナヤードのレーンに沿って延設されたバスバー8を介して給電された変圧器7からの電力により、各種電動機を駆動してコンテナ9の積み降ろしや、タイヤ駆動によるコンテナヤード内での走行などの各種クレーン動作を行う、タイヤ式の門型クレーン装置である。
クレーン装置10は、給電装置1A、エンジン発電装置1B、給電切替部1S、集電装置2、主巻電動機30、走行電動機31、横行電動機32、PWM(Pulse Width Modulation)コンバータ40、インバータ(INV)41,42,43、コントローラ5、および共通母線Bを備えている。PWMコンバータ40とインバータ41~43とから、クレーン装置10の電源装置45が構成される。
給電装置1Aは、レーンごとに設けられている変圧器7から供給される、例えば三相交流からなる交流電力を、トランスなどのAC/AC変換器により所定電圧の三相交流に変換して給電切替器へ出力する機能を有している。
集電装置2は、クレーン装置10の外側に取り付けられて、支柱に架設された絶縁トロリー線からなるバスバー8と電気的に接触することにより、変圧器7からの交流電力を集電し、給電装置1Aへ出力する機能を有している。
集電装置2は、クレーン装置10の外側に取り付けられて、支柱に架設された絶縁トロリー線からなるバスバー8と電気的に接触することにより、変圧器7からの交流電力を集電し、給電装置1Aへ出力する機能を有している。
エンジン発電機1Bは、ディーセルエンジンで発電機を駆動することにより交流電力を発電して給電切替器1Sへ出力する機能を有している。
給電切替器1Sは、コントローラ5からの給電切替指令5Sに応じて、給電装置1Aおよびエンジン発電機1Bのいずれか一方からの給電を切替選択してPWMコンバータ40へ供給する機能を有している。
給電切替器1Sは、コントローラ5からの給電切替指令5Sに応じて、給電装置1Aおよびエンジン発電機1Bのいずれか一方からの給電を切替選択してPWMコンバータ40へ供給する機能を有している。
主巻電動機30は、コンテナ9の昇降を行うための交流電動機である。走行電動機31は、図2に示す架台6の走行を行うための交流電動機である。横行電動機32は、図2示すトロリー6Hの横行を行うための交流電動機である。
PWMコンバータ40は、給電切替器1Sから供給された交流電力を直流電力に変換して、共通母線Bに接続されたインバータ41~43などの各機器へ出力するAC/DC変換器である。
PWMコンバータ40は、給電切替器1Sから供給された交流電力を直流電力に変換して、共通母線Bに接続されたインバータ41~43などの各機器へ出力するAC/DC変換器である。
インバータ41は、PWMコンバータ40から共通母線Bへ出力された直流電力を駆動用交流電力に変換して、主巻電動機30および走行電動機31へ供給するDC/AC変換器である。
インバータ42は、PWMコンバータ40から共通母線Bへ出力された直流電力を駆動用交流電力に変換して、横行電動機33へ供給するDC/AC変換器である。
インバータ43は、PWMコンバータ40から共通母線Bへ出力された直流電力を交流電力に変換して、この交流電力を照明装置、空調装置、あるいはコントローラ5などの制御装置を含む各種補機設備へ電源として供給するDC/AC変換器である。
インバータ42は、PWMコンバータ40から共通母線Bへ出力された直流電力を駆動用交流電力に変換して、横行電動機33へ供給するDC/AC変換器である。
インバータ43は、PWMコンバータ40から共通母線Bへ出力された直流電力を交流電力に変換して、この交流電力を照明装置、空調装置、あるいはコントローラ5などの制御装置を含む各種補機設備へ電源として供給するDC/AC変換器である。
コントローラ5は、CPUなどのマイクロプロセッサとその周辺回路を含む。このコントローラ5は、マイクロプロセッサまたは周辺回路に設けられたメモリからプログラムを読み込んで実行することにより、プログラムと上記ハードウェアとを協働させて、クレーン装置10全体を制御するための各種機能を有している。
