JPS63257484A - クレ−ン等荷役機械の巻下制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電動機の可変電圧可変周波数（以下ＶＶＶＦ
という）制御装置に係り、特にこの装置を利用する高速
化および小形化されたクレーン等荷役機械の巻下ｉ１７
御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、クレーン、アンローダ等荷役機械においては、そ
の機能上マイナストルク負荷を有し、このマイナストル
ク負荷駆動機（例えば、クレーンの巻上機等）に対しＶ
ＶＶＦ制御装置が適用される。通常、クレーンの巻上機
は、第３図に示すような装置構成となっている。すなわ
ち、電動［Ｍの回転軸に機械ブレーキＢを設け、減速機
ＲＥを介して巻取りドラムＤＲに電動機Ｍから動力を伝
達するよう構成される。また、近年の荷役機械は高能率
、高性能が要求されるため、第４図に示すように、直流
電動機をサイリスタ変換器で駆動する制御装置が多用さ
れている。第４図において、直流電動機Ｍ、を速度制御
する場合、基底回転速度（以上、ベース速度と略称する
）までは電機子主回路を主回路サイリスタＴＨ，で電圧
制御し、ベース速度以上は電動機定出力の範囲で界磁サ
イリスタＴＨ，により界磁弱めｉＪ御を併用して速度制
御を行うよう構成される。直流電動機Ｍ、のこのような
制御により、ベース速度に対して界磁弱めによる最適速
度の比は、通常１７１．５〜２．５の範囲で適用されて
いる。また、最近の高湯程のジブクレーンを上様の場合
には、Ｌ：３の割合にまで制御範囲の拡大が可能である
。このように電動機定出力の範囲で高速が得られること
は、荷役作業の高能率化という点で大きな利点がある。

しかしながら、昨今の大容量、高速の荷役機械において
、このような制御を通用しようとすると、その暴走対策
のため必要以上に電動機の定格を大きくしなければなら
ない。また、第４図に示す直流電動機Ｍ１のサイリスタ
制御において、巻下し中に停電が発生した場合、機械ブ
レーキのみにより確実に制動して非常停止させるために
は、どうしても最高回転速度を上げることができない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一般に、機械ブレーキとして通用されるドラムブレーキ
の回転速度と制動トルクとの特性につきその関係を示せ
ば、第５図に示す通りである。すなわち、第５図におい
て、特性線τＢはドラムブレーキの制動トルク、特性線
τＬは電動機の負荷トルクをそれぞれ示し、負荷トルク
τＬ　は回転速度Ｎ　ｒ、ｐ、ｍ、に対して一定である
とする。第５図に示されるように、ドラムブレーキは周
速が回転速度Ｎの上昇により大きくなると摩擦係数が減
少し、そのために制動トルクτＢは減少し回転速度Ｎ１
で負荷トルクτＬ　は等しくなり、その後も減少して行
く。クレーン巻上機において、通常の制御には、巻下げ
停止を行う場合、回生制動により停止直前まで減速させ
、その上で機械ブレーキにより制動保持を行うものであ
る。従って、巻下げ運転中に停電事故が発生した場合に
は、回生制動が不能となり、高速運転で機械ブレーキに
より非常停止をかけることになる。この時、第５図に示
すように、負荷トルクτＬ　≧制動トルクτＢ　となる
回転速度Ｎ１以上の高速回転速度にある場合には、機械
ブレーキでの制動・非常停止は不可能となり暴走事故を
発生する。従って、機械ブレーキによる制動時は常に制
動トルク１日　〉負荷トルクτＬとなるように配慮しな
ければならない。しかしながら、電動機容量が大きくな
ると、機械ブレーキの制動トルクを増大する必要があり
、ブレーキドラムの径は大きくなって周速は増大する傾
向となり、暴走対策のためにどうしても最高回転速度の
抑制が必要となる。また、直流電動機においては、最高
回転速度の抑制は結果としてベース速度の低速度化を要
求し、これは界磁制御範囲が大きい程ベース速度の低速
化が必要となることを意味する。電動機の定格は、トル
、りで決定されるため、同一容量でもベース速度を小さ
くすればする程、トルクは増大し大きな定格の電動機が
必要になり、従って適用する機械ブレーキの大形化を伴
い、この結果電動機軸の全ＧＤ２も大きくなると共に応
答性能の低下を招く等の問題を生じる。このような問題
点に対し、近時エレクトロニクス技術の急速な進歩によ
り、カゴ形電動機をＶ　Ｖ　Ｖ　Ｆ　ＩＪ御するよう構
成した装置が各種産業用の可変速電動機として通用する
ことにより、装置の高速化および小形化を容易に実現で
きるようになった。

