KR20060026638A - Control system of rtgc (rubber tyred gantry crane) based on supercapacitor - Google Patents

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KR20060026638A
KR20060026638A KR1020040075457A KR20040075457A KR20060026638A KR 20060026638 A KR20060026638 A KR 20060026638A KR 1020040075457 A KR1020040075457 A KR 1020040075457A KR 20040075457 A KR20040075457 A KR 20040075457A KR 20060026638 A KR20060026638 A KR 20060026638A
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Abstract

본 발명은 하물을 수직 또는 수평으로 이동시킬 수 있는 크레인을 제어하기 위한 시스템으로서, 엔진-발전기, 하물이동용 모터부, 및 수퍼커패시터를 포함하며, 상기 수퍼커패시터는 상기 하물이동용 모터부에서 발생되는 에너지를 충전 및 방전할 수 있다.The present invention is a system for controlling a crane capable of moving a load vertically or horizontally, comprising an engine-generator, a load moving motor unit, and a supercapacitor, wherein the supercapacitor generates energy generated by the motor for moving the load. Can be charged and discharged.

상기 수퍼커패시터는 하물이동용 모터부에서 하물을 지면에 대하여 아래방향으로 내려놓을 때 발생되는 위치에너지, 또는 감속 시 발생되는 운동에너지에 의하여 생성되는 전기에너지를 충전 및 방전시킴으로써, 상기 위치에너지 또는 운동에너지를 재활용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 크레인 제어 시스템에 의하여, 전력 소비를 감소시키고, 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.The supercapacitor charges and discharges electric energy generated by kinetic energy generated when the load is lowered downward with respect to the ground in the load moving motor unit, or kinetic energy generated during deceleration, thereby providing the potential energy or kinetic energy. Can be recycled. Thus, by the crane control system according to the present invention, it is possible to reduce power consumption and increase energy efficiency.

Description

수퍼커패시터를 사용하는 RTGC 제어 시스템 {Control System of RTGC (Rubber Tyred Gantry Crane) Based on Supercapacitor}RCTB control system using supercapacitor {Control System of RTGC (Rubber Tyred Gantry Crane) Based on Supercapacitor}

도 1a는 본 발명에 따른 제어 시스템이 적용되는 크레인의 일종인 러버 타이어드 갠트리 크레인(Rubber Tyred Gantry Crane, RTGC)을 촬영한 사진.Figure 1a is a photograph of a rubber tire gantry crane (Rubber Tyred Gantry Crane, RTGC) is a type of crane to which the control system according to the present invention is applied.

도 1b는 RTGC에 사용되는 발전기의 일예를 촬영한 사진.Figure 1b is a picture taken an example of a generator used in RTGC.

도 2는 종래의 RTGC 제어 시스템의 구성도.2 is a block diagram of a conventional RTGC control system.

도 3은 RTGC의 기본 동작을 설명하기 위한 도면.3 is a view for explaining the basic operation of the RTGC.

도 4는 본 발명의 RTGC 제어 시스템에 따른 제1실시예의 구성도.Figure 4 is a block diagram of a first embodiment according to the RTGC control system of the present invention.

도 5는 본 발명의 RTGC 제어 시스템에 따른 제2실시예의 구성도.5 is a block diagram of a second embodiment according to the RTGC control system of the present invention.

도 6은 상기 제2실시예의 RTGC 제어 시스템에서 사용되는 DC/DC 컨버터의 구성도.6 is a configuration diagram of a DC / DC converter used in the RTGC control system of the second embodiment.

도 7은 상기 도 7의 DC/DC 컨버터에서 스위치 Q1 내지 Q6의 동작에 따른 각상 전류 ia, ib, ic 및 그의 합인 io의 전류 파형을 도시한 것.FIG. 7 illustrates current waveforms of respective currents ia, ib, ic, and io corresponding to the operations of switches Q1 to Q6 in the DC / DC converter of FIG.

도 8는 종래의 RTGC 제어 시스템과 본 발명에 따른 제어 시스템의 동작을 비교하기 위한 실험에서, 하물이동용 모터부에 인가되는 전력의 양을 도시한 그래프.8 is a graph showing the amount of power applied to the motor unit for moving goods in the experiment for comparing the operation of the conventional RTGC control system and the control system according to the present invention.

