KR19980041484A

KR19980041484A - Initial charging device in induction motorized system

Info

Publication number: KR19980041484A
Application number: KR1019960060787A
Authority: KR
Inventors: 김성윤
Original assignee: 유상부; 삼성중공업 주식회사
Priority date: 1996-11-30
Filing date: 1996-11-30
Publication date: 1998-08-17

Abstract

개시된 내용은 크레인에 적용되는 유도전동기구동시스템에서의 초기충전장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 구동대상인 유도전동기와, 유도전동기를 구동하기 위하여 입력전원을 원하는 전압으로 승압하는 컨버터부와, 이를 직류에서 교류로 변환하여 유도전동기에 인가하는 인버터부와, 인가되는 전원을 스위칭하는 주전원접촉기와, 주전원접촉기에 병렬로 연결되어 갑작스런 유입전류를 제한하는 초기충전저항과, 컨버터부와 인버터부 사이에 위치하는 커패시터뱅크의 전압상승을 감지하는 직류전압센서와, 감지전압을 입력받아 처리가능한 데이타형태로 전환하는 직류전압검출부와, 그 데이타를 입력받아 크레인 전원상태를 판별하여 일정전압 이상이면 주전원접촉기를 온(ON)하여 정상적인 유도전동기 구동프로그램을 수행하고, 실패(Fault)상태에서 컨버터부와 인버터부 구동을 차단한 후 주전원접촉기를 오프(OFF)하는 주제어부, 및 디지탈입출력제어부로 구성된다. 따라서, 본 발명은 복잡한 하드웨어구성 대신에 주제어부상에서 프로그램 수행을 통해 유도전동기를 신뢰성있고 안전하게 구동 제어할 수 있는 효과를 제공한다.The present disclosure relates to an initial charging device in an induction motor drive system applied to a crane. The apparatus of the present invention is to drive the induction motor to be driven, the converter unit for boosting the input power to a desired voltage to drive the induction motor, the inverter unit for converting it from direct current to alternating current applied to the induction motor, switching the applied power Connected to the main power contactor in parallel, the initial charge resistance to limit the sudden inrush current, DC voltage sensor for detecting the voltage rise of the capacitor bank located between the converter unit and the inverter unit, and receives the sensing voltage The DC voltage detector converts the data into a processable data type, and receives the data to determine the crane power supply status. If the voltage is over a certain voltage, the main power contactor is turned on to execute a normal induction motor driving program. Main control unit which turns off the main power contactor after shutting off the drive of the converter unit and inverter unit, and It consists of a ground I / O control unit. Accordingly, the present invention provides an effect of reliably and safely driving control of an induction motor through program execution on the main controller instead of a complicated hardware configuration.

Description

Initial charging device in induction motorized system

본 발명은 크레인용 전동기 구동시스템에 관한 것으로서, 특히 유도전동기 초기 구동시 갑자기 많은 전위차에 의해서 고가의 드라이브소자들이 파괴되지 않도록 한 유도전동기구동시스템에서의 초기충전장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric motor driving system for a crane, and more particularly, to an initial charging device in an induction electric motor driving system which prevents expensive drive elements from being destroyed by a large number of potential differences during initial driving of an induction motor.

일반적으로 물동량 이동이 다양화, 대형화되어가는 추세에 따라 하역설비인 컨테이너 크레인, 컨테이너 야적장의 설비인 트랜스퍼크레인, 레일주행크레인 등을 이용해 하물을 이동한다.In general, according to the trend of diversification and enlargement of transportation volume, cargoes are moved by using container cranes, cargo cranes, transfer cranes, and rail driving cranes.

