KR20070007052A - 하중 권취 장치를 위한 개선된 에너지 저장 방법 - Google Patents

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KR20070007052A
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토루 타케하라
킨야 이치무라
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파세코 코퍼레이션
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Abstract

제 1 인버터가 제어하며, 휴지 전력, 가령 적재물을 내릴 때 모터로부터 생성된 역 전력과 작은 하중, 또는 아이들(idle) 상태에서 사용되지 않는 전력을 이용하는 커패시터를 제어하는 듀얼 인버터를 포함하는 유도 권취 모터에 의해 전력이 공급되는 하중 권취 설비에 있어서, 에너지를 저장하고 복구하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은 커패시터를 충전하고, 이에 따라 에너지가 상기 커패시터에 저장되며, 적재물이 올려지고 전력이 소모될 때 상기 시스템이 역(reverse) 상태로 전환되어, 그에 따라 커패시터가 방전되어 전력이 상기 권취 모터로 전달된다.

Description

하중 권취 장치를 위한 개선된 에너지 저장 방법{IMPROVED ENERGY STORAGE METHOD FOR LOAD HOISTING MACHINERY}
본 발명은 크레인 및 그 밖의 다른 하중 권취 장치를 이용하기 위한 특허된 에너지 저장 방법의 개선에 관한 것이다. 특히, 상기 하중 권취 장치 구동 모터에 의해 충전되는 커패시터에 에너지를 저장하기 위한 방법의 개선에 관한 것에 관한 것이다. 상기 적재물이 올려지고, 더 많은 전력이 요구될 때, 이렇게 저장되는 에너지가 시스템에 재공급된다.
본 발명은 전기 전력에 의해 구동되는 하중 권취 크레인에 에너지를 저장하기 위한 시스템 및 방법의 개선에 관한 것이다. 다양한 적재물의 넓은 범위를 제어하는 디젤-전기 생성기에 의해 구동되는 장치의 경우에 있어, 특히 유용하다. 상기 시스템은 역 전력, 또는 작은 하중에서 에너지를 저장하고, 피크 전력, 또는 큰 하중에서 전력을 공급한다. 이론적으로, 비교적 일정한 평균 전력을 공급하기 위해 1차 에너지 소스만 요구되며, 피크 전력이 공급될 필요는 없다는 기계학적 의문이 있어왔다. 그러나 지금까지, 상기 의문의 실용적 측면이 그 사용을 방해해 왔다.
배터리와 생성기 에너지 저장 시스템의 조합이 전술한 목적을 이루기 위하여 과거에 사용되어 왔다. 그러나 실제로는, 배터리 구성요소는 다수의 문제점들을 내 포하고 있다. 가령, 작은 전기 용량, 전기적 비효율, 물리적으로 커다란 배터리 부피, 무거운 중량, 짧은 배터리 수명이 있으며, 이에 따라 최신식 배터리 기법을 사용할지라도 현재는, 에너지 저장을 성취하기 위한 이러한 시스템은 실현 가능하지 않다.
또한 플라이휠 타입 에너지 저장 시스템이 사용되어, 전술한 목적을 이룰 수 있다. 그러나 플라이휠이 전력을 생성하는 에너지를 저장하기 위해, 넓은 범위의 속도에 걸쳐 구동될 수 있어야 한다. 다양한 속도로 에너지를 플라이휠로 전송하기 위해, DC 모터가 가장 적합하게 이용될 수 있으나, 다음의 다양한 이유 때문에 DC 모터에 의해 구동되는 플라이휠은 만족스럽지 않다.
1. 상기 플라이휠이 에너지를 저장하기 위해, ½ x I x ω2 에 의해, 상기 에너지가 측정되며, 이때 I= 관성 계수, ω= 회전 각속도이다. 따라서 상기 에너지가 회전 속도의 거듭 제곱에 의해 측정되기 때문에, 회전 속도가 높으면 플라이휠에 더 많은 에너지가 저장될 수 있다. 그러나 로터(rotor)의 코일 구성요소의 약한 원심력 때문에, 플라이휠에 상호연결되는 DC 모터는 엄격한 회전 속도의 제한을 갖는다.