도 9a 및 도 9b는 각각 상기 실험에서 종래의 RTGC 제어 시스템 및 본 발명에 따른 제어 시스템의 하물이동용 모터부 또는 수퍼커패시터의 전압, 전류 및 주 파수를 측정한 결과.9a and 9b are the results of measuring the voltage, current and frequency of the motor portion or the supercapacitor for the load movement of the conventional RTGC control system and the control system according to the present invention, respectively, in the above experiment.

도 10은 본 발명에 따른 RTGC 제어 시스템에서 수퍼커패시터에 의하여 전력이 공급되는 경우의 필요 전력, 엔진-발전기의 공급 전력 및 수퍼커패시터의 공급 전력을 그래프로 도시한 것.10 is a graph showing power required when power is supplied by a supercapacitor in the RTGC control system according to the present invention, supply power of an engine-generator, and supply power of a supercapacitor.

본 발명은 하물을 이동시킬 수 있는 크레인을 제어하기 위한 시스템에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명에 따른 크레인 제어 시스템은, 엔진-발전기, 하물이동용 모터부, DC/DC 컨버터 및 수퍼커패시터를 포함하며, 상기 수퍼커패시터는 상기 하물이동용 모터부에서 발생되는 에너지를 충전 및 방전할 수 있다.The present invention relates to a system for controlling a crane capable of moving a load. More specifically, the crane control system according to the present invention includes an engine-generator, a load moving motor unit, a DC / DC converter, and a supercapacitor, wherein the supercapacitor may charge and discharge energy generated in the load moving motor unit. Can be.

본 발명에 따른 제어 시스템은, 하물을 이동시킬 수 있는 크레인, 예를 들어, RTGC에 적용할 수 있다. RTGC는 러버 타이어드 갠트리 크레인(Rubber Tyred Gantry Crane)의 약칭으로서, 선박 등에서 하역된 컨테이너와 같은 하물을 야적장으로 이동시키기 위한 크레인의 한 종류이다. 도 1a는 통상의 RTGC를 촬영한 사진이다.The control system according to the present invention is applicable to a crane capable of moving a load, for example, RTGC. RTGC is an abbreviation of Rubber Tyred Gantry Crane, and is a kind of crane for moving cargo such as a container unloaded from a ship to a yard. 1A is a photograph of a conventional RTGC.

상기 RTGC에는 자체적으로 RTGC를 운전하고, 하물을 들어올리기 위한 발전기를 구비한다. 도 1b는 RTGC에 사용되는 발전기의 일예를 촬영한 것이다.The RTGC is itself provided with a generator for driving the RTGC and lifting loads. Figure 1b is an example of the generator used in the RTGC.

도 2는 종래의 RTGC 제어 시스템의 구성도이다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 RTGC 제어 시스템은 전력을 발생시키는 엔진-발전기(100); 상기 엔진-발전기(100)의 전력을 이용하여 하물을 이동시키는 하물이동용 모터부(200); 및 상기 하물이동용 모터부(200)에 대하여 전기적으로 병렬형태로서 상기 엔진-발전기(100)와 연결되며, 상기 하물이동용 모터부(200)에서 발생되는 위치 또는 운동 에너지를 소진시키기 위한 브레이커(300)를 구비한다.2 is a block diagram of a conventional RTGC control system. As shown in FIG. 2, the RTGC control system includes an engine-generator 100 for generating power; A load moving motor unit 200 for moving the load using the power of the engine-generator 100; And the breaker 300 for exhausting a position or kinetic energy generated in the load moving motor unit 200 and connected to the engine-generator 100 in an electrically parallel form with respect to the load moving motor unit 200. It is provided.

상기 하물이동용 모터부(200)는, RTGC 자체를 전후로 이동(운전)하는 갠트리(gantry) 동작, 하물을 수직 이동시키는 호이스트(Hoist) 동작, 및 하물을 수평 이동시키는 트롤리(Trolley) 동작을 수행한다. 도 3은 상기 RTGC의 갠트리 동작, 호이스트 동작 및 트롤리 동작의 방향을 도시한 것이다. 따라서, RTGC는 하물을 x, y 및 z방향으로 원하는 만큼 이동시킬 수 있다.The load moving motor unit 200 performs a gantry operation for moving (driving) the RTGC itself back and forth, a hoist operation for vertically moving the load, and a trolley operation for horizontally moving the load. . Figure 3 shows the direction of the gantry operation, hoist operation and trolley operation of the RTGC. Thus, the RTGC can move the article as desired in the x, y and z directions.

