EP2261165A1 - Procédé pour l'adaptation de la puissance d'un treuil de levage - Google Patents

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EP2261165A1 EP10164847A EP10164847A EP2261165A1 EP 2261165 A1 EP2261165 A1 EP 2261165A1 EP 10164847 A EP10164847 A EP 10164847A EP 10164847 A EP10164847 A EP 10164847A EP 2261165 A1 EP2261165 A1 EP 2261165A1
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/22—Control systems or devices for electric drives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/02—Driving gear
    • B66D1/12—Driving gear incorporating electric motors

Definitions

  • the present invention relates, in general, hoisting equipment equipped with a hoist winch, in particular tower cranes. This invention relates more particularly to a method for adapting the power of a hoist winch on such apparatus.
  • Tower cranes are equipped with winches, driven by electric motors, to lift loads.
  • the engines of these winches are supplied with electrical energy via an electrical distribution network, or an autonomous electric generator.
  • the present invention aims to avoid these drawbacks, and is therefore intended to adapt the power of the hoist winch to the electrical power actually available on a distribution network, and in particular to automatically increase the power of the winch if the existing network allows it, to make the most of the power of this network and this without user intervention, taking advantage of the possibilities offered by the frequency converters.
  • the method of the invention uses the possibilities of the power converter, which drives the electric motor of the hoist winch, to adapt and in particular increase, where possible, the mechanical power of this winch depending on the power supply network. whose voltage is measured to determine a power coefficient.
  • the method of the invention thus makes it possible to use a tower crane, connected to an electrical distribution network, by exploiting this network to the maximum of the power that it can provide.
  • the available power can be 20% greater than the nominal power of the network, it is possible to take advantage of such a surplus of available power to increase the useful power of the hoist winch, and without user intervention, by a fully automated process that is repeated at the beginning of every new load.
  • the power coefficient determined each time is stored in a memory of the frequency converter, and the measured weight of the load to be lifted is multiplied by this memorized power coefficient, to provide an optionally increased value which is transmitted to the winch. lifting, if necessary, to use more power to lift the load.
  • the hoist winch can be driven as if it were to lift a load fictitiously heavier than the actual load to lift.
  • the weighing of the load to be lifted, during the initial lifting phase may consist of measuring the intensity of the electric current consumed by the winch hoist motor, from which the weight of the load is then deducted.
  • the preset value of the voltage of the power supply network, beyond which is applied a power coefficient greater than one, is for example equal to the nominal voltage increased by 15%.
  • the power coefficient greater than one, possibly applied, is for example a coefficient equal to 1.2.
  • the figure 1 very schematically represents a tower crane, which comprises a mast 2 and an arrow 3 along which a carriage moves, under which the load to be lifted 4 is suspended from a lifting cable 5 by means of a muffle and a hook (not shown).
  • the crane further comprises a hoist winch 6, consisting essentially of an electric motor, a gearbox and a drum around which the lifting cable 5 is wound, the motor thus rotating the drum via reducer.
  • a hoist winch 6 consisting essentially of an electric motor, a gearbox and a drum around which the lifting cable 5 is wound, the motor thus rotating the drum via reducer.
  • the electric motor of the winch 6 is controlled by a frequency converter 7, with variable speed function.
  • the frequency converter 7 is itself supplied with electrical energy by a power supply 8, which is in particular an electrical distribution network. It is assumed here that the electrical power P and / or the electrical voltage V, available on this network to feed the crane concerned, are variable so that the power of the winch 6 must be adapted to the available power, taking into account the weight of the load to be lifted 4.
  • the possibilities offered by the frequency converter 7 are used here to adapt the power of the winch 6, by increasing or decreasing this power as a function of the network, that is to say the power supply 8.
  • the load 4 is weighed during the initial lifting phase, this step being indicated at 9 on the figure 2 inside the "DIMMER" block.
  • the weighing of this load 4 consists of a measurement of the intensity of the current consumed by the electric motor of the hoist winch 6, which measure provides the value of the torque delivered by the engine, a value from which the power is deduced.
  • the invention also makes it possible to increase, automatically and for example by 20%, the power when the crane is used on an electrical distribution network with a voltage of 480 volts and a frequency of 60 Hz (case of United States of America) instead of a network with a voltage of 400 volts and a frequency of 50 Hz (case of the French network).