2. 상기 DC 모터는 가령 브러쉬 교체, 정류기 수리, 절연 상태 유지 같은 지속적인 유지 보수를 필요로 한다.
3. DC 모터는 비교적 크고, 무거우며, 비싸다.
상기 이유들과 그 밖의 다른 이유 때문에, DC 모터를 이용하는, 상기 플라이 휠에 의해 구동되는 에너지 저장 타입 시스템이 상기 목적을 이루기 위해서는 현실적이지 않다는 것이다.
최근에 들어서 인버터 기법의 발전은, 인버터를 사용하는 AC 농형 유도 모터(AC squirrel cage induction motor)가 DC 모터를 대체하기까지로 진전되었다. 상기 인버터는 불규칙 주파수를 이용하여 DC를 AC로 변환하며, 그리고 또한 AC를 DC로 역-변환할 수 있다. AC 불규칙 주파수의 장점에 의해, 상기 AC 농형 유도 모터는 DC 모터에 연계되어 있는 서술한 문제점 중 일부를 해결하는 매우 높은 속도까지로 증가하는 불규칙한 회전 속도를 갖고 회전할 수 있다.
도 1은 현재 이용되는, 디젤-생성기 전력 소스와, 인버터에 의해 제어되는 하중 권취 기계 장치를 위한 유도 모터에 의해 구동되는 기계 장치의 일반적인 예제를 도식한다. 상기 디젤 엔진(11)은 AC 생성기(13)에 기계적으로 상호 연결되어 있다. 상기 생성기로부터의 교류 출력이 다이오드(15)에 의해 직류로 변환된다. 인버터(17)에 의한 불규칙 주파수를 이용하여, DC가 AC로 변환된다. 농형 유도 모터(19)가 AC에 의해 구동되고, 차례로, 적재물을 올리고 내리는 드럼(21)을 구동시킨다. 속도를 높이고 낮추는 것은, 인버터에 의해 생성되고 제어되는 교류 주파수의 결과로서 제어된다. 적재물이 내려질 때, 역 AC 전류(reverse AC current)가 상기 유도 모터에 의해 생성된다. 상기 역 전류는 저항(25)에 의해 소모되어, 상기 유도 모터가 퇴행성 브레이킹을 효과적으로 수행할 수 있게 한다.
도 2는 도 1의 디젤 엔진/생성기 조합을 대신하는 케이블 전력 공급기(29)에 의해, 공공 시설 전력 그리드(27)로부터 전류가 시스템으로 유입되는 것의 일반적 인 예를 도식한다. 들어오는 전압이 변압기(31)에 의해, 낮아진다. 그 후, DC 컨버터(16)에 의해, 교류 전류가 DC로 변환되며, 이때부터, 상기 시스템은 도 1에 도식된 시스템과 같아진다.
적재물(23)이 내려가는 동안, 역-전류가 상기 전력 그리드(27)로 다시 전송되며, 본 실시예에서, 이는 다른 소비자에 의해 사용된다. 그러나, 역-전력 전류가 서지(surge)와 일탈 주파수를 포함하기 때문에, 다른 소비자가 이를 수신하길 꺼려한다. 장래에, 역 전력이 전력 그리드로 다시 전송되는 것을 금지할 것이 기대된다. 이러한 경우에 있어, 도 1의 시스템과 동일하게, 상기 역-전력은 저항에 의해 소모될 것이다.
도 3은 도 1의 저항을 대체하여 시스템으로 삽입되는 종래 기술의 개선을 도식한다. 이는 1999년 8월 10일자 U.S. Patent No. 5,936,375 "Methode for Energy Storage for Load Hoisting Machinery"에서 공개된다. 본 발명은 상기 설계에서 두렷하게 규정하지 않는 개선점을 더 포함한다.