従って、本発明の目的は、界磁制御を併用する駆動機に
おいて、高速化および小形化した電動機を電圧形ＶＶＶ
Ｆ制御により制御するに際し、停電時に主回路機器を＠
傷させることなく、機械ブレーキに回生制動による制動
トルクを重畳することによって、巻下げ負荷をどのよう
な場合にも確実に制動・停止することが可能なりレーン
等荷役機械の巻下制御装置を提供するにある。

ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明に係るクレーン等荷役機械の巻下制御装置は、機
械ブレーキを備えた駆動用電動機をマイナストルク負荷
時に電圧形ＶＶＶＦ制御により回生制動制御を行うよう
構成したクレーン等荷役機械の巻下制御装置において、 電源回生回路に第１の半導体スイッチを設け、直流中間
回路に接続した負荷抵抗器の回路への接続または切離を
行う第２の半導体スイッチを設け、 マイナストルク負荷運転に際し、電源正常時には第１の
半導体スイッチをオン状態にすると共に第２の半導体ス
イッチをオフ状態にして回生制動運転を行い、電源異常
時には第１の半導体スイッチをオフ状態にすると共に第
２の半導体スイッチをオン状態にして回生エネルギー負
荷′抵抗器で消費させる制御回路を設けることを特徴と
する。

この場合、第１の半導体スイッチはトランジスタ、ＧＴ
Ｏサイリスタ等の自己消弧能力を有するスイッチング素
子を使用すれば好適である。

また、第１の半導体スイッチおよび第２の半導体スイッ
チのオン・オフ制御を行う制御回路は、直流中間回路の
電圧レベルを検出し、これを正常時のレベルと比較して
前記各半導体スイッチのオン・オフ制御を行うよう構成
すれば好適である。

〔作用〕

本発明に係るクレーン等荷役機械のを子制御装置によれ
ば、電源正常時で巻下げを行う場合すなわちマイナスト
ルク負荷運転中は、電源回生回路に直列に接続されてい
る第１の半導体スイッチがオン状態となり、また第２の
半導体スイッチがオフ状態となって、電源回生回路が作
動して回生制動が行われ安定した運転が行われる。一方
、停電等電源異常時には、第１の半導体スイッチがオフ
状態となり、第２の半導体スイッチがオン状態となって
、電源回生回路は開路し同時に直流中間回路が閉路する
。このため、負荷抵抗器がエネルギーを消費して、回生
制動のトルクを発生し、この電気制動トルクを機械ブレ
ーキの制動トルクに重畳することにより、高速回転速度
においても巻下げ負荷を確実に制動・非常停止を行うこ
とができる。このような回生制動トルクの存在は、機械
ブレーキの大形化を阻止できると共にクレーン等荷役機
械の駆動機である電動機の高速化および小形化を可能に
する。

〔実施例〕

次に、本発明に係るクレーン等荷役機械の巻下制御装置
につき添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

第１図は、本発明に係るクレーン等荷役機械の巻下制御
装置の一実施例を示す回路図である。

第１ＦＩ！Ｊにおいて、参照符号Ｓは３相交流電源、Ｄ
はダイオード、Ｃはコンデンサ、Ｍ２はカゴ形電動機、
ｒＮＶはインバータ、Ｔは変圧器、ＴＨ，はサイリスタ
、ＴＲＩ　とＴＲ２は半導体スイッチ、Ｒは負荷抵抗器
、ＣＤは制御器をそれぞれ示す。