또한, 상기 RTGC 제어 시스템은 공기조화기, 팬(fan) 또는 펌프 등과 같은 보조 장치들을 구동하는 보조 부하 구동부(400)를 더 구비한다. 상기 보조 부하 구동부(400)는 상기 엔진-발전기(100)의 3상 교류 권선에 직접 연결되어, 상기 엔진-발전기(100)의 전력에 의하여 구동된다.In addition, the RTGC control system further includes an auxiliary load driver 400 for driving auxiliary devices such as an air conditioner, a fan, or a pump. The auxiliary load driver 400 is directly connected to the three-phase AC winding of the engine generator 100, and is driven by the power of the engine generator 100.

상기 엔진-발전기(100)의 말단부에는 그의 출력을 직류로 변환시키기 위한 정류기(110)가 포함되어 있다. 하물이동용 모터부(200), 및 브레이커(300)는 상기 정류기(110)의 DC 링크(1, 2) 사이에 전기적으로 병렬형태로 연결된다. 상기 하물이동용 모터부(300)의 전단에는 상기 DC 링크(1, 2)의 직류 전원을 교류 전원으로 변환시켜 모터에 공급하기 위한 인버터(210)가 구비되어 있다.The distal end of the engine-generator 100 includes a rectifier 110 for converting its output into direct current. The load moving motor unit 200 and the breaker 300 are electrically connected in parallel between the DC links 1 and 2 of the rectifier 110. The inverter 210 for converting the DC power of the DC link (1, 2) to an AC power supply to the motor at the front end of the load moving motor unit 300 is provided.

상기한 바와 같은 종래의 RTGC에 있어서, 하물이동용 모터부(200)에서 하물 을 아래로 내려놓을 때 발생되는 위치에너지 또는 감속(Deceleration) 시 발생하는 는 운동에너지는 브레이커(300)에 의하여 소진된다. 따라서, 하물을 내려놓거나 감속 시 발생되는 에너지가 브레이커에서 열에너지로 낭비된다.In the conventional RTGC as described above, the kinetic energy generated when the load is lowered in the load moving motor unit 200 or deceleration is depleted by the breaker 300. Therefore, the energy generated when laying down the load or decelerating is wasted as heat energy in the breaker.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 상기 RTGC와 같은 크레인이 하물을 내려놓을 때 또는 감속 시 발생되는 에너지를 재활용하기 위하여 수퍼커패시터를 구비하는 크레인 제어 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 크레인 제어 시스템을 사용하는 경우, 전력 소비를 감소시키고, 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and relates to a crane control system having a supercapacitor for recycling energy generated when a crane such as RTGC puts down a load or decelerates. When using the crane control system according to the invention, it is possible to reduce power consumption and increase energy efficiency.

따라서, 본 발명의 목적은 새로운 크레인 전력 제어 시스템을 제공하는 것에 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a new crane power control system.

본 발명은 하물을 이동시킬 수 있는 크레인(예를 들어, RTGC)을 제어하기 위한 시스템에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은,The present invention relates to a system for controlling a crane (eg RTGC) capable of moving a load. More specifically, the present invention,

전력을 발생시키는 엔진-발전기;An engine-generator for generating electric power;

상기 엔진-발전기의 전력을 이용하여 하물을 이동시키는 하물이동용 모터부; 및A load moving motor unit for moving the load using the power of the engine-generator; And

상기 하물이동용 모터부에 대하여 전기적으로 병렬형태로서 상기 엔진-발전기와 연결되며, 상기 하물이동용 모터부에서 발생되는 에너지를 충전 및 방전할 수 있는 대용량의 수퍼커패시터를 구비하는 크레인 제어 시스템에 관한 것이다.And a large capacity supercapacitor connected to the engine-generator in an electrically parallel form with respect to the load moving motor part and capable of charging and discharging energy generated in the load moving motor part.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 크레인의 일 예인 RTGC 제어 시스템에 대하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명이 하기 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described in detail with respect to the RTGC control system as an example of a crane according to the present invention. However, the present invention is not limited by the following examples.

도 4는 본 발명의 RTGC 제어 시스템에 따른 제1실시예의 구성도이다.4 is a configuration diagram of a first embodiment according to the RTGC control system of the present invention.

