Aufgrund ihrer hohen Effizienz und Energieeinsparung findet die VVVF-Regelung breite Anwendung in der Industrie, insbesondere bei elektrischen Anlagen. Die Aufzugsindustrie setzte die VVVF-Regelung relativ früh ein, und sie ist heute nahezu flächendeckend im Einsatz. Ihre Vorteile liegen auf der Hand, jedoch leidet diese Systemart prinzipiell unter Leckströmen und Oberwellenstörungen. Eine effektive Gegenmaßnahme ist die Integration einer wirksamen Abschirmung in den Frequenzumrichter. Im Folgenden werden die Aspekte erläutert, die bei der Konstruktion, dem Bau und der Prüfung von frequenzumrichtergesteuerten Aufzugsanlagen zu berücksichtigen sind, um Leckströme und Oberwellenstörungen zu reduzieren. 1. Prinzip der Leckstromerzeugung: Die Frequenzumrichtersteuerung nutzt die Pulsweitenmodulation (PWM) mit hoher Schaltgeschwindigkeit. Im Steuerungssystem ändert sich die Ausgangsspannungswellenform des Frequenzumrichters, der den Fahrmotor antreibt, aufgrund der hohen Frequenz und Spannung drastisch. Daher entsteht eine parasitäre Kapazität zwischen der Motorspule und dem Gehäuse sowie zwischen den Motoranschlüssen und Masse (deren Kapazität stark von den Betriebsbedingungen und der Maschine abhängt). Folglich fließt ein hochfrequenter Leckstrom durch diese parasitäre Kapazität. Abbildung 1 vergleicht die Regelungsmethoden von Frequenzumrichtern und Thyristoren. Bei der Thyristorregelung ist die Spannungsänderung während der Thyristoransteuerung zwar ebenfalls groß und es entsteht ein pulsartiger Leckstrom, jedoch überschreiten die Pulse nicht zwei pro Periode einer einzelnen Phase. Im 60-Hz-Bereich beträgt die Anzahl der Schaltimpulse pro Sekunde 360 ​​(60 Hz × 3 Phasen × 2). Der durchschnittliche Leckstrom ist sehr gering und kann vernachlässigt werden. Bei Verwendung der PWM-Methode des Frequenzumrichters kann die Anzahl der Schaltimpulse jedoch 3–10 kHz erreichen. Daher ist der Leckstrom bei der Frequenzumrichterregelung im Vergleich zur Thyristorregelung deutlich höher. Dieser Leckstrom, der über die parasitäre Kapazität gegen Erde fließt, stellt nur den hochfrequenten Anteil dar. Er unterscheidet sich grundlegend vom Netzfrequenz-Leckstrom (50/60 Hz), der durch mangelhafte Isolation oder Kurzschlüsse verursacht wird und direkt gegen Erde fließt. Ähnlich wie bei thyristorgesteuerten Aufzügen ist auch dieser Netzfrequenz-Ableitstrom sehr gering. Da der Ableitstrom sowohl Hochfrequenz- als auch Netzfrequenzströme umfasst, können Ableitstromschutzschalter, Ableitstromrelais oder Ableitstromalarme eingesetzt werden, um den vom Wechselrichter erzeugten Hochfrequenz-Ableitstrom zu erfassen. 2. Auswahl von Ableitstromschutzschaltern und Ableitstromalarmen sowie Messmethoden für Ableitströme. Ableitstromschutzschalter und Ableitstromalarme dienen dem Schutz vor Stromschlägen und Bränden durch Kurzschlüsse. Bei elektromechanischen Geräten besteht der Zweck der Installation von Ableitstromschutzschaltern oder Ableitstromalarmen darin, die direkt gegen die Erdung fließende Netzfrequenz zu erkennen und die Stromversorgung bei einem Kurzschluss aufgrund von Isolationsalterung zu unterbrechen. Zur Messung des Ableitstroms eines wechselrichtergesteuerten Aufzugs ist ein dem Wechselrichter entsprechendes Ableitstrommessgerät zu verwenden. Die Erfassung der Netzfrequenz erfolgt mit einem entsprechenden Ableitstrommessgerät, das jedoch keine Hochfrequenz-Ableitströme erfassen kann. Ein Messgerät des zum Wechselrichter passenden Modells kann die Hochfrequenzempfindlichkeit gegenüber der Grenzfrequenz (ca. 700 Hz) reduzieren und den Messbereich dadurch möglicherweise auf die Nähe der Netzfrequenz beschränken. 