본 발명의 방법은 제 1 인버터가 제어하는 유도 모터에 의해 전력이 공급되는 하중 이동 기계 장치 시스템을 위한 에너지 저장 및 복구를 위해 제공된다. 이때 상기 방법은 적재물이 내려가거나 멈출 때, 상기 유도 모터가 생성기 기능을 하여, 역 전력(reverse power)을 생산하도록 구동시키는 단계로서, 상기 하중 권취 기계 장치가 작은 하중 상태, 또는 아이들(idle) 상태일 때, 상기 역 전력은 사용되지 않는 전력과 조합되며, 상기 조합된 전력은 휴지 전력(rest power)으로서 형성되는 단계와, 커패시터를 충전하기 위해 상기 휴지 전력을 이용하는 단계와, 듀얼 인버터로써 상기 휴지 전력을 제어하는 단계와, 상기 유도 모터가 자신의 평균 전력 소모분 이상의 전력을 소모할 때, 상기 유도 모터로 전력을 공급하기 위하여 상기 커패시터를 방전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
추가로, 본 발명은 상기 커패시터에 저장된 에너지를 측정하는 단계와, 상기 제 1 인버터의 전력 입력 측에서 전압을 측정하는 단계와, 상기 저장된 에너지의 상기 에너지 값과 상기 측정된 전압을 프로그램 가능한 로직 제어기(PLC: Programmable Logic Controller)로 전송하는 단계와, 상기 커패시터가 충전되어야 할지, 또는 방전되어야 할지를 판단하기 위해, 상기 제어기에서 상기 측정된 전압을 지정 값과 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어기가, 상기 제 1 인버터의 전력 입력 측에서 측정된 전압이 상기 지정 값보다 높은지를 판단할 경우, 상기 듀얼 인버터는 상기 커패시터를 충전하기 위해 상기 제 1 인버터의 출력을 변환하며,
상기 전압이 상기 지정 값보다 낮을 경우, 상기 듀얼 인버터는 상기 제 1 인버터로 전달되는 상기 커패시터의 출력을 변환하고 제어함으로써, 상기 유도 모터에 상기 커패시터로부터의 전력을 공급하는 것을 특징으로 한다. 적재물을 올리고 내리기 위한 와이어 로프 드럼에 상호 연결되어 있는, 제 1 인버터에 의해 제어되는 유도 모터를 포함하는 하중 이동 기계 장치의 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 시스템은 에너지를 저장하고 방전하기 위한 커패시터로서, 듀얼 인버터에 의해 제어되는 상기 커패시터와, 상기 듀얼 인버터를 제어하는 프로그램 가능한 로직 제어기(PLC: Programmable Logic Controller)와, 상기 제 1 인버터의 전력 입력 측에서 전압을 감지하고 상기 커패시터에서의 전압을 감지하기 위한 수단과, 상기 감지된 전압을 지정 전압 값과 비교하기 위하여, 상기 프로그램 가능한 로직 제어기(PLC: Programmable Logic Controller)에 대한 프로그램된 로직과, 상기 하중 이동 기계 장치를 위한 전력을 생산하는, 엔진에 의해 구동되는 AC 생성기(ACG: AC Generator)와, 상기 ACG의 AC 출력을 제어하는 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
유도 모터에 의해 구동되는 권취 기계 장치를 위한 에너지 저장에 있어서, 상기 기계 장치가 작동하기 위한 전체 전력 요구량을 감소시키기 위한 개선된 방법을 제공하기 위하여, 본 발명의 중요한 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 유도 모터에 의해 구동되는 권취 기계 장치가 동작용 에너지 저장에 있어서, 상기 기계 장치의 전력 소모 요구량의 평균을 내는 개선된 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 적재물을 내림으로써 모터가 구동될 때 전력을 소스로 다시 전송할 필요성이 제거된, 또는 저항이나 브레이크에서 전력을 흡수할 필요성이 제거된, 유도 모터에 의해 구동되는 권취 기계 장치의 동작을 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 유도 모터에 의해 구동되는 권취 기계 장치가 동작하기 위하여, 전기 에너지 저장을 위해 플라이휠을 이용할 수 있는 에너지 저장 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 유도 모터에 의해 구동되는 권취 기계 장치의, 에너지를 저장하기 위해 커패시터를 이용하는 에너지 저장 시스템을 위한 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 자율 하중-권취 크레인을 위한 종래의 구동 기계 장치 배열을 도식한다.