상기 제1실시예에 따른 RTGC 제어 시스템은, 전력을 발생시키는 엔진-발전기(100); 상기 엔진-발전기(100)의 전력을 이용하여 하물을 이동시키는 하물이동용 모터부(200); 및 상기 하물이동용 모터부(200)에 대하여 전기적으로 병렬형태로서 상기 엔진-발전기(100)와 연결되며, 상기 하물이동용 모터부(200)에서 발생되는 에너지를 충전 및 방전할 수 있는 대용량의 수퍼커패시터(500)를 구비한다.RTGC control system according to the first embodiment, the engine-generator 100 for generating electric power; A load moving motor unit 200 for moving the load using the power of the engine-generator 100; And a large capacity supercapacitor connected to the engine-generator 100 in an electrically parallel form with respect to the load moving motor unit 200, and capable of charging and discharging energy generated by the load moving motor unit 200. 500.

상기 엔진-발전기(100)의 말단부에는 그의 출력을 직류로 변환시키기 위한 정류기(110)가 포함되어 있다. 상기 하물이동용 모터부(200), 및 수퍼커패시터(500)는 상기 정류기(110)의 DC 링크(1, 2) 사이에 전기적으로 병렬형태로 연결되어 있다.The distal end of the engine-generator 100 includes a rectifier 110 for converting its output into direct current. The load moving motor unit 200 and the supercapacitor 500 are electrically connected in parallel between the DC links 1 and 2 of the rectifier 110.

상기 하물이동용 모터부(200)는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 갠트리 동작, 호이스트 동작 및 트롤리 동작을 수행한다.As shown in FIG. 3, the load moving motor unit 200 performs a gantry operation, a hoist operation, and a trolley operation.

상기 수퍼커패시터(500)는 상기 하물이동용 모터부(200)에서, 호이스트 동작에 의하여 하물을 지면에 대하여 아랫방향으로 내려놓을 때 발생되는 위치에너지, 또는 RTGC 그 자체 또는 화물을 감속 시킬 때 발생되는 운동에너지에 의하여 생성되는 전기에너지를 충전 및 방전시킬 수 있는 대용량의 커패시터이다. 상기 수퍼 커패시터에 충전된 에너지는 상기 하물이동용 모터부가 하물을 이동시키기 위하여 갠트리 동작, 호이스트 동작, 및 트롤리 동작을 수행하는 경우, 상기 수퍼커패시터에 충전된 에너지를 방전시킴으로써, 상기 하물이동용 모터부를 구동시킬 수 있다.The supercapacitor 500 is a motion generated when the load moving motor unit 200 reduces the potential energy generated when the load is lowered with respect to the ground by the hoist operation, or when the RTGC itself or the cargo is decelerated. A large capacity capacitor capable of charging and discharging electrical energy generated by energy. The energy charged in the supercapacitor may drive the load moving motor unit by discharging the energy charged in the supercapacitor when the load moving motor unit performs a gantry operation, a hoist operation, and a trolley operation to move the load. Can be.

이와 같이, 본 발명에 따른 RTGC 제어 시스템에서는 상기 수퍼커패시터(500)에 의하여 위치 및 운동 에너지를 재활용하기 때문에, 더 적은 규격의 엔진-발전기(100)를 사용할 수 있다. 즉, 위치에너지 또는 운동에너지에 의하여 생성된 전기에너지를 재활용하기 때문에, 엔진-발전기(100)의 소비 전력을 감소시킬 수 있어, 종래의 엔진 발전기에 비해 소형의 엔진-발전기(종래 크기의 1/2 이하)를 사용할 수 있다. 따라서 엔진과 발전기의 소형화를 통하여 엔진 및 발전기의 무부하 손실을 줄일 수있다. 특히 RTGC의 경우 무부하 운전이 전체 운전 시간의 50%에 이르므로 무부하 손실을 줄임으로써 연비를 대폭 향상시킬 수 있다. 또한, 부수적으로 엔진의 크기가 줄어 들기 때문에 매연, 소음등의 공해 문제도 대폭 개선될 수 있다.As such, in the RTGC control system according to the present invention, since the position and kinetic energy are recycled by the supercapacitor 500, a smaller size engine-generator 100 may be used. That is, since the electrical energy generated by the potential energy or the kinetic energy is recycled, the power consumption of the engine-generator 100 can be reduced, so that a small engine-generator (1 / of the conventional size) can be reduced. 2 or less) can be used. Therefore, miniaturization of the engine and the generator can reduce the no-load loss of the engine and the generator. In the case of RTGC, in particular, no-load operation reaches 50% of the total operation time, which can significantly improve fuel economy by reducing no-load loss. In addition, since the size of the engine is reduced incidentally, pollution problems such as soot and noise can be greatly improved.