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Abstract

Le procédé s'applique à un treuil de levage (6) qui comprend un moteur électrique piloté par un convertisseur de puissance (7), lui-même alimenté par un réseau électrique (8), et il permet d'adapter la puissance du treuil (6) à la puissance électrique disponible sur le réseau (8). Pendant la phase initiale de levage d'une charge (4), on pèse la charge à soulever et on mesure aussi la tension du réseau électrique d'alimentation (8). Si la tension mesurée est supérieure à la tension nominale augmentée d'une certaine valeur, on applique un coefficient de puissance supérieur à un, pour majorer la puissance du treuil (6). Ce procédé est en particulier applicable à la commande des treuils des grues à tour.

Description

  • La présente invention concerne, de façon générale, les appareils de levage équipés d'un treuil de levage, en particulier les grues à tour. Cette invention se rapporte, plus particulièrement, à un procédé pour l'adaptation de la puissance d'un treuil de levage sur de tels appareils.
  • Les grues à tour sont équipées de treuils, entraînés par des moteurs électriques, pour lever des charges. Les moteurs de ces treuils sont alimentés en énergie électrique par l'intermédiaire d'un réseau de distribution électrique, ou d'un générateur électrique autonome.
  • Depuis quelques années, les moteurs électriques des treuils de levage des grues à tour sont pilotés par des convertisseurs de fréquence, pour obtenir une variation continue de la vitesse du treuil, comme décrit par exemple dans la demande de brevet européen EP 1094594 A1 , et comme évoqué aussi dans la demande de brevet français FR 2858490 A1 ou son équivalent EP 1503493 A2 . Les documents EP 0544084 A2 et DE 4038981 A1 illustrent également cet état de la technique.
  • Les treuils de levage des grues à tour étant de plus en plus puissants, ceux-ci nécessitent des alimentations électriques elles-mêmes de grande puissance. Comme les grues à tour sont érigées sur des chantiers, en particulier des chantiers de construction de bâtiments, le réseau électrique alimentant ces chantiers peut être provisoire ou précaire, si bien que la puissance disponible sur un tel réseau reste limitée ou incertaine, ou bien il n'existe aucun réseau électrique et il est très onéreux d'utiliser un générateur électrique suffisamment puissant.
  • Dans de telles conditions de puissance inadaptée et notamment insuffisante, l'utilisation des appareils de levage, tels qu'ils sont actuellement conçus, est impossible, ce qui a des conséquences évidentes sur l'avancement des chantiers.
  • La présente invention vise à éviter ces inconvénients, et elle a donc pour but d'adapter la puissance du treuil de levage à la puissance électrique réellement disponible sur un réseau de distribution, et notamment d'augmenter automatiquement la puissance du treuil si le réseau existant le permet, pour exploiter au mieux la puissance de ce réseau et cela sans intervention de l'utilisateur, en mettant à profit les possibilités offertes par les convertisseurs de fréquence.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour l'adaptation de la puissance d'un treuil de levage, en particulier d'un treuil de grue à tour, le treuil comprenant un moteur électrique piloté par un convertisseur de fréquence lui-même alimenté par un réseau électrique, le procédé consistant essentiellement :
    • pendant une phase initiale de levage d'une charge, à peser la charge à soulever,
    • également pendant la phase initiale de levage de cette charge, à mesurer la tension du réseau électrique d'alimentation,
    • si la tension mesurée est comprise entre une tension nominale et la tension nominale augmentée d'une valeur prédéfinie, à appliquer un coefficient de puissance égal à un,
    • si la tension mesurée est supérieure à la tension nominale augmentée de ladite valeur prédéfinie, à appliquer un coefficient de puissance supérieur à un,
      le coefficient de puissance ainsi défini intervenant pour, le cas échéant, majorer la puissance du treuil de levage.
  • Ainsi, le procédé de l'invention utilise les possibilités du convertisseur de puissance, lequel pilote le moteur électrique du treuil de levage, pour adapter et notamment augmenter, lorsque cela est possible, la puissance mécanique de ce treuil en fonction du réseau d'alimentation, dont la tension est mesurée pour déterminer un coefficient de puissance. Le procédé de l'invention permet donc d'utiliser une grue à tour, connectée à un réseau de distribution électrique, en exploitant ce réseau au maximum de la puissance qu'il peut fournir.
  • En particulier, la puissance disponible pouvant être supérieure de 20 % à la puissance nominale du réseau, on peut profiter d'un tel surplus de puissance disponible pour augmenter la puissance utile du treuil de levage, et cela sans intervention de l'utilisateur, par un processus entièrement automatisé qui est répété à chaque début de levage d'une nouvelle charge.
  • Plus particulièrement, le coefficient de puissance à chaque fois déterminé est stocké dans une mémoire du convertisseur de fréquence, et le poids mesuré de la charge à soulever est multiplié par ce coefficient de puissance mémorisé, pour fournir une valeur éventuellement majorée qui est transmise au treuil de levage, lui imposant, le cas échéant, d'utiliser plus de puissance pour soulever la charge.