도 2는 전기 전력에 의해 구동되는 크레인을 위한 종래의 구동 기계 장치의 또 다른 배열을 도식한다.
도 3은 하중 권취 기계 장치를 위한 에너지 저장에 있어서, 종래의 특허된 방법을 도식한다.
도 4는 본 발명의 커패시터/콘덴서 에너지 저장 시스템이 첨가된 도 3의 수정예를 도식한다.
도 5는 제 2 인버터가 AC 주파수를 제어하는 도 3 ~ 4에서, 포인트 A에서의 주파수 알파와 전압과의 관계를 도식한 그래프이다.
도 6은 도 5의 그래프의 기본 관계를 도식한 도면이다.
도 7은 도 5의 크레인의 동작의 복잡한 하중의 변화에 적합한 그래프의 더욱 현실적인 관계를 도식한 도면이다.
도 8은 표준 종래 기술의 하중 이동 기계 장치의 배열에서 기본적인 전력 소모 그래프를 도식한다.
도 9는 본 발명의 방법을 이용하는 구동 기계 장치 배열을 위한 이상적인 전 력 소모 그래프를 도식한다.
도 10은 휴지 전력을 형성하고, 전력이 저장되는 것을 보여주는 도 10의 전력 소모 그래프이다.
도 1 ~ 3은 본 명세서의 배경 기술 부분에서 전술되었던 바의 종래 기술을 나타낸다. 도 3은 점선 내부에 도식된 부분을 첨가함으로써, 도 1의 장치를 수정한 특허된 장치를 도식한다. 배경 기술 부분에서의 도 1에 관한 서술은 주요 장치 아이템(11, 13, 15, 17, 19, 21, 23)의 동작에 관한 것이다.
본 발명의 배경에 대해 설명하기 위해 도 3이 참조 된다. 적재물(23)이 권취 기계(21)에 의해 올라갈 때, 종래 기술과 본 발명의 경우 모두에서, 지역 시설 전력 그리드로부터의 전기 에너지, 또는 생성기(13)에 의해 전력이 공급되는 자율 디젤 엔진으로부터의 전기 에너지가 사용되어, 기계적 전력 전송 수단에 의해, 하중 권취 와이어 로프 드럼(21)으로 연결되는 제 1 유도 모터(19)를 동작시킬 수 있다. 상기 유도 모터에 의해, 적재물을 권취하는 동안에 전력이 소비되며, 상기 적재물을 내리는 동안 상기 전력이 생성된다.
도 3에서 특허된 에너지 저장 시스템이 점선으로 둘러싸여 나타나며, 이는 도 1의 저항(25)을 대체하는 추가 기계 장치로 구성되어 있다. 상기 에너지 저장 시스템은 제 2 인버터(35)와, 제 2 유도 모터(37)와, 회전 속도를 검출하는 태코미터나 펄스 생성기(39)와, 플라이휠(41)과, 프로그램 가능 로직 제어기(PLC: programmable logic controller)(43)를 포함한다.
권취 기계 장치(19, 21)에 의해 적재물이 내려갈 때, 에너지가 플라이휠(41)의 회전에 저장된다. 이는 다음의 절차에 따라 발생한다. 하중 권취 드럼(21)이 자신의 권취 모터 즉, 적재물(23)을 내리는 동안에의 상기 시스템의 제 1 유도 모터(19)를 역으로 구동시킨다. 상기 제 1 유도 모터는 AC 전류, 또는 역 전력을 생성하는 생성기 기능을 한다. 제 1 인버터(17)에 의해, 상기 생성된 AC 전류는 DC로 변환되며, 상기 DC 전류는 다이오드(15)와 제 1 인버터(17) 사이로 흐른다. 그 결과로서, 포인트 A에서의 전압이 높아진다.