본 발명에 따른 RTGC 제어 시스템에서는, 용량이 수십 F 이상이고, 최대허용전압이 약 수백 V 이상인 대용량의 수퍼커패시터를 사용하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 30F 및 500V 용량의 수퍼커패시터를 사용하였다.In the RTGC control system according to the present invention, it is preferable to use a large capacity supercapacitor having a capacity of several tens F or more and a maximum allowable voltage of about several hundred V or more. In this example, supercapacitors of 30F and 500V capacities were used.

상기 수퍼커패시터(500)와 상기 DC 링크(1, 2) 사이에는 에너지 충방전에 따라 변화하는 수퍼커패시터의 전압을 DC 링크 전압으로 변환시킬 수 있는 DC/DC 컨버터(510)를 구비한다.A DC / DC converter 510 may be provided between the supercapacitor 500 and the DC links 1 and 2 to convert a voltage of the supercapacitor, which changes according to energy charging and discharging, into a DC link voltage.

도 5는 본 발명의 RTGC 제어 시스템에 따른 제2실시예의 구성도이다. 설명의 편의를 위하여, 본 발명의 상기 제1실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하였으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하였다.5 is a configuration diagram of a second embodiment according to the RTGC control system of the present invention. For convenience of description, the same reference numerals are given to the same elements as in the first embodiment of the present invention, and detailed descriptions thereof are omitted.

상기 제2실시예에 따른 RTGC 제어 시스템은, 공기조화기, 팬(fan) 또는 펌프와 같은 RTGC의 보조 장치를 구동하기 위한 보조 부하 구동부(400)가 상기 정류기(110)의 DC 링크(1, 2)와 연결되어 있는 형태이다. 따라서, 상기 보조 부하 구동부(400), 하물이동용 모터부(200), 및 수퍼커패시터(500)는 서로 전기적으로 병렬형태로 상기 DC 링크(1, 2)와 연결된다.In the RTGC control system according to the second embodiment, an auxiliary load driver 400 for driving an auxiliary device of an RTGC, such as an air conditioner, a fan, or a pump, may include a DC link (1, 1) of the rectifier (110). It is connected to 2). Accordingly, the auxiliary load driver 400, the load moving motor 200, and the supercapacitor 500 are connected to the DC links 1 and 2 in an electrically parallel form.

상기 수퍼커패시터에 충전된 에너지는 전술한 바와 같이, 상기 하물이동용 모터부(200)의 갠트리 동작, 호이스트 동작 및 트롤리 동작 뿐만 아니라, 상기 보조 부하 구동부(400)의 동작을 위하여, 상기 수퍼커패시터에 충전된 에너지를 방전시켜, 상기 충전된 에너지를 사용할 수 있다.As described above, the energy charged in the supercapacitor is charged in the supercapacitor for the operation of the auxiliary load driver 400 as well as the gantry operation, the hoist operation and the trolley operation of the load moving motor unit 200. The charged energy may be discharged to use the charged energy.

상기 보조 부하 구동부와 상기 DC 링크(1, 2) 사이에는, 직류전원을 일정전압 및 일정주파수의 3상 교류전원으로 변환시키기 위한 인버터(410)가 필요하다.An inverter 410 is required between the auxiliary load driving unit and the DC links 1 and 2 to convert a DC power source into a three-phase AC power source having a constant voltage and a constant frequency.

도 6은 상기 수퍼커패시터(500)와 상기 DC 링크(1, 2) 사이의 DC/DC 컨버터(510)의 상세 구성도이다. 상기 DC/DC 컨버터(510)내에는 상기 DC 링크와 슈퍼커패시터를 연결하는 복수의 스위치들(Q1~Q6)이 구비되어 있다. 상기 스위치들(Q1~Q6)을 주기적으로 개폐함으로써, 수퍼커패시터의 에너지를 효율적으로 제어할 수 있다.6 is a detailed configuration diagram of the DC / DC converter 510 between the supercapacitor 500 and the DC links 1 and 2. The DC / DC converter 510 includes a plurality of switches Q1 to Q6 connecting the DC link and the supercapacitor. By periodically opening and closing the switches Q1 to Q6, the energy of the supercapacitor may be efficiently controlled.