  • En d'autres termes, le treuil de levage peut être piloté comme s'il devait soulever une charge fictivement plus lourde que la charge réelle à soulever.
  • La pesée de la charge à soulever, pendant la phase initiale de levage, peut consister à mesurer l'intensité du courant électrique consommé par le moteur du treuil de levage, intensité dont est déduit alors le poids de la charge.
  • La pesée s'effectue ainsi au niveau du convertisseur de fréquence, comme la mesure de la tension du réseau, ce qui rend inutiles tous moyens additionnels de pesage, par exemple au niveau du crochet de levage.
  • La valeur prédéfinie de la tension du réseau électrique d'alimentation, au-delà de laquelle est appliqué un coefficient de puissance supérieur à un, est par exemple égale à la tension nominale augmentée de 15 %.
  • Le coefficient de puissance supérieur à un, éventuellement appliqué, est par exemple un coefficient égal à 1,2.
  • L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé illustrant, à titre d'exemple, un mode de mise en oeuvre de ce procédé pour l'adaptation de la puissance d'un treuil de levage.
    • Figure 1 représente, très schématiquement, une grue à tour dont le treuil applique le procédé de la présente invention,
    • Figure 2 est un organigramme illustrant le procédé de l'invention.
  • La figure 1 représente très schématiquement une grue à tour, laquelle comprend un mât 2 et une flèche 3 le long de laquelle se déplace un chariot, sous lequel la charge à soulever 4 est suspendue à un câble de levage 5 par l'intermédiaire d'une moufle et d'un crochet (non représentés).
  • La grue comprend encore un treuil de levage 6, essentiellement composé d'un moteur électrique, d'un réducteur et d'un tambour autour duquel s'enroule le câble de levage 5, le moteur entraînant ainsi en rotation le tambour par l'intermédiaire du réducteur.
  • Le moteur électrique du treuil 6 est piloté par un convertisseur de fréquence 7, à fonction de variateur de vitesse. Le convertisseur de fréquence 7 est lui-même alimenté en énergie électrique par une alimentation électrique 8, laquelle est notamment un réseau de distribution électrique. Il est supposé ici que la puissance électrique P et/ou la tension électrique V, disponibles sur ce réseau pour alimenter la grue concernée, sont variables de sorte qu'il convient d'adapter la puissance du treuil 6 à la puissance disponible, en tenant compte du poids de la charge à soulever 4.
  • On utilise ici les possibilités offertes par le convertisseur de fréquence 7 pour adapter la puissance du treuil 6, en augmentant ou diminuant cette puissance en fonction du réseau, c'est-à-dire l'alimentation électrique 8.
  • Pour connaître la puissance nécessaire au levage d'une charge à soulever 4, il est procédé au pesage de la charge 4 pendant la phase initiale de levage, cette étape étant indiquée en 9 sur la figure 2 à l'intérieur du bloc « VARIATEUR ». La pesée de cette charge 4 consiste en une mesure de l'intensité du courant consommé par le moteur électrique du treuil de levage 6, mesure qui fournit la valeur du couple délivré par le moteur, valeur dont on est déduite la puissance.
  • Pendant cette phase initiale de levage, comme indiqué dans le bloc 10 de la figure 2, on mesure aussi la tension électrique V du réseau, ceci par un processus automatisé, et on en déduit un coefficient de puissance qui réalise l'adaptation à la puissance disponible sur le réseau :
    • si la tension mesurée est comprise entre la tension nominale Vo du réseau et cette tension nominale Vo augmentée par exemple de 15 %, le coefficient de puissance est égal à 1,0,
    • si la tension mesurée est supérieure à la tension nominale Vo augmentée de 15 %, le coefficient de puissance est augmenté et égal par exemple à 1,2.
  • Lorsqu'il est ainsi augmenté, ce coefficient de puissance permet de majorer, dans la même proportion, la puissance délivrée par le treuil de levage 6.
  • En complément, comme indiqué dans le bloc 11 de la figure 2, il est possible d'obtenir une limitation de la puissance consommée, par un paramètre réglable du convertisseur de fréquence 7, dans le cas d'une grue installée sur un site ayant peu de puissance disponible.
  • L'invention permet aussi d'augmenter, de façon automatique et par exemple de 20%, la puissance en cas d'utilisation de la grue sur un réseau de distribution électrique avec une tension de 480 volts et une fréquence de 60 Hz (cas des Etats-Unis d'Amérique) au lieu d'un réseau avec une tension de 400 volts et une fréquence de 50 Hz (cas du réseau français).
  • On ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention, telle que définie dans les revendications annexées :
    • en utilisant tout moyen approprié pour la pesée de la charge ou la détermination de la puissance dans la phase initiale de levage,
    • en modifiant la valeur de la tension d'alimentation à partir de laquelle le coefficient de puissance utilisé devient supérieur à un, le dépassement de 15 % de la tension nominale n'étant qu'un exemple, de même que la valeur particulière 1,2 pour le coefficient de puissance lui-même,
    • en destinant le même procédé à des appareils de levage autres que les grues à tour, par exemple en appliquant ce procédé sur des grues mobiles ou sur des ponts roulants.