コントローラ5の主な機能としては、操作レバーや操作スイッチを介して検出した操作者の指令入力5Aに基づいて、各種コマンド4Aをやり取りすることによりインバータ41~43を制御して、コンテナ9の昇降、架台6の走行、直角走行、トロリー6Hの横行などの運転を制御するクレーン運転機能がある。また、クレーン装置10がターンレーンを通って他のレーンへレーン替えを行う場合、バスバー8からクレーン装置10が切り離されている期間にエンジン発電機1Bからの電力で架台6が走行するために、給電切替指令5Sにより給電切替器1Sを制御して、PWMコンバータ40へ供給する電力をエンジン発電機1Bからの電力に切り替える給電切替制御機能もある。
次に、図2を参照して、図1に示したクレーン装置10の機械的構成であるクレーン本体について説明する。クレーン本体は、コンテナヤード内の所望レーンでコンテナ9の巻上げ下げを行うとともに、コンテナヤード内を自走するものである。
クレーン装置10は、全体として門型の枠体からなる架台6を備えている。この架台6は、上部の梁6A、この梁6Aの両端を支える脚部6B、および脚部6Bを支える基台6Cから構成されている。基台6Cの下部には、台車6Dを介してタイヤ6Eが設けられている。タイヤ6Eは、台車6Dにより、走行方向をレーンに沿った順方向Xあるいはレーンに直交する直角方向Yへ変更自在に支持されている。タイヤ6Eには、図1に示した走行電動機31が接続されている。この走行電動機31を駆動することにより、架台6がコンテナヤード内を走行する。
梁6Aには、トロリー6Hが設けられている。トロリー6Hには、コンテナ9の上部を吊持するためのスプレッダー6Iがワイヤーロープ6Jを介して吊り下げられている。トロリー6Hには、図1に示した主巻電動機30および横行電動機32が搭載されている。主巻電動機30を駆動することにより、ワイヤーロープ6Jの巻き上げ下げが行われ、スプレッダー6Iが昇降する。したがって、スプレッダー6Iにコンテナ9を取り付けることにより、コンテナ9の巻き上げ下げが行われる。また、横行電動機32を駆動することにより、トロリー6Hが梁6Aのレール上を直角方向Yへ走行する。この他、トロリー6Hには、オペレータが搭乗する運転室6Kや、コントローラ5などの電気機器が設けられている。
上述した梁6A、脚部6B、基台6C、台車6D、タイヤ6E、トロリー6H、スプレッダー6Iなどから、クレーン本体が構成される。したがって、クレーン本体の各種電動機30~32に駆動用交流電力を供給して電動機30~32を駆動することにより、コンテナ9の巻き上げ下げ、トロリー6Hの横行、コンテナヤード内の走行といったクレーン動作が行われる。
[クレーン装置の動作]
前述のように、バスバー8を介して変圧器7からクレーン装置10へ給電した場合、バスバー8での電圧降下や力率低下などの電力損失が発生し、変圧器7から離れた位置で荷役を行うクレーン装置10でも十分な電力が得られない場合がある。特に、コンテナヤードの大型化に伴ってレーン長が長くなる傾向にあり、レーン端に変圧器7を設置する端部給電方式では、バスバーでの電力損失を無視できない。
前述のように、バスバー8を介して変圧器7からクレーン装置10へ給電した場合、バスバー8での電圧降下や力率低下などの電力損失が発生し、変圧器7から離れた位置で荷役を行うクレーン装置10でも十分な電力が得られない場合がある。特に、コンテナヤードの大型化に伴ってレーン長が長くなる傾向にあり、レーン端に変圧器7を設置する端部給電方式では、バスバーでの電力損失を無視できない。
一般的には、線路での電圧降下をΔV[V]、負荷端での線間電圧をV[V]、負荷電流をI[A]、線路抵抗をR[Ω/m]、負荷端での電圧に対する電流の位相差をθ[角度]、線路リアクタンスをX[Ω/m]、線路長をLとした場合、負荷端での電圧降下率D[%]は、
D=ΔV/V×100%
={√3×I×(Rcosθ+Xsinθ)×L}/V×100%
で求められる。
D=ΔV/V×100%
={√3×I×(Rcosθ+Xsinθ)×L}/V×100%
で求められる。
ここで、電圧降下率Dは、線路長Lに応じて増大するが、負荷端での電圧に対する電流の位相差θがゼロ、すなわち力率cosθが1のとき、線路リアクタンスXによる電圧降下分Xsinθがゼロとなり、線路抵抗Rによる電圧降下分だけとなる。したがって、位相差θがゼロ、すなわち力率が1のとき、任意の線路長Lという条件下において、電圧降下率Dを最小に抑えることができる。