도 1은 일반적인 크레인의 일예를 나타낸 구성도로서, 컨테이너를 줄에 매달아서 옮기는 형태의 크레인이다. 이는 컨테이너(14)를 들어 올려, 다른 위치로 옮기는 트롤리(11)와, 트롤리(11)에 매달려 컨테이너(14)를 잡는 장치인 스프레드(15), 그리고 크레인의 몸체(12)로 크게 구성된다. 크레인 운전자는 트롤리(11)에 설치된 운전실(13)에서 크레인을 전·후로 주행시킴과 아울러 트롤리(11)를 몸체(12)를 따라 좌·우로 횡행시켜 옮기고져 하는 컨테이너(14)를 집어 올려 원하는 위치로 옮긴다. 이때, 스프레드(15)는 콘테이너(14)를 정확히 들어올려 원하는 위치에 내려놓기 위하여 권상·권하로 이동된다. 이처럼, 크레인의 동작은 주행, 권상·권하, 횡행으로 구분된다. 이러한 동작을 위하여 기존에는 직류전동기를 사용하였으나 최근에는 여타전동기에 비해 견고하고 정기적인 유지보수가 필요없는 장점을 가진 유도전동기가 폭을 넓혀가고 있다.1 is a configuration diagram showing an example of a general crane, which is a crane in a form in which a container is suspended by a string. It is largely composed of a trolley 11 for lifting the container 14 up and moving to another position, a spread 15 which is a device for holding the container 14 hanging on the trolley 11, and the body 12 of the crane. The crane driver picks up the container 14 to move the crane forward and backward in the cab 13 installed in the trolley 11 and to move the trolley 11 to the left and right along the body 12. Move to location At this time, the spread 15 is moved up and down in order to correctly lift the container 14 and lower it to a desired position. In this way, the operation of the crane is divided into traveling, hoisting, lifting and traversing. Conventionally, DC motors have been used for this operation, but recently, induction motors have wider ranges than other motors.

이와 같은 유도전동기를 사용하는 크레인구동시스템에서 직류단에 커패시터가 존재하는 데 이는 입력측에서 갑자기 많은 전위차에 의해서 아무 저항도 없이 많은 전류가 흘러들어가면 고가의 드라이브소자들이 파괴되고, 또 상당히 위험하기 때문에 어느 정도 전위차가 좁혀지기 전까지는 병렬로 연결된 저항으로 전류가 흐르다가 커패시터에 충분한 전압이 형성된 후에 주접촉기를 안전하게 붙이는 초기충전장치가 필수적이다.In a crane driving system using such an induction motor, a capacitor is present in the DC stage, because when a large amount of current flows without any resistance due to a large potential difference at the input side, expensive drive elements are destroyed and are extremely dangerous. Until the potential difference is narrowed, it is necessary to have an initial charging device that securely connects the main contactor after the current flows through a resistor connected in parallel and a sufficient voltage is formed in the capacitor.

하지만, 유도전동기구동시스템에서 종래의 초기충전장치는 타이머(timer), 보조접점회로 등의 전장품을 많이 사용하여 하드웨어적 구성이 복잡해지고, 각각의 전장품을 유지 보수해야 하는 단점이 있다.However, the conventional initial charging device in the induction electric motor drive system using a lot of electrical equipment such as a timer (timer), an auxiliary contact circuit, the hardware configuration is complicated, there is a disadvantage that must maintain each electrical equipment.

따라서, 본 발명의 목적은 하드웨어적 구성을 간략화하면서 보다 정확하게 초기충전회로를 구현하여 고도의 신뢰성을 요구하는 크레인 등에 적용될 수 있는 유도전동기구동시스템에서의 초기충전장치를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an initial charging device in an induction drive system that can be applied to a crane that requires a high reliability by implementing the initial charging circuit more accurately while simplifying the hardware configuration.