이 때, 상기 스위치들(Q1~Q6)은 서로 일정 간격의 시차를 두고 각각 개폐하 는 것이 바람직하다. 특히, 상기 스위치들(Q1~Q6)을 전체 스위치 개폐 주기에 대하여 1/3 시간만큼의 간격을 두고 각각 개폐시키는 경우, 수퍼커패시터의 맥동전류를 최소화시킬 수 있다. 도 7은 스위치들(Q1~Q6)의 동작에 따른 전류 ia, ib, ic 및 그의 합인 i0 전류(수퍼커패시터 전류)의 파형을 도시한 것이다.At this time, the switches (Q1 ~ Q6) is preferably opened and closed with a time difference of each other. In particular, when the switches Q1 to Q6 are opened and closed at intervals of 1/3 time with respect to the entire switch opening / closing period, the pulsating current of the supercapacitor can be minimized. FIG. 7 shows waveforms of currents i a , i b , i c and the sum of i 0 current (supercapacitor current) according to the operations of the switches Q1 to Q6.

이하에서는, 본 발명에 따른 RTGC 제어 시스템의 동작을 확인하기 위한 모의 실험예(시뮬레이션)를 설명한다.Hereinafter, a simulation example (simulation) for confirming the operation of the RTGC control system according to the present invention will be described.

먼저, 도 2에 도시되어 있는 바와 같은 종래의 RTGC 및 도 4에 도시되어 있는 바와 같은 본 발명의 RTGC를 구동하기 위하여, 도 8에 도시되어 있는 바와 같은 전력을 하물 이동용 모터부에 인가하였다. 이 때, 상기 하물 이동용 모터부 또는 수퍼커패시터에서의 전압, 전류 및 주파수를 측정하였다. 상기 도 9는 하물을 들어올리는 호이스트 동작시의 전력 파형으로 0초 내지 5초간의 전력은 보조 장치를 구동하는 전력이며 그 크기는 전 운전 시간 동안 일정한 것으로 가정하였다. 도 9에서 5초 내지 6.5초 구간은 가속하는 구간이고, 6.5초 내지 15초 구간은 등속 운전 구간이며, 15초 내지 16.5초 구간은 감속구간이다.First, in order to drive the conventional RTGC as shown in FIG. 2 and the RTGC of the present invention as shown in FIG. 4, electric power as shown in FIG. 8 was applied to the load moving motor part. At this time, the voltage, current, and frequency in the load moving motor unit or the supercapacitor were measured. 9 is a power waveform during a hoist operation for lifting a load, and it is assumed that power of 0 to 5 seconds is power for driving an auxiliary device, and its magnitude is constant for the entire operation time. In FIG. 9, the 5 seconds to 6.5 seconds section is an acceleration section, the 6.5 seconds to 15 seconds section is a constant speed driving section, and the 15 seconds to 16.5 seconds section is a deceleration section.

본 실험예에서 사용된 종래 RTGC의 제어 시스템 및 본 발명에 따른 RTGC 제어 시스템의 엔진-발전기 주요 상수들은 하기 표 1과 같다:The main constants of the engine-generator of the conventional RTGC control system and the RTGC control system according to the present invention used in this Experimental Example are shown in Table 1 below:

[표 1] 엔진-발전기의 주요 상수[Table 1] Main Constants of Engine-Generators

종래 RTGCConventional RTGC 본 발명의 RTGCRTGC of the present invention 375kW375kW 122kW122kW 디젤 엔진부Diesel engine 정격 출력Rated power 400kW400 kW 132kW132kW 정격 속도Rated speed 1800r/min1800r / min 1800r/min1800r / min 치수(L×W×H, mm)Dimensions (L × W × H, mm) 1379×889×12951379 × 889 × 1295 1182×710×11371182 × 710 × 1137 중량weight 3410kg3410 kg 1498kg1498 kg 정격 출력Rated power 375kW375kW 122kW122kW 전압/전류Voltage / current 460V/588A460V / 588A 220-480V220-480V 주파수/PFFrequency / PF 60Hz/0.860 Hz / 0.8 60Hz/0.8∼160 Hz / 0.8 to 1 상/폴Top / pole 3/43/4 3/43/4

종래 RTGC에서의 실험 결과를 도 9a에 도시하였고, 본 발명에 따른 RTGC에서의 실험결과를 도 9b에 도시하였다.Experimental results in the conventional RTGC is shown in Figure 9a, and experimental results in the RTGC according to the present invention is shown in Figure 9b.

