Nosturin tehonsyöttö rinnankytketyillä verkkovaihtosuuntaajilla

Abstract

Taajuusmuuttajaohjatuissa nosturikäytöissä taakkaa laskettaessa syntyvä energia on muutettava lämmöksi jarruvastuksissa tai syötettävä takaisin sähköverkkoon esimerkiksi verkkovaihtosuuntaajalla. Verkkovaihtosuuntaajaa on tyypillisesti käytetty suurissa satamanostureissa, joiden tehontarve on yli 1000 kW. Työssä tutkitaan useista yhteiseen välipiiriin rinnankytketyistä nimellisteholtaan 250 kW:n verkkovaihtosuuntaajista koostuvan verkkoonjarrutuslaitteiston soveltuvuutta nosturikäyttöön. Lisäksi johdetaan yhtälöt verkkoonjarrutuslaitteiston virran laskemiseksi, kun nosturin mekaaniset arvot tunnetaan. Viidestä erityyppisestä nosturista esitellään esimerkkitoteutus rinnankytketyillä verkkovaihtosuuntaajilla. Aiemmin vastusjarruttavina toteutettujen nostureiden kustannuksia verrataan verkkovaihtosuuntaajilla toteutettuihin ratkaisuihin. Esimerkkinostureista esitetään nosturin työsykliin perustuva arvio verkkoonjarrutuksen tuomasta energian säästöstä. Tehtyjen mittausten perusteella käytetty menetelmä verkkovaihtosuuntaajien rinnan kytkemiseksi osoittautui nosturikäytössä toimivaksi. Kustannuslaskelmien perusteella verkkovaihtosuuntaajalla toteutetusta nosturista tulee materiaalikustannuksiltaan vastusjarruttavaa kalliimpi, vaikka paljon tilaa vievät vastuskaapit voidaankin jättää pois.

In cranes utilizing frequency converter controlled AC motor drives a great amount of energy is generated during the lowering phase of the load. This mechanical energy is converted into heat in the braking resistors or fed back to the electrical network by using a bidirectional power converter. Typically bidirectional power converters have been used in large harbour cranes with wattage over 1000 kW. Is this thesis the suitability of a network braking unit consisting of multiple parallelconnected PWM converters with a nominal power rating of 250 kW in crane applications is analyzed. The study provides equations for calculating the line current of the network braking unit based on the mechanical parameters of the crane. Examples for the use of parallel-connected voltage source converters in crane applications are introduced. The costs of cranes operating with network braking are compared to the costs of cranes equipped with a resistor braking. The energy savings that may be obtainable by using network braking are estimated based on the typical working cycle of the cranes. The use of parallel-connected voltage source converters is proved to be suitable for crane applications. According to the cost calculations the use of network braking increases the material costs of the crane even if the massive braking resistor cubicles are omitted.