3. Einstellwerte für Fehlerstromschutzschalter oder Fehlerstromalarme: Bei wechselrichtergesteuerten Aufzügen sollte bei Verwendung von Fehlerstromschutzschaltern oder Fehlerstromalarmen, die dem Wechselrichter entsprechen, für jeden Aufzug der folgende Empfindlichkeitsstrom als Zielwert festgelegt werden. Wenn der Nennbetriebsstrom durch die technischen Normen für elektrische Geräte, Arbeitsschutzbestimmungen usw. vorgegeben ist, muss für jeden Aufzug ein Fehlerstromschutzschalter oder ein Fehlerstromalarm vorhanden sein. Zielwerte für den Empfindlichkeitsstrom: 1. Allgemeine Aufzüge: 200 mA 2. Hausaufzüge: 30 mA 4. Gegenmaßnahmen bei Hochfrequenz-Fehlerstromproblemen: Wie bereits erwähnt, entsteht in wechselrichtergesteuerten Aufzügen ein Hochfrequenz-Fehlerstrom. Daher sollte im Stromversorgungsbereich des Aufzugs ein Fehlerstromschutzschalter oder ein Fehlerstromalarm installiert werden. Die Auswirkungen auf den Aufzug und die Anlagen sind minimal. 4.1 Problem des Ausfalls von Fehlerstromschutzschaltern oder Fehlerstromalarmen in anderen Anlagen: Befindet sich ein Fehlerstromschutzschalter oder Fehlerstromalarm in der vom Frequenzumrichter gesteuerten Stromleitung, kann es vorkommen, dass Fehlerstromschutzschalter oder Fehlerstromalarme in anderen Anlagen (außer dem Aufzug) während des Aufzugsbetriebs ausfallen. Wie in Abbildung 2 dargestellt, kann der im Leistungstransformatorzweig des Aufzugs befindliche Fehlerstromschutzschalter oder Fehlerstromalarm aufgrund des hochfrequenten Fehlerstroms über die Erdungsleitung ausfallen, da er nicht dem gleichen Modell wie der Frequenzumrichter entspricht. Als Gegenmaßnahme sollte der in anderen Anlagen verwendete Fehlerstromschutzschalter oder Fehlerstromalarm durch ein dem Frequenzumrichter entsprechendes Modell ersetzt werden. Daher wird für Anlagen, die denselben Transformator wie der den Aufzug steuernde Frequenzumrichter verwenden, empfohlen, einen Fehlerstromschutzschalter oder Fehlerstromalarm desselben Modells wie den Frequenzumrichter zu verwenden. 4.2 Problem des Ausfalls von Fehlerstromschutzschaltern oder Fehlerstrommeldern bei temporärer Stromversorgung: Während der Bauphase, wenn der Aufzug mit temporärer Stromversorgung betrieben wird, kann es vorkommen, dass der am temporären Netzteil installierte Fehlerstromschutzschalter oder Fehlerstrommelder nicht auslöst. Beispielsweise kann es sein, dass der Fehlerstromschutzschalter oder -melder nicht mit dem Frequenzumrichter kompatibel ist und daher aufgrund des Einflusses hochfrequenter Fehlerströme nicht funktioniert. Dies gilt insbesondere, wenn der Einstellwert des Fehlerstromschutzschalters oder -melders sehr niedrig ist. Daher ist es notwendig, ein mit dem Frequenzumrichter kompatibles Modell auszuwählen. Darüber hinaus wird empfohlen, jeden Aufzug mit einem Fehlerstromschutzschalter oder -melder auszustatten. 