상기 포인트 A에서의 전압은, 상기 하중 권취 기계 장치가 아이들(idle) 상태일 때, 또는 정지 상태일 때, 또는 가벼운 적재물을 권취할 때도 높아진다. 하중 권취 기계 장치의 전력 소비가 매우 작거나, 거의 0일 때, 메인 전력 소스, 또는 AC 생성기, 또는 지역 시설 전력 그리드로부터 다이오드(15)를 거쳐 공급된 전기는 포인트 A에서의 전압을 상승시킨다. 이는 사용되지 않는 전력을 생성한다. 상기 하중 권취 기계 장치가 무거운 적재물을 권취할 때, 그리고 그 전력 소모가 클 때, 전기의 부족으로 인하여 상기 포인트 A에서의 전압이 더 낮아진다.
적재물을 내릴 때 생성기 기능을 하도록 구동되는 경우에 있어서, 이러한 사용되지 않는 전력과 제 1 유도 모터(19)에 의해 제어되는 생성되는 역 전력 모두 저장되도록 에너지 저장 시스템이 동작한다. 사용되지 않는 전력과 역 전력의 조합이 휴지 전력(rest power)으로서 형성된다.
상기 휴지 전력은 제 2 인버터(35)에 의해 제어된다. 제 2 유도 모터(37)가 상기 휴지 전력에 의하여 구동되고, 상기 제 2 인버터에 의해 제어되어, 상기 플라 이휠(41)을 회전시킬 수 있다. 포인트 A에서의 전압이 높을 때, 상기 휴지 전력은 상기 플라이휠의 회전 에너지에 저장된다. 상기 플라이휠의 회전 에너지로부터 전력을 회수하여, 상기 포인트 A에서의 전압이 낮을 때, 전기 부족분을 공급하도록, 상기 시스템은 동작한다.
포인트 A에서 측정된 전압과, 상기 플라이휠(41)에 연결되어 있는 태코미터나 펄스 생성기(39)에 의해 검출된 회전 속도는 상기 PLC(43)로 전송, 또는 입력된다. DC를 AC로 변화시키도록 상기 PLC가 제어 주파수를 이용하여 제 2 인버터(35)를 제어한다. 포인트 A에서의 전압과 플라이휠의 회전 속도에 따라 상기 주파수가 상기 PLC의 프로그램된 로직에 의해 제어된다. 포인트 A에서의 전압이 수동으로 상기 프로그램된 로직에 지정된 설정 전압 값 V0와 비교된다.
도 3을 또 다시 참조한다. 특허된 종래 발명의 고가이면서 복잡한 장치 부분들, 즉 제 2 유도 모터(37)와, 플라이휠(41)과, 펄스 생성기(39)가 본 발명에 따라서 사라진다. 도 4를 참조하여, 추가적이고, 대안적인 본 발명의 장치들이 도 1 ~ 3에서 도식한 종래 기술 및 현 구현 예에 삽입된다. 도 3의 특허된 종래의 장치는 도 4의 발명의 기법에 의하여 수정되는 것을 나타낸다. 커패시터, 또는 콘덴서(45)가 3개의 종래 아이템(37, 39, 41)을 교체하고, 듀얼 인버터(35)가 도 4에서 도 3의 제 2 인버터(35)를 대신하여 교체된다. 이로써 장치 구성이 매우 간단해지며, 일반적으로 전체 비용이 감소된다.
도 4는 본 발명의 장치에 대한 실시예를 도식하며, 이때 포인트 A에서의 전 압이 설정(또는 지정) 값 V0보다 높을 경우, 상기 PLC(43)가 상기 듀얼 인버터(35)에게 제 1 인버터의 출력을 DC로 변환시키도록 명령을 내리며, 이에 따라 상기 커패시터(45)는 충전되고, 전력이 잠재 에너지로서 저장된다. 포인트 A에서의 전압이 설정 값 V0보다 낮을 경우, 상기 듀얼 인버터는 커패시터를 제어하고, 이에 따라 방전되며, 이로써 유도 모터(19)에 공급될 전력이 생성되어, 상기 커패시터로부터 에너지가 복구된다.