상기 도 9b에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 RTGC를 제어하는 경우, 주파수의 변동 및 DC 링크에서의 전압 변동이 매우 적음을 알 수 있다. 따라서, 하물이동용 모터부에 전력이 안정적으로 공급됨을 알 수 있다. 또한, 하물을 들어올리는 호이스트 동작 시, 수퍼커패시터에 충전된 에너지가 방전되어, 하물이동용 모터부에 에너지가 공급됨을 알 수 있다.As shown in FIG. 9B, when the RTGC is controlled according to the present invention, it can be seen that the fluctuation of the frequency and the voltage fluctuation in the DC link are very small. Therefore, it can be seen that the electric power is stably supplied to the load moving motor unit. In addition, it can be seen that during the hoist operation of lifting the load, energy charged in the supercapacitor is discharged, and energy is supplied to the load moving motor unit.

도 10은 본 발명에 따른 RTGC 제어 시스템에서 엔진-발전기로부터 일정한 전력(120kW)이 공급되고 있는 상황에서, 수퍼커패시터에 의하여 전력이 보충적으로 공급되는 경우의 필요 전력, 엔진-발전기의 공급 전력, 및 수퍼커패시터의 공급 전력을 그래프로 도시한 것이다. 엔진-발전기에서 120kW의 전력이 공급되며, 많은 전력이 필요한 호이스트 동작시 수퍼커패시터에 충전되어 있던 전기에너지가 방전되어 하물이동용 모터부에 전력이 공급됨을 알 수 있다.FIG. 10 shows power required when electric power is supplementally supplied by a supercapacitor in a situation where a constant power (120 kW) is supplied from an engine generator in the RTGC control system according to the present invention, a power supply of the engine generator, and The power supply of the supercapacitor is shown graphically. In the engine-generator, 120kW of power is supplied, and the electric energy charged in the supercapacitor is discharged during the hoist operation, which requires a lot of power, and thus power is supplied to the motor for moving goods.

따라서, 출력이 상대적으로 적은 엔진-발전기를 사용하여도, RTGC를 정상적으로 제어할 수 있다.Therefore, even when an engine-generator having a relatively low output is used, the RTGC can be normally controlled.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 RTGC 제어 시스템에서 상기 수퍼커패시터는 하물이동용 모터부에서 하물을 지면에 대하여 아래방향으로 내려놓을 때 발생되는 위치에너지, 또는 감속 시 발생되는 운동에너지에 의하여 생성되는 전기에너지를 충전한 후, 하물을 가속하거나 상승시킬 때 이를 방전시킴으로써, 상기 에너지를 재활용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 크레인 제어 시스템에 의하여, 전력 소비를 감소시키고, 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.As described above, in the RTGC control system according to the present invention, the supercapacitor is generated by the potential energy generated when the load is lowered downward with respect to the ground in the load moving motor, or by the kinetic energy generated during deceleration. After charging the energy, the energy can be recycled by discharging it when accelerating or raising the load. Thus, by the crane control system according to the present invention, it is possible to reduce power consumption and increase energy efficiency.

특히, 엔진-발전기로서 350kW급 대신에 120kW급의 비교적 소형인 엔진-발전기를 사용할 수 있기 때문에 무부하 손실을 감소시켜 연비를 대폭 개선할 수 있다. 또한, 엔진-발전기의 크기와 용량이 작기 때문에, 연료 소모가 적고, 잡음 생성 및 환경 오염 물질의 배출을 감소시킨다. 또한, 주파수 및 DC 링크 사이의 전압을 안정적으로 유지할 수 있어 전동기 구동시스템의 인버터 용량을 줄일 수 있다.In particular, since a relatively small engine-generator of 120 kW class can be used as an engine-generator instead of 350 kW class, no-load loss can be reduced to significantly improve fuel efficiency. In addition, because of the small size and capacity of the engine-generator, fuel consumption is low, and noise generation and emission of environmental pollutants are reduced. In addition, it is possible to stably maintain the voltage between the frequency and the DC link to reduce the inverter capacity of the motor drive system.