도 1은 일반적인 크레인의 구성도,1 is a configuration diagram of a general crane,

도 2는 본 발명에 의한 유도전동기구동시스템에서의 초기충전장치의 바람직한 일 실시예를 나타내는 구성도.Figure 2 is a block diagram showing a preferred embodiment of the initial charging device in the induction motor drive system according to the present invention.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings

21 : 리액터 22 : 초기충전저항21: reactor 22: initial charge resistance

23 : 주전원접촉기 24 : 컨버터부23: main power contactor 24: converter

25 : 커패시터뱅크 26 : 인버터부25: Capacitor Bank 26: Inverter

27 : 유도전동기 28 : 직류전압검출부27: induction motor 28: DC voltage detection unit

29 : 주제어부 30 : 디지탈입출력제어부29: main controller 30: digital I / O control unit

31,32 : 게이트드라이브 251 : 직류전압센서31,32: Gate Drive 251: DC Voltage Sensor

252 : 직류단퓨즈252: DC single fuse

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유도전동기구동시스템에서의 초기충전장치는 크레인 구동제어장치에 있어서, 상기 크레인 구동을 위한 대상이 되는 유도전동기와, 입력되는 전원을 스위칭하기 위한 주전원접촉기와, 상기 주전원접촉기에 병렬로 연결되며, 전원 입력시 초기 유입전류를 제한하는 초기충전저항과, 상기 주전원접촉기 내지 상기 초기충전저항을 통한 유입전류로부터 원하는 임의의 전압을 얻기 위한 컨버터부와, 상기 컨버터부에서 얻어지는 전압에 의해 걸리는 직류전압이 상승하는 커패시터들로 된 커패시터뱅크와, 상기 커패시터뱅크에 걸리는 직류전압을 교류전압으로 바꾸어 상기 유동전동기를 구동시키는 인버터부와, 상기 제어수단의 제어하에 상기 컨버터부와 상기 인버터부를 각각 구동시키는 복수의 게이트드라이브와, 상기 커패시터뱅크에 걸리는 직류전압을 감지하기 위한 직류전압센서와, 상기 직류전압센서의 감지전압을 상기 제어수단에서 처리가능한 형태로 전환하여 출력하는 직류전압검출부, 및 상기 직류전압검출부에서 출력되는 상기 직류전압센서의 감지전압으로부터 전원 입력단과 상기 커패시터뱅크 사이의 전위차를 판별하고, 그 판별결과에 따라 상기 주전원접촉기의 스위칭여부를 제어하는 제어수단을 포함한다.The initial charging device in the induction motor drive system of the present invention for achieving the above object, in the crane drive control device, the induction motor as the target for driving the crane, the main power contactor for switching the input power; A converter unit connected in parallel to the main power contactor and configured to obtain a desired voltage from an initial charge resistance limiting an initial inrush current when the power is input, and an inflow current through the main power contactor to the initial charge resistor; A capacitor bank comprising capacitors in which the DC voltage applied by the voltage obtained by the voltage rises; an inverter unit for driving the floating motor by converting the DC voltage applied to the capacitor bank into an AC voltage; and the converter unit under the control of the control means. And a plurality of gate drives for driving the inverter unit, respectively. And a DC voltage sensor for detecting a DC voltage applied to the capacitor bank, a DC voltage detector for converting the DC voltage sensor's detected voltage into a form that can be processed by the control means, and outputting the DC voltage detector. And a control means for determining a potential difference between the power input terminal and the capacitor bank from the sensed voltage of the DC voltage sensor and controlling whether the main power contactor is switched according to the determination result.