커패시터(45)를 제어하는 도 4의 듀얼 인버터(35)가 PLC(43)에 의해 차례로 제어되어, 상기 커패시터(45)의 DC 출력이 제 1 인버터(17)로 효율적으로 전달될 수 있다. 이와 마찬가지로, 제1 인버터에 의한 변환을 위한 DC가 유도 모터(19)를 구동시키기 위하여 AC를 제어하며, 그 반대로 가능하다.
포인트 A에서의 전압과 AC 주파수 알파(α)와의 관계에 대하여, 도 5 ~ 7을 참조한다(도 3 및 4도 역시 참조). 알파의 주파수는 A에서의 전압에 따라 결정된다. 권취 드럼 상의 적재물의 하중이 작고 큰 전력 소모가 없을 때, 또는 내려진 적재물에 의해 역 전력이 발생할 때, A에서의 전압은 평균 전압에 가까운 제어기의 설정 값 V0보다 커진다. 이러한 경우에 있어서, 상기 주파수 알파는 양의 수가 되며, 에너지가 상기 커패시터에 저장된다. 상기 적재물의 하중이 크고, 전력이 소비될 때, A에서의 전압은 설정 값 V0보다 낮아지고, 주파수 알파는 음의 수가 되며, 상기 플라이휠 회전으로부터 에너지가 복구된다.
A에서의 전압이 설정 값 V0와 동일할 때, 상기 에너지 저장 시스템에 의하여 에너지는 저장되지도 복구되지도 않는다. 상기 설정 값 V0는 평균 하중과 기계적이고 전기적인 효능에 의해 결정된다. 본 발명에 의하여 허용된 하중 권취 기계 장치의 동작에 대한 디젤 엔진 및 AC 생성기에 대한 감소된 용량 요구량은 평균 하중과, 기계적이고 전기적인 효능으로부터 결정된다.
도 8을 참조하여, 본 발명에 적용될 수 있는 그래픽 전력 소비 표가 도식된다. 이동되는 적재물이 많이 변화하거나, 적재물의 가속 및 감속에 의한 관성의 변화가 크게 발생하는 하중 이동 기계 장치, 가령, 권취 기계, 크레인, 트랙터, 기차에 대해 사용될 수 있다. 권취 기계, 또는 크레인의 경우에 있어서, 가변성 중량 적재물이 올라가고, 내려가며, 이럴 경우에, 상기 적재물은 가속되고 감속된다. 도 8에서, 특정 적재물을 이용하는 동작에 대하여 유도 모터의 전력 소모가 그래픽적으로 도식된다. 이때, 블록 A는 속도를 올리기 위해 적재물을 가속하기 위해 필요한 전력 소모분을 나타내며, 블록 B는 일정한 속도로 상기 적재물을 이동시키고 올리는데 필요한 전력 소모분을 나타낸다. 블록 C는 상기 적재물의 움직임을 멎게 하는데 필요한 전력 소모분을 나타내며, 블록 D는 상기 적재물이 일정한 속도로 내려가는데 필요한 역 전력, 또는 브레이킹 효과(braking effect)를 나타내며, 블록 F는 상기 적재물이 내려가는 것을 멎게 하기 위해 필요한 역 전력/브레이킹 효과를 나타낸다. 상기 적재물이 권취될 때, 시스템은 전력을 소모한다. 상기 적재물이 내려갈 때, 모터가 전력을 생산하기 위해 작동하고, 브레이크 기능을 한다.