図3に示すように、PWMコンバータ40は、リアクトルL、スイッチング回路SW、コンデンサC、および制御回路CONを備えている。
リアクトルLは、外部から交流信号が入力される交流端子Tacとスイッチング回路SWの交流端子Sacとの間に接続されて、スイッチング回路SWへ入力される交流信号の位相を遅延させる機能を有している。
スイッチング回路SWは、ダイオードやスイッチング素子を用いたAC-DC変換回路からなり、交流端子Sacに印加された交流信号を、可変幅パルスで高速スイッチングすることにより直流信号に変換し、直流端子Sdcから直流端子Tdcへ出力する機能を有している。
リアクトルLは、外部から交流信号が入力される交流端子Tacとスイッチング回路SWの交流端子Sacとの間に接続されて、スイッチング回路SWへ入力される交流信号の位相を遅延させる機能を有している。
スイッチング回路SWは、ダイオードやスイッチング素子を用いたAC-DC変換回路からなり、交流端子Sacに印加された交流信号を、可変幅パルスで高速スイッチングすることにより直流信号に変換し、直流端子Sdcから直流端子Tdcへ出力する機能を有している。
コンデンサCは、電解コンデンサからなり、スイッチング回路SWの直流端子Sdcから出力された直流信号を平滑化する機能を有している。
制御回路CONは、CPUや専用の信号処理回路からなり、リアクトルLに流れる交流信号の交流電流Iacやスイッチング回路SWで得られた直流信号の直流電圧Vdcに応じて可変幅パルスのパルス幅やタイミングを制御する機能を有している。
制御回路CONは、CPUや専用の信号処理回路からなり、リアクトルLに流れる交流信号の交流電流Iacやスイッチング回路SWで得られた直流信号の直流電圧Vdcに応じて可変幅パルスのパルス幅やタイミングを制御する機能を有している。
交流端子Tacから入力された交流信号は、リアクトルLを介してスイッチング回路SWの交流端子Sacへ入力される。ここでは、3相交流のうちの任意の位相信号に着目して説明するが、いずれの位相信号についても同様である。
交流端子Sacにおける信号電圧Vsは、図4に示すように、入力された交流信号の交流電圧Vacに対して、リアクトルLで発生する電圧分により、位相がφだけ遅れてスイッチング回路SWへ入力される。
交流端子Sacにおける信号電圧Vsは、図4に示すように、入力された交流信号の交流電圧Vacに対して、リアクトルLで発生する電圧分により、位相がφだけ遅れてスイッチング回路SWへ入力される。
ここで、交流電圧Vacの電圧ベクトルは、リアクトルLで発生する電圧の電圧ベクトルと、交流電圧Vsの電圧ベクトルの和に等しく、交流電流Iacの電流ベクトルはリアクトルLで発生する電圧の電圧ベクトルと直交関係にある。
したがって、交流電圧Vsの電圧ベクトルの大きさと位相を制御することにより、交流電流Iacの電流ベクトルの大きさと位相を制御することができる。
したがって、交流電圧Vsの電圧ベクトルの大きさと位相を制御することにより、交流電流Iacの電流ベクトルの大きさと位相を制御することができる。
このため、制御回路CONにより、交流電圧Vacの位相と交流電流Iacの位相に基づいて、可変幅パルスのパルス幅やタイミングを制御することにより、交流電流Iacの電流ベクトルの大きさと位相を制御でき、交流電圧Vacと交流電流Iacの位相差をゼロとする、すなわち力率を1とすることができる。
これにより、結果として、線路リアクタンスXによる電圧降下分Xsinθをゼロとすることができ、任意の線路長Lという条件下において、電圧降下率Dを最小に抑えることができる。
これにより、結果として、線路リアクタンスXによる電圧降下分Xsinθをゼロとすることができ、任意の線路長Lという条件下において、電圧降下率Dを最小に抑えることができる。