4.3 Problem des Ausfalls von Fehlerstromschutzschaltern oder -meldern beim Aufzugsaustausch: Beim Austausch alter Aufzüge durch frequenzumrichtergesteuerte Aufzüge kann es vorkommen, dass der Fehlerstromschutzschalter oder -melder nicht auslöst. Wenn der ursprüngliche Aufzug keinen mit dem Frequenzumrichter kompatiblen Fehlerstromschutzschalter oder -melder verwendet, kann die weitere Nutzung zu einem Ausfall führen. Daher wird empfohlen, den Fehlerstromschutzschalter oder einen Fehlerstromalarm, der mit dem Frequenzumrichter kompatibel ist, zu ersetzen. 5 Gegenmaßnahmen gegen Oberwellenrauschen: 5.1 Das Prinzip des Oberwellenrauschens Das Prinzip der Entstehung von Oberwellenrauschen ist dasselbe wie das des Fehlerstroms. Da die Ausgangsspannung des den Fahrmotor antreibenden Wechselrichters ebenfalls hochfrequent und hochspannungsig ist und sich stark ändert, erzeugt sie Oberwellenrauschen. Der Verlauf ist in Abbildung 3 dargestellt. Das vom Aufzugs-Wechselrichter erzeugte Oberwellenrauschen lässt sich grob in vier Arten unterteilen: (1) Abstrahlrauschen Zwischen der Ausgangsleitung des Wechselrichters und dem Motor sowie der Eingangsleitung des Wechselrichters entstehen elektromagnetische Wellen, die Abstrahlrauschen erzeugen (siehe Abbildung 3, ①, ② und ③). Dieses Rauschen wirkt als Störquelle für die Antenne und die Signalleitung der Kommunikationsgeräte. (2) Elektromagnetische Induktionsstörungen: Der Strom, der in die Ausgangsleitung des Motors und die Eingangsleitung des Wechselrichters fließt, erzeugt ein Magnetfeld, das Störungen in den Signalleitungen benachbarter Geräte induziert. Siehe Abbildung 3, ④. (3) Elektrostatische Induktionsstörungen: Zwischen der Ausgangsleitung des Motors und der Eingangsleitung des Wechselrichters besteht eine Potenzialdifferenz (d. h. ein elektrisches Feld), die Störungen in den Signalleitungen benachbarter Geräte induziert. Siehe Abbildung 3, ⑤ und ⑥. (4) Ausbreitungsstörungen im Stromkreis: Oberschwingungen höherer Ordnung gelangen direkt über die Strom- und Erdungsleitung in die Geräte. Siehe Abbildung 3, ⑦ und ⑧. 5.2 Auswirkungen und Gegenmaßnahmen gegen Oberschwingungen höherer Ordnung: Die von frequenzumrichtergesteuerten Aufzügen erzeugten Oberschwingungen höherer Ordnung konzentrieren sich im Allgemeinen im Bereich von 100 kHz bis 3 MHz. Am wenigsten betroffen in diesem Frequenzband sind amplitudenmodulierte (MA) Funkgeräte. Einige Kommunikationsgeräte und Operationsverstärker (OA) reagieren empfindlich auf Oberwellenrauschen. Frequenzumrichtergesteuerte Aufzüge sind mit Filtern ausgestattet, um Triggerimpulse zu unterdrücken und die Entstehung von Oberwellenrauschen beim Ein- und Ausschalten der Schaltelemente zu reduzieren. Für Geräte, die empfindlich auf Oberwellen reagieren, wie z. B. Kommunikationsgeräte und OA, sollten jedoch folgende Maßnahmen ergriffen werden: (1) Bei abgestrahltem Rauschen sollte der Abstand zwischen Rauschquelle und betroffenem Gerät begrenzt oder die Rauschquelle und das betroffene Gerät abgeschirmt werden. (2) Bei elektromagnetischem und elektrostatischem Induktionsrauschen sollten Rauschquelle und betroffenes Gerät so weit wie möglich voneinander entfernt sein. (3) Bei Rauschen, das Geräte direkt über Stromleitungen beeinflusst, sollten die Strom- und Erdungsleitungen