도 9를 참조하여, 본 발명을 이용하여 성취될 수 있는, 그래픽으로 나타낸 전력 소모 표가 나타난다. 전력 입력은 일정하고, 기계 장치가 적재물을 들어올리지 않을 때, 가령, 아이들(idle) 상태이거나, 중단 상태(shut down)는 아닌 휴지 상태일 때, 사용되지 않는 전력이 존재한다. 도 8의 전력 소모 그래프 상에 중첩되어 있는 도 9의 빗금 친 영역은 평균 전력 소모분을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 시스템에 저장되는 휴지 전력(rest power)에 대한 그래픽 표를 나타낸다. 본 발명의 에너지 저장 시스템이 이용될 때, 역 전력 및 작은 하중에서, 또는 아이들(idle) 상태에서 사용되지 않는 전력을 포함하는 휴지 전력이 플라이휠의 회전 에너지로서 저장되며, 상기 저장된 에너지는 피크 하중, 또는 큰 하중의 경우에서 복구된다. 도 10의 역 빗금 영역이 상기 휴지 전력을 나타낸다. 도 9에서 나타내는 바와 같이, 메인 전력 소스의 커패시터가 평균 소모 전력을 공급하기에 충분하다. 적재물이 권취된 만큼 내려질 경우, 상기 평균 전력 소모는 기계적이고 전기적인 효율 손실과 동일하다.
본 발명은 제 1 인버터가 제어하는 유도 모터에 의해 전력이 공급되는 적재물 이동 기계 장치를 위한 에너지 저장 및 복구에 대한 방법을 포함한다. 상기 방법의 단계들은, 적재물이 내려지거나 멈출 때, 생성기 기능을 하여, 역-전력을 생성하도록 유도 모터를 구동시키는 단계를 포함한다. 사용되지 않는 전력과 조합되는 상기 역 전력은, 하중 권취 기계 장치가 작은 하중, 또는 아이들 상태일 때, 휴지 전력으로서 형성된다. 상기 휴지 전력은 듀얼 인버터가 제어하는 커패시터를 충전하기 위해 사용된다. 유도 모터가 평균 전력 소모분을 넘는 전력을 소모할 때, 모터에 전력을 공급하기 위해, 상기 커패시터는 방전된다.
본 발명의 방법은 또한 커패시터에 저장된 에너지(전압)를 측정하고, 상기 유도 모터를 제어하는 제 1 인버터의 전력 입력측에서의 전압을 측정하는 단계를 포함한다. 커패시터 에너지 측정과, 인버터 입력에서 측정된 전압이 PLC(programmable logic controller)로 전송된다. 상기 측정된 전압은, 구동하거나 유도 모터에 의해 구동되도록 상기 커패시터가 충전되어야 하는지, 또는 방전되어야 하는지를 판단하는 지정 값을 이용하여 제어기에서 비교된다. 상기 방법은, 상기 제어기가 제 1 인버터의 전력 입력 측에서 측정된 전압이 상기 설정 값보다 더 높다고 판단할 경우, 상기 듀얼 인버터는 제 1 인버터의 출력을 변환시켜 상기 커패시터를 충전하며, 이에 따라 에너지가 상기 커패시터에 저장되는 것을 포함한다. 따라서 전압이 설정 값보다 더 낮을 경우, 듀얼 인버터는 제 1 인버터로 전달되는 상기 커패시터의 출력을 변환하고, 제어함으로써, 상기 커패시터로부터 복구된 전력을 유도 모터에 공급한다.
따라서 디젤 엔진과 AC 생성기의 용량(capacity)과, 전력 소스로부터 제공되는 양을 감소시킬 수 있도록 본 발명의 에너지 저장 시스템은 매우 효율적이며, 그에 따라, 본 발명에 의한 비용이 덜 드는 하중 권취 장치를 제공하는 것에 추가로 효율적인 에너지가 제공될 수 있다. 또한 전력 소스가 안정적이지 않고, 변동이 심한 경우에 있어서, 본 발명의 에너지 저장 시스템이 전력 안정기(power stabilizer)로서 사용될 수 있다.
또한 본 발명은 본 발명의 방법을 수행하기 위한 새로운 장치를 포함한다. 하중 이동 기계 장치의 에너지 저장 시스템은, 적재물을 올리고 내리기 위한 와이어 로프 드럼에 연결되어 있는 유도 모터를 포함한다. 상기 모터는 제 1 인버터에 의해 제어된다. 상기 에너지 저장 시스템은 (a)듀얼 인버터에 의해 제어되는 에너지를 저장하고 방전하기 위한 커패시터, (b)듀얼 인버터를 제어하는 프로그램 가능 로직 제어기(PLC: programmable logic controller), (c)제 1 인버터의 전력 입력 측에서 전압을 감지하고 상기 커패시터의 전압을 감지하기 위한 수단, (d)상기 감지된 전압과 펄스 생성기의 출력을 설정 전압 값과 비교하기 위한 상기 PLC에 대하여 프로그램된 로직을 포함한다. 또한 상기 에너지 저장 시스템은 하중 이동 기계 장치를 위한 전력을 생성하는 AC 생성기(ACG: AC Generator)에 의해 구동되는 엔진과, 상기 ACG의 AC 출력을 제어하는 다이오드를 포함한다.