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 유도전동기구동시스템에서의 초기충전장치를 나타내는 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 장치는 전원 입력단에서 유입전류를 제한하는 리액터(21)와, 전원을 온(ON)/오프(OFF)하는 주전원접촉기(23)를 구비하고 있다. 또한, 주전원접촉기(23)에 병렬로 연결되어 갑작스런 유입전류를 주전원접촉기(23)가 온(ON)될 때까지 제한하는 초기충전저항(22)과, 입력되는 스위칭패턴에 따라 직류전압단의 전압을 상승시키는 컨버터부(24)를 구비하고 있다. 컨버터부(24)에는 직류전압이 걸리는 다수의 커패시터들로 된 커패시터뱅크(25)가 연결되며, 커패시터뱅크(25)내에는 직류전압단의 직류전압을 감지하기 위한 직류전압센서(251)와 직류단퓨즈(252)가 포함된다. 커패시터뱅크(25)에는 직류전압을 교류전압으로 바꾸어 구동대상인 유동전동기(27)를 구동시키는 인버터부(26)가 연결된다. 한편, 직류전압센서(251)에서 감지된 직류전압을 입력받아 소정 프로그램에서 인식가능한 형태의 신호로 전환하는 직류전압검출부(28)와, 크레인 전원상태를 판별하고 검출된 직류전압을 입력받아 각 구성의 전반적인 제어를 수행하는 고속 디지탈신호처리기(DSP; Digital Signal Processor)로 된 주제어부(29)를 구비하고 있다. 주제어부(29)에는 주전원접촉기(23)의 전원 온(ON)/오프(OFF)상태를 입력받아 제어하는 디지탈입출력제어부(30)와, 컨버터부(24)와 인버터부(26) 각각의 구동을 위한 게이트스위칭패턴을 제공하는 게이트드라이브(31,32)가 연결되도록 구성된다.Figure 2 is a block diagram showing an initial charging device in an induction motor drive system according to the present invention. As shown, the apparatus of the present invention includes a reactor 21 for limiting inrush current at a power input terminal and a main power contactor 23 for turning on / off a power source. In addition, the initial charge resistance 22 is connected in parallel to the main power contactor 23 to limit the sudden inflow current until the main power contactor 23 is turned on, and the voltage of the DC voltage terminal according to the switching pattern input. The converter section 24 which raises | hangs is provided. The converter section 24 is connected to a capacitor bank 25 made up of a plurality of capacitors are applied to the DC voltage, the DC voltage sensor 251 and DC to detect the DC voltage of the DC voltage terminal in the capacitor bank 25 Short fuse 252 is included. The capacitor bank 25 is connected to an inverter unit 26 which drives the floating motor 27 to be driven by converting a DC voltage into an AC voltage. On the other hand, the DC voltage detector 28 for receiving the DC voltage sensed by the DC voltage sensor 251 and converts it into a signal of a form recognizable by a predetermined program, and determines the crane power state and receives the detected DC voltage. It includes a main control unit 29 of a high speed digital signal processor (DSP) that performs overall control of the control unit. The main control unit 29 drives the digital input / output control unit 30 that receives and controls the power ON / OFF state of the main power contactor 23, and drives the converter unit 24 and the inverter unit 26, respectively. Gate drives 31 and 32 which provide a gate switching pattern for the structure are connected.