des Aufzugs und die Strom- und Erdungsleitungen der Geräte voneinander getrennt sein. Die oben genannten grundlegenden Maßnahmen sind allgemein gültig. Folgende spezifische Gegenmaßnahmen sind zu ergreifen: (1) Maßnahmen gegen Störungen durch Stromleitungen: Um zu verhindern, dass elektromagnetische und elektrostatische Störungen der Aufzugsstromleitungen die Signal- und Stromleitungen der Schwachstromgeräte beeinträchtigen, sind folgende Maßnahmen zu treffen: a. Die Aufzugsstromleitungen und die Stromleitungen der Schwachstromgeräte dürfen nicht parallel geschaltet sein. Bei Kreuzschaltung muss der Abstand zwischen ihnen mehr als 1 m betragen. b. Die Aufzugsstromleitungen und die Stromleitungen der Schwachstromgeräte dürfen nicht parallel geschaltet sein. Bei Kreuzschaltung muss der Abstand zwischen ihnen mehr als 1 m betragen. Ist dies nicht möglich, sollten die Stromleitungen der Schwachstromgeräte mit flexiblen Metallschutzrohren versehen werden. Siehe Abbildung 4. (2) Maßnahmen gegen Störungen durch Leistungstransformatoren: Wenn die Stromversorgung der Schwachstromgeräte und des Aufzugs vom selben Transformator erfolgt, können die vom Aufzug erzeugten Störungen über die Stromleitungen die Schwachstromgeräte beeinträchtigen. In diesem Fall müssen der Transformator für die Stromversorgung des Aufzugs und der Transformator für die Schwachstromgeräte getrennt sein. Siehe Abbildung 5. (3) Gegenmaßnahmen gegen Störungen durch Erdungsleitungen bei Schwachstromgeräten: Da die Erdungsleitung der Schwachstromgeräte mit der Erdungsleitung des Aufzugs verbunden ist, werden die vom Aufzug erzeugten Störungen über die Erdungsleitung übertragen. Daher muss die Erdungsleitung des Aufzugs von der Erdungsleitung der Niederspannungsgeräte getrennt sein. Siehe Abbildung 6. a. Die Verwendung einer gemeinsamen Erdungsleitung für Aufzug und Niederspannungsgeräte ist zu vermeiden. Sie müssen separat verdrahtet und geerdet werden. b. Die Erdungsleitung des Aufzugstransformators muss separat verdrahtet und geerdet werden. (4) Hinweise für Niederspannungsgeräte: Bei der Verwendung von Kommunikations- oder Bürogeräten zusammen mit elektromagnetisch verträglichen Geräten sind folgende Maßnahmen zu treffen, um abgestrahlte Störungen und Störungen durch Stromleitungen zu vermeiden: a. Um Störungen durch vom Aufzug abgestrahlte Geräusche zu vermeiden, dürfen Antennen von Funkgeräten und anderen Kommunikationsanlagen nicht im Maschinenraum des Aufzugs und in der Nähe der Stromleitungen installiert werden. b. Bei störungsanfälligen Geräten sollten Netzfilter oder Trennvorrichtungen (z. B. Trenntransformatoren) an den Stromleitungen installiert werden, um Störungen durch die Stromleitungen zu verhindern. Dies sollte insbesondere bei kleinen Telefonanlagen, Audiogeräten sowie kabelgebundenen und drahtlosen Rundfunkanlagen im Vorfeld berücksichtigt werden. c. Wenn Sicherheits- und Vertraulichkeitssensoren installiert werden müssen, ist im Vorfeld Rücksprache mit dem Hersteller zu halten, um besondere Maßnahmen zur Vermeidung von Störungen durch den Aufzug zu treffen. (5) Falls die unter (1) bis (4) beschriebenen Gegenmaßnahmen bei anderen Stromversorgungen und Geräten nicht umsetzbar sind, ist der Aufzugshersteller im Vorfeld zu konsultieren.