Claims (8)

하물을 이동시킬 수 있는 크레인을 제어하기 위한 시스템으로서,A system for controlling a crane that can move cargo, 전력을 발생시키는 엔진-발전기;An engine-generator for generating electric power; 상기 엔진-발전기의 전력을 출력하는 출력부의 말단에 구비되며, 상기 엔진-발전기의 전력을 직류로 변환시키는 정류기;A rectifier provided at an end of an output unit for outputting power of the engine generator and converting the power of the engine generator into direct current; 상기 정류기의 출력인 DC 링크 사이에 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 엔진-발전기의 전력을 이용하여 하물을 이동시키는 하물이동용 모터부;A load moving motor unit electrically connected between the DC link which is the output of the rectifier and moving the load using the power of the engine-generator; 상기 하물이동용 모터부에 대하여 전기적으로 병렬형태로서 상기 DC 링크와 연결되며, 상기 하물이동용 모터부에서 발생되는 에너지를 충전 및 방전할 수 있는 수퍼커패시터; 및A supercapacitor connected to the DC link in an electrically parallel form with respect to the load moving motor unit and capable of charging and discharging energy generated by the load moving motor unit; And 상기 수퍼커패시터와 상기 DC 링크 사이에 개재되어, 직류 전압의 크기를 변환시킬 수 있는 DC/DC 컨버터를 구비하는 것을 특징으로 하는 크레인 제어 시스템.And a DC / DC converter interposed between the supercapacitor and the DC link and capable of converting the magnitude of the DC voltage. 제 1 항에 있어서, 상기 하물이동용 모터부와 상기 DC 링크 사이에는 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환시킬 수 있는 인버터가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 크레인 제어 시스템.2. The crane control system according to claim 1, wherein an inverter capable of converting DC power into three-phase AC power is provided between the load moving motor unit and the DC link. 제 1 항에 있어서, 상기 수퍼커패시터는 상기 하물이동용 모터부에서 하물을 지면에 대하여 아래방향으로 내려놓을 때 발생되는 위치에너지, 또는 크레인 자체 또는 하물의 감속 시 발생하는 운동에너지에 의하여 생성되는 전기에너지를 충전 및 방전시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 크레인 제어 시스템.According to claim 1, wherein the supercapacitor is electric energy generated by the potential energy generated when the load is lowered downwards with respect to the ground in the load moving motor unit, or the kinetic energy generated when the crane itself or the deceleration of the load Crane control system, characterized in that to charge and discharge. 제 1 항에 있어서, 상기 크레인의 보조 장치를 구동하기 위한 보조 부하 구동부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 크레인 제어 시스템.The crane control system according to claim 1, further comprising an auxiliary load driving unit for driving an auxiliary device of the crane. 제 4 항에 있어서, 상기 보조 부하 구동부는 상기 하물이동용 모터부, 및 상기 수퍼커패시터에 대하여 전기적으로 병렬형태로서 상기 정류기의 DC 링크와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 크레인 제어 시스템.5. The crane control system according to claim 4, wherein the auxiliary load driving unit is connected to the DC link of the rectifier in an electrically parallel form with respect to the load moving motor unit and the supercapacitor. 제 1 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수퍼커패시터에 충전된 전기에너지의 방전에 의하여, 상기 하물이동용 모터부가 구동되는 것을 특징으로 하는 크레인 제어 시스템.The crane control system according to any one of claims 1, 4, and 5, wherein the motor for moving goods is driven by discharge of electric energy charged in the supercapacitor. 제 6 항에 있어서, 상기 수퍼커패시터에 충전된 전기에너지의 방전에 의하여, 상기 보조 부하 구동부가 구동되는 것을 특징으로 하는 크레인 제어 시스템.7. The crane control system according to claim 6, wherein the auxiliary load driving unit is driven by discharge of electric energy charged in the supercapacitor. 제 1 항에 있어서, 상기 DC/DC 컨버터 내에는 상기 DC 링크와 상기 수퍼커패시터를 연결하기 위한 3상의 스위치들이 구비되어 있으며,According to claim 1, The DC / DC converter is provided with three-phase switches for connecting the DC link and the supercapacitor, 각 상의 스위치들은 스위치의 전체 개폐 주기의 1/3 시간 간격을 두고 각각 개폐되는 것을 특징으로 하는 크레인 제어 시스템.Each phase switch is a crane control system, characterized in that the opening and closing each 1/3 time interval of the switch opening and closing intervals.
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