Claims (4)

  1. 제 1 인버터에 의해 제어되는 유도 모터에 의해 전력이 공급되는 하중 권취 기계 장치를 위한 에너지 저장 및 복구 방법에 있어서, 상기 방법은
    적재물이 내려가거나 멈출 때, 상기 유도 모터가 생성기 기능을 하여, 역 전력(reverse power)을 생산하도록 구동시키는 단계로서, 상기 하중 권취 기계 장치가 작은 하중 상태, 또는 아이들(idle) 상태일 때, 상기 역 전력은 사용되지 않는 전력과 조합되며, 상기 조합된 전력은 휴지 전력(rest power)으로서 형성되는 단계,
    커패시터를 충전하기 위해 상기 휴지 전력을 이용하는 단계,
    듀얼 인버터로써 상기 휴지 전력을 제어하는 단계, 그리고
    상기 유도 모터가 자신의 평균 전력 소모분 이상의 전력을 소모할 때, 상기 유도 모터로 전력을 공급하기 위하여 상기 커패시터를 방전하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하중 권취 기계 장치를 위한 에너지 저장 및 복구 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 커패시터에 저장된 에너지를 측정하는 단계,
    상기 제 1 인버터의 전력 입력 측에서 전압을 측정하는 단계,
    상기 저장된 에너지의 상기 에너지 값과 상기 측정된 전압을 프로그램 가능 한 로직 제어기(PLC: Programmable Logic Controller)로 전송하는 단계, 그리고
    상기 커패시터가 충전되어야 할지, 또는 방전되어야 할지를 판단하기 위해, 상기 제어기에서 상기 측정된 전압을 지정 값과 비교하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하중 권취 기계 장치를 위한 에너지 저장 및 복구 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제어기가, 상기 제 1 인버터의 전력 입력 측에서 측정된 전압이 상기 지정 값보다 높다고 판단될 경우, 상기 듀얼 인버터는 상기 커패시터를 충전하기 위해 상기 제 1 인버터의 출력을 변환하며,
    상기 전압이 상기 지정 값보다 낮을 경우, 상기 듀얼 인버터는 상기 제 1 인버터로 전달되는 상기 커패시터의 출력을 변환하고 제어함으로써, 상기 유도 모터에 상기 커패시터로부터의 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 하중 권취 기계 장치를 위한 에너지 저장 및 복구 방법.
  4. 적재물을 올리고 내리기 위한 와이어 로프 드럼에 상호 연결되어 있는, 제 1 인버터에 의해 제어되는 유도 모터를 포함하는 하중 이동 기계 장치의 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 시스템은
    에너지를 저장하고 방전하기 위한 커패시터로서, 듀얼 인버터에 의해 제어되는 상기 커패시터,
    상기 듀얼 인버터를 제어하는 프로그램 가능한 로직 제어기(PLC: Programmable Logic Controller),
    상기 제 1 인버터의 전력 입력 측에서 전압을 감지하고 상기 커패시터에서의 전압을 감지하기 위한 수단,
    상기 감지된 전압을 지정 전압 값과 비교하기 위하여, 상기 프로그램 가능한 로직 제어기(PLC: Programmable Logic Controller)에 대한 프로그램된 로직,
    상기 하중 이동 기계 장치를 위한 전력을 생산하는, 엔진에 의해 구동되는 AC 생성기(ACG: AC Generator),
    상기 ACG의 AC 출력을 제어하는 다이오드
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하중 이동 기계 장치의 에너지 저장 시스템.
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