이와 같이 구성된 본 발명의 유도전동기구동시스템에서의 초기충전장치에 대한 동작을 좀더 구체적으로 설명한다.The operation of the initial charging device in the induction motor drive system of the present invention configured as described above will be described in more detail.

먼저, 도 1를 참조하면, 트롤리(11)에 설치된 운전실(13)의 운전자로부터 크레인의 스프레더(15)에 집혀있는 컨테이너(14)를 권상 및 권하 구동하기 위하여 전원이 인가되면 리액터(21)를 통해 전류가 갑작스럽게 유입된다. 이때, 주전원접촉기(23)는 오프(OFF)상태로 유입전류는 초기충전저항(22)에 의해 제한되며, 컨버터부(24)에 의해 임의의 전압을 얻어 커패시터뱅크(25)에 걸리는 직류전압을 상승시킨다. 커패시터뱅크(25)내의 커패시터들과 병렬로 연결된 직류전압센서(251)는 커패시터뱅크(25)에 걸리는 직류전압을 감지하여 직류전압검출부(28)로 출력한다. 여기서, 직류단퓨즈(252)는 직류단에 과부하나 단락에 의한 과전류가 흘렀을 때 장치를 보호하는 역할을 한다. 직류전압검출부(28)는 직류전압센서(251)에서 감지된 직류전압을 주제어부(29)에서 처리가능한 형태로 전환하여 주제어부(29)로 출력한다. 주제어부(29)는 DSP등으로 구현되며, 직류전압검출부(28)를 통해 입력되는 직류전압으로부터 크레인 전원 상태를 판별한다. 즉, 주제어부(29)는 직류전압이 일정전압 이상인지를 판별하여 일정전압 이상이면 전원 입력단과의 전위차가 소정범위내로 좁혀진 상태로 판단하여 주전원접촉 온(ON)명령을 발생한다. 디지탈입출력제어부(30)는 주제어부(29)로부터 주전원접촉 온(ON)명령이 인가되면 주전원접촉기(23)의 접촉이 온(ON)되도록 제어한다. 주전원접촉기(23)는 디지탈입출력제어부(30)의 제어하에 온(ON)상태가 되어 전원 입력단과 컨버터부(24) 사이를 접촉시키고 이를 디지탈입출력제어부(30)에 통지한다. 디지탈입출력제어부(30)는 주전원접촉기(23)의 접촉상태를 주제어부(29)에 알린다. 주제어부(29)는 주전원접촉 온(ON)명령후, 디지탈입출력제어부(30)를 통해 주전원접촉기(23)가 접촉되었음을 알리는 신호가 입력되지 않으면 접촉되지 않은 걸로 간주하여 실패(Fault)상태로 전환한다. 반대로, 주제어부(29)는 디지탈입출력제어부(30)로부터 주전원접촉기(23)가 접촉됨을 알리는 신호가 입력되면 정상적인 유도전동기(27) 구동프로그램을 수행한다. 즉, 주제어부(29)는 실패(Fault)상태에서 게이트드라이브(31,32)를 제어하여 컨버터부(24)와 인버터부(26)가 구동하지 않도록 하여 유도전동기(27)에 인가되는 전류의 흐름을 차단한다. 그런 다음, 주제어부(29)는 디지탈입출력제어부(30)를 통해 주전원접촉기(23)를 오프(OFF)시킨다. 주제어부(29)는 정상상태에서 게이트드라이브(31,32)를 제어하여 컨버터부(24)와 인버터부(26)를 구동시킨다. 그래서, 주전원접촉기(23)를 통해 유입되는 전류로부터 컨버터부(24)에서는 원하는 임의의 전압을 얻어 커패시터뱅크(25)에 걸리는 전압을 상승시킨다. 인버터부(26)는 커패시터뱅크(25)에 걸리는 직류전압을 교류전압으로 바꾸어 유도전동기(27)를 구동시키므로 크레인을 원하는 방향으로 운전한다.First, referring to FIG. 1, when power is applied from the driver of the cab 13 installed in the trolley 11 to power up and down the container 14 picked up by the spreader 15 of the crane, the reactor 21 is operated. Through this current flows abruptly. At this time, the main power contactor 23 is in an OFF state, and the inflow current is limited by the initial charging resistor 22, and the DC voltage applied to the capacitor bank 25 is obtained by obtaining an arbitrary voltage by the converter unit 24. Raise. The DC voltage sensor 251 connected in parallel with the capacitors in the capacitor bank 25 detects the DC voltage applied to the capacitor bank 25 and outputs the DC voltage to the DC voltage detector 28. Here, the direct current fuse 252 serves to protect the device when an overcurrent caused by an overload or a short circuit flows through the direct current terminal. The DC voltage detector 28 converts the DC voltage sensed by the DC voltage sensor 251 into a form that can be processed by the main controller 29 and outputs it to the main controller 29. The main control unit 29 is implemented with a DSP or the like and determines the crane power supply state from the DC voltage input through the DC voltage detection unit 28. In other words, the main controller 29 determines whether the DC voltage is equal to or greater than the constant voltage, and when the DC voltage is equal to or greater than the predetermined voltage, determines that the potential difference with the power input terminal is narrowed within a predetermined range and generates a main power contact ON command. The digital input / output control unit 30 controls the contact of the main power contactor 23 to be turned on when the main power contact ON command is applied from the main controller 29. The main power contactor 23 is turned ON under the control of the digital input / output control unit 30 to make contact between the power input terminal and the converter unit 24, and notify the digital input / output control unit 30 thereof. The digital input / output control unit 30 informs the main control unit 29 of the contact state of the main power contactor 23. If the main control unit 29 does not receive a signal indicating that the main power contactor 23 has been contacted through the digital input / output control unit 30 after the main power contact ON command, the main controller 29 assumes no contact and switches to a Fault state. do. On the contrary, the main controller 29 performs a normal induction motor 27 driving program when a signal indicating that the main power contactor 23 is contacted from the digital input / output controller 30 is input. That is, the main controller 29 controls the gate drives 31 and 32 in a fault state so that the converter unit 24 and the inverter unit 26 do not drive, so that the main motor unit 29 controls the gate drives 31 and 32. Shut off the flow. Then, the main control unit 29 turns off the main power contactor 23 through the digital input / output control unit 30. The main controller 29 controls the gate drives 31 and 32 in the normal state to drive the converter unit 24 and the inverter unit 26. Thus, the converter unit 24 obtains a desired arbitrary voltage from the current flowing through the main power contactor 23 to increase the voltage applied to the capacitor bank 25. The inverter unit 26 drives the induction motor 27 by converting the DC voltage applied to the capacitor bank 25 into an AC voltage to drive the crane in a desired direction.