[本実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、クレーン装置10にPWMコンバータ40を設けて、バスバー8から集電された交流電力をPWM制御によりスイッチングすることにより、交流電力を直流電力に変換するようにした。これにより、バスバー8からクレーン装置10への給電点(負荷端)での力率を調整することができ、バスバー8の線路リアクタンスによる電力損失を抑制することができる。
このように、本実施の形態は、クレーン装置10にPWMコンバータ40を設けて、バスバー8から集電された交流電力をPWM制御によりスイッチングすることにより、交流電力を直流電力に変換するようにした。これにより、バスバー8からクレーン装置10への給電点(負荷端)での力率を調整することができ、バスバー8の線路リアクタンスによる電力損失を抑制することができる。
したがって、変圧器7から離れた位置で荷役を行うクレーン装置10でも、その変圧器7からクレーン装置10までの線路長という条件下において、電圧降下率を最小に抑えることができる。これにより、変圧器7からバスバー8を介してクレーン装置10へ供給する際、極めて良好な給電効率を得ることができ、変圧器7から給電する電力の削減、あるいは給電可能な線路長の延長など、コンテナヤード全体について高いコストパフォーマンスを得ることが可能となる。
一般には、変圧器7から高い電圧で電力を給電すれば、変圧器7からクレーン装置10までのバスバー8での電圧降下を補うことができ、バスバー8の長さ、すなわちレーンの長さを延長することができる。
しかしながら、本実施の形態にかかるタイヤ式の門型クレーン装置10では、変圧器7からバスバー8を介してクレーン装置10へ、例えば600V程度の比較的低い交流電力を供給するものとなっている。
しかしながら、本実施の形態にかかるタイヤ式の門型クレーン装置10では、変圧器7からバスバー8を介してクレーン装置10へ、例えば600V程度の比較的低い交流電力を供給するものとなっている。
これは、バスバー8を介して供給される電力の電圧が高くなるほど、回路部品の耐圧性などの要因で、この電圧で動作する回路機器の規模は大きくなり、重量も増大する傾向にあり、特に、タイヤ式の場合、タイヤの耐久性などの観点から、クレーン装置10全体の重量は小さいほうが望ましいからである。
本実施の形態によれば、このように、変圧器7からバスバー8を介してクレーン装置10へ供給される電力として、高い電圧を用いることが制限されるような条件であっても、効率よく給電することができ、特に、タイヤ式の門型クレーン装置において、極めて大きな有効が得られる。
本実施の形態によれば、このように、変圧器7からバスバー8を介してクレーン装置10へ供給される電力として、高い電圧を用いることが制限されるような条件であっても、効率よく給電することができ、特に、タイヤ式の門型クレーン装置において、極めて大きな有効が得られる。
また、本実施の形態では、PWMコンバータ40でのAC-DC変換に着目して説明したが、PWMコンバータ40ではDC-AC変換も可逆的に動作可能である。したがって、コンテナの巻き下げ時に主巻電動機30で発生した回生電力が、インバータ41で回生直流電力に変換されて、PWMコンバータ40の直流端子Tdcに入力された場合、PWMコンバータ40が前述と同様にして回生直流電力をPWM制御によりスイッチングすることにより、回生直流電力を回生交流電力に変換することができる。
これにより、PWMコンバータ40で得られた交流電力を、給電切替器1S、給電装置1A、および集電装置2を介してバスバー8へ回生することができ、他のクレーン装置10で有効利用することができる。したがって、インバータ41で直流電力に変換された直流回生電力を回生抵抗で熱変換して処分する場合と比較して、極めて高い省エネ効果や省CO2効果を得ることができる。
また、インバータ41は、共通母線Bを介して別のインバータ42,43と互いに接続されている。このため、共通母線Bに接続されたインバータ42,43に対しても、インバータ41からの直流回生電力を、極めて効率よくを供給することができる。