電源Ｓより供給される３相交流をダイオードＤで全波整
流し、コンデンサＣにより直流電圧源を形成する。この
直流電圧源からカゴ形電動ｔａ　Ｍ　２にインバータＩ
ＮＶにより制御された交流電源を供給するようにして電
圧形ＶＶＶＦ制御系を構成する。ダイオードＤとインバ
ータＩＮＶの中間には直流中間回路が設けられ、この直
流中間回路より半導体スイッチＴＲ１、サイリスタＴＨ
，および変圧器Ｔを介して電源Ｓに接続される電源回生
回路が設けられる。また、直流中間回路には、半導体ス
イッチＴＲ２と負荷抵抗器Ｒとの直列接続回路が並列に
接続されている。半導体スイッチＴＲ，およびＴＲ２の
制御手段である制御器ＣＤは、マイナストルク運転時に
は直流中間回路へカゴ形電動機Ｍ２からのエネルギーが
回生されてその回路電圧が上昇するため、この電圧を監
視してその値が一定し、ベル以上に達している期間は前
記第１の半導体スイッチＴＲ，をオン動作するよう制御
し、サイリスタＴＨ，と変圧５Ｔを介してインバータ運
転による回生運転制御を行う。この時、第２の半導体ス
イッチＴＲ２はオフ状態となる。

この直流中間回路における回路電圧が正常レベルに復帰
すると、第１の半導体スイッチＴＲ１はオフ状態となる
。

また、制御器ＣＤは、巻下げ運転中に停電事故が発生す
ると、直流中間回路の回路電圧が零となるため、この状
態を検出して第２の半導体スイッチＴＲ２をオン状態に
すると共に第１の半導体スイッチＴＲ１をオフ状態にし
、直往エネルギーを全て負荷抵抗器Ｒで消費するよう制
御する。直流中間回路の回路電圧が正常レベルの場合、
第１の半導体スイッチＴＲ１および第２の半導体スイッ
チＴＲ２は、いずれもオフ状態となる。また、巻下げ運
転中に停電事故が発生した時は、カゴ形電動機Ｍ２に対
しコンデンサＣよりの放電電流が励磁電流として供給さ
れるので、コンデンサＣの放電が完了するまで回生エネ
ルギーが負荷抵抗器Ｒで消費され、制動トルクが発生す
る。通常停電時の非常停止は２〜３秒の短時間であり、
コンデンサＣの容量を特に大きくすることなくカゴ形電
動機Ｍ２に励磁電流を供給することができ、完全に停止
するまで充分な回生制動トルクを得ることができる。

コンデンサＣの容量の比較的大きな電圧形ＶＶＶＦ制御
装置が有利であることはいうまでもない。このような構
成からなる本発明の巻下制御装置の動作につき、第１図
および第２図により説明する。第２図は、第１図に示す
ＶＶＶＦ制御される電動機の回生制動トルクの説明図で
ある。ＶＶＶＦ制御されるカゴ形電動ｔａ　Ｍ　２の正
常運転時において、電源Ｓより供給される交流電圧は、
ダイオードＤを介して直流中間回路に正常レベルの電圧
を生じ、インバータＩＮＶを介してカゴ形電動機Ｍ２へ
駆動エネルギーを供給する。また、巻下げ運転中におけ
るマイナストルク負荷時には、第１の半導体スイッチＴ
Ｒ，がオン状態となって、サイリスタＴＨ。

および変圧器Ｔを介してインバータ運転が行われ、カゴ
形電動機Ｍ２は回生制動制御が行われる。この時、第２
の半導体スイッチＴＲ２はオフ状態のままで、負荷抵抗
器Ｒは回路から切離されている。また、巻下げ運転中に
停電が発生した場合、第１の半導体スイッチＴＲ，をオ
フ状態にし、第２の半導体スイッチＴＲ２をオン状態に
して、カゴ形電動機Ｍ２からの回生エネルギーが負荷抵
抗器Ｒで消費し、回生運転が行われる。

半導体スイッチＴＲ１，ＴＲ２として、それぞれトラン
ジスタを使用しているが、この場合、電源回生回路へ通
流する第１の半導体スイッチＴＲ１はトランジスタやＧ
ＴＯサイリスタ等の自己消弧能力を有するスイッチング
素子とすることが重要である。例えば、第１の半導体ス
イッチＴＲ，にサイリスタのような自己消弧能力を持た
ない半導体スイッチを適用すると、回生運転中に停電が
生じた際電源回生回路に短絡電流が通流し、サイリスタ
ＴＨ，，変圧器Ｔなどの主回路機器が損傷する難点があ
る。

なお、前述した制御内容は、停電直前の制御が界磁弱め
制御となっていた場合（界磁弱め制御については図示し
ていない）またはそうでない場合においても、さらに巻
下げ運転や巻上げ運転の如何に拘わず同じである。