상술한 바와 같이, 본 발명은 유도전동기구동시스템에서의 초기충전장치에 관한 것으로 고가의 전장품이 많이 소요되고, 각각의 전장품을 유지 보수해야 하는 종래의 유도전동기구동시스템에서의 초기충전장치에 비해 고속의 디지탈신호처리부(DSP)를 통하여 정확하게 초기충전장치를 제어하여 고도의 신뢰성 및 안전성을 제공하는 효과를 갖는다.As described above, the present invention relates to an initial charging device in an induction motorized system, which requires a lot of expensive electrical equipment and has a higher speed than the initial charging device in a conventional induction motorized system that requires maintenance of each electric component. The digital signal processing unit (DSP) of the control the initial charging device accurately has the effect of providing a high degree of reliability and safety.

Claims

In the crane drive control device,

An induction motor as a target for driving the crane;

A main power contactor for switching input power;

An initial charge resistor connected in parallel to the main power contactor and limiting an initial inflow current when the power is input;

A converter unit for obtaining a desired voltage from the inflow current through the main power contactor to the initial charge resistor;

A capacitor bank comprising capacitors in which a DC voltage applied by the voltage obtained by the converter unit rises;

An inverter unit for changing the DC voltage applied to the capacitor bank to an AC voltage to drive the floating motor;

A plurality of gate drives respectively driving the converter unit and the inverter unit under the control of the control means;

A DC voltage sensor for sensing a DC voltage applied to the capacitor bank;

A DC voltage detection unit for converting the detected voltage of the DC voltage sensor into a form processable by the control means and outputting the converted voltage; And

An induction motor drive including a control means for discriminating a potential difference between a power input terminal and the capacitor bank from the sensed voltage of the DC voltage sensor output from the DC voltage detector and controlling whether the main power contactor is switched according to the determination result Initial charging device in the system.

The method of claim 1, wherein the control means

It is determined whether the detected voltage of the DC voltage sensor output from the DC voltage detector is greater than or equal to a predetermined voltage. If the detected voltage is greater than or equal to a predetermined voltage, it is determined that the potential difference between the power input terminal and the capacitor bank is narrowed within a predetermined range. A main controller for outputting a (ON) command and executing a normal driving program or switching to a failure state according to the switching state of the main power contactor according to the switching state of the main power contactor; And

And a digital input / output control unit configured to control switching of the main power contactor according to the main power contact ON / OFF command of the main control unit, and to inform the main control unit of the switching state of the main power contactor according to the main power contact ON / OFF command. Initial charging device in induction motorized system.

The main power contact OFF command of claim 2, wherein the main control unit controls the gate drive to stop driving of the converter unit and the inverter unit when the main power contactor is not in contact after the main power contact ON command. Initial charging device in the induction motor drive system, characterized in that for outputting.