また、クレーン装置10のインバータ41では、運転動作時に高調波が発生して、他の機器の過熱や誤動作、騒音や振動の発生、誘導障害などの原因となるため、高調波を除去するためのフィルタを設ける場合がある。PWMコンバータ40では、例えばスイッチング回路での可変幅パルスのタイミング調整や、スイッチング動作の並列化により、高調波を除去することができる。
このため、PWMコンバータ40で得られた直流電力を共通母線Bから他のインバータ42,43へ供給する場合だけでなく、バスバー8から変圧器7を介して上流の電源設備側へ回生する場合でも、極めて高調波の少ない良好な電力を回生することができる。
このため、PWMコンバータ40で得られた直流電力を共通母線Bから他のインバータ42,43へ供給する場合だけでなく、バスバー8から変圧器7を介して上流の電源設備側へ回生する場合でも、極めて高調波の少ない良好な電力を回生することができる。
[実施の形態の拡張]
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
以上の説明では、変圧器7からクレーン装置10への給電経路であるバスバー8として、レーンに沿って、支柱に架設されたトロリー線からなるバスバーを例として説明したが、バスバー8については、これに限定されるものではない。例えば、一端が変圧器7に接続されて、他端がクレーン装置10のリールに巻き取られて給電装置1Aに接続された電源ケーブルを、バスバー8の代わりとして用いる場合にも、本発明を同様に適用でき、同様の作用効果を得ることができる。
10…クレーン装置、30…主巻電動機、31…走行電動機、32…横行電動機、40…PWMコンバータ、41,42,43…インバータ、8…バスバー、9…コンテナ。
Claims (5)
- コンテナヤード内のレーンに沿って延設されたバスバーから集電された交流電力をPWM制御によりスイッチングすることにより、前記交流電力を直流電力に変換するPWMコンバータと、
前記PWMコンバータで得られた前記直流電力を駆動用交流電力に変換し、前記レーンでコンテナの巻上げ下げを行うとともに前記コンテナヤード内を自走するクレーン本体の電動機へ前記駆動用交流電力を供給するインバータと
を備えることを特徴とするクレーン装置の電源装置。 - 請求項1に記載のクレーン装置の電源装置において、
前記インバータは、前記電動機で発生した回生電力を回生直流電力に変換し、前記回生直流電力を前記PWMコンバータへ出力し、
前記PWMコンバータは、前記インバータからの前記回生直流電力をPWM制御によりスイッチングすることにより、前記回生直流電力を回生交流電力に変換し、前記回生交流電力を前記バスバーへ供給する
ことを特徴とするクレーン装置の電源装置。 - 請求項1に記載のクレーン装置の電源装置において、
前記PWMコンバータで得られた前記直流電力を駆動用交流電力に変換し、前記電動機とは別の電動機へ前記駆動用交流電力を供給する別のインバータをさらに備え、
前記インバータは、前記電動機で発生した回生電力を回生直流電力に変換し、前記回生直流電力を前記別のインバータへ供給する
ことを特徴とするクレーン装置の電源装置。 - コンテナヤード内の所望レーンでコンテナの巻上げ下げを行うとともに、前記コンテナヤード内を自走するクレーン本体と、
前記クレーン本体を駆動する電動機と、
前記レーンに沿って延設されたバスバーから集電された交流電力をPWM制御によりスイッチングすることにより、前記交流電力を直流電力に変換するPWMコンバータと、
前記PWMコンバータで得られた前記直流電力を駆動用交流電力に変換し、前記駆動用交流電力を前記電動機へ供給するインバータと
を備えることを特徴とするクレーン装置。 - PWMコンバータが、コンテナヤード内のレーンに沿って延設されたバスバーから集電された交流電力をPWM制御によりスイッチングすることにより、前記交流電力を直流電力に変換するステップと、
インバータが、前記直流電力を駆動用交流電力に変換し、前記レーンでコンテナの巻上げ下げを行うとともに前記コンテナヤード内を自走するクレーン本体の電動機へ前記駆動用交流電力を供給するステップと
を備えることを特徴とするクレーン装置の給電方法。
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