Claims (5)

  1. Procédé pour l'adaptation de la puissance d'un treuil de levage, en particulier d'un treuil de grue à tour, le treuil (6) comprenant un moteur électrique piloté par un convertisseur de puissance (7) lui-même alimenté par un réseau électrique (8), caractérisé en ce qu'il consiste :
    - pendant une phase initiale de levage d'une charge, à peser la charge à soulever (4),
    - également pendant la phase initiale de levage de cette charge (4), à mesurer la tension (V) du réseau électrique d'alimentation (8),
    - si la tension mesurée (V) est comprise entre une tension nominale (Vo) et la tension nominale augmentée d'une valeur prédéfinie, à appliquer un coefficient de puissance égal à un,
    - si la tension mesurée (V) est supérieure à la tension nominale (Vo) augmentée de ladite valeur prédéfinie, à appliquer un coefficient de puissance supérieur à un,
    le coefficient de puissance ainsi défini intervenant pour, le cas échéant, majorer la puissance du treuil de levage (6).
  2. Procédé pour l'adaptation de la puissance d'un treuil de levage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coefficient de puissance à chaque fois déterminé est stocké dans une mémoire du convertisseur de fréquence (7), et en ce que le poids mesuré de la charge à soulever (4) est multiplié par ce coefficient de puissance mémorisé, pour fournir une valeur éventuellement majorée qui est transmise au treuil de levage (6), lui imposant, le cas échéant, d'utiliser plus de puissance pour soulever la charge (4).
  3. Procédé pour l'adaptation de la puissance d'un treuil de levage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pesée de la charge à soulever (4), pendant la phase initiale de levage, consiste à mesurer l'intensité du courant électrique consommé par le moteur du treuil de levage (6).
  4. Procédé pour l'adaptation de la puissance d'un treuil de levage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la valeur prédéfinie de la tension (V) du réseau électrique d'alimentation (8), au-delà de laquelle on applique un coefficient de puissance supérieur à un, est égale à la tension nominale (Vo) augmentée de 15 %.
  5. Procédé pour l'adaptation de la puissance d'un treuil de levage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le coefficient de puissance supérieur à un, éventuellement appliqué, est un coefficient égal à 1,2.
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