また、半導体スイッチＴＲ，およびＴＲ２は応答速度が
極めて速いため停電と同時に回生制動トルクが発生する
ため機械ブレーキの制動開始遅れを補うことができる。

〔発明の効果〕

前述した実施例から明らかなように、本発明に係るクレ
ーン等荷役機械の巻下制御装置によれば、クレーン巻上
機等の駆動機として従来より高速化および小形化された
電動機をＶＶＶＦ制御により有効に制御することができ
る。すなわち、第２図に示されるように、カゴ形電動機
Ｍ２を高速化した場合の停電時の制動開始時の回転速度
をＮ２とすると、この回転速度Ｎ２においては機械ブレ
ーキによる制動トルクτＢ　は負荷トルクτＬより明ら
かに下回っているが、回生制動トルクτｌ）Ｂが重畳さ
れるために全制動トルクτＣは負荷トルクτＬ　より上
回ることになり、安全かつ確実に制動停止を行うことが
できる。なお、第２図においては、最大回生制動トルク
を機械ブレーキの制動トルクτＢ　と同等としているが
、負荷抵抗器Ｒは短時間定格で対応できるため、大幅な
コストの増大を伴うことなく第２の半導体スイッチＴＲ
２および負荷抵抗器Ｒの抵抗値を選定することにより、
その最大回生制動トルクを適正に調整することができる
。

また、本発明の巻下制御装置によれば、界磁弱め制御の
併用が可能であり、停電時の暴走対策としての安全かつ
確実な制動機能を有し、機械ブレーキの小形化と共に電
動機軸の全ＧＤ２の低減化を達成することができる。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発
明の精神を逸脱しない範囲において種々の設計変更をな
し得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るクレーン等荷役機械の巻下制御装
置の一実施例を示す回路図、第２図は第１図に示すＶＶ
ＶＦ制御される電動機の回生制動トルクの特性線図、第
３図は通常のクレーン巻上機の説明図、第４図は従来の
荷役機械の制御回路図、第５図は一般に機械ブレーキと
して適用されるドラムブレーキの回転速度と制動トルク
の関係を示す特性線図である。 Ｓ１０．交流電源　　　　Ｄｏ、、ダイオードｒ　Ｎ　
Ｖ　、、、インバータ　Ｔ９９．変圧器ＴＲ，、ＴＲ２
，、、半導体スイッチ Ｃ８８，コンデンサ　　　Ｒ０９，負荷抵抗器Ｍ２．．
．カゴ形電動機　ＣＤ　、、、制御器ＴＨ９，，，サイ
リスタ 特許出願人　　富士電機株式会社 ＦＩＧ　　３ 山 ＦＩＧ、　　４

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）機械ブレーキを備えた駆動用電動機をマイナスト
   ルク負荷時に電圧形ＶＶＶＦ制御により回生制動制御を
   行うよう構成したクレーン等荷役機械の巻下制御装置に
   おいて、 電源回生回路に第１の半導体スイッチを設 け、 直流中間回路に接続した負荷抵抗器の回路 への接続または切離を行う第２の半導体スイッチを設け
   、 マイナストルク負荷運転に際し、電源正常 時には第１の半導体スイッチをオン状態にすると共に第
   ２の半導体スイッチをオフ状態にして回生制動運転を行
   い、電源異常時には第１の半導体スイッチをオフ状態に
   すると共に第２の半導体スイッチをオン状態にして回生
   エネルギー負荷抵抗器で消費させる制御回路を設けるこ
   とを特徴とするクレーン等荷役機械の巻下制御装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載のクレーン等荷役機械
   の巻下制御装置において、第１の半導体スイッチはトラ
   ンジスタ、ＧＴＯサイリスタ等の自己消弧能力を有する
   スイッチング素子からなるクレーン等荷役機械の巻下制
   御装置。
3. （３）特許請求の範囲第１項記載のクレーン等荷役機械
   の巻下制御装置において、第１の半導体スイッチおよび
   第２の半導体スイッチのオン・オフ制御を行う制御回路
   は、直流中間回路の電圧レベルを検出し、これを正常時
   のレベルと比較して前記各半導体スイッチのオン・オフ
   制御を行うよう構成してなるクレーン等荷役機械の巻下
   制御装置。