EPS的原理特點與實際應(yīng)用

(B) 蓄電池的工作溫區(qū)

因EPS經(jīng)常被安裝在地下室、豎井、低壓配電室等地方，環(huán)境溫度范圍較寬，0～40℃（或更高）的環(huán)境溫度要求往往也得不到滿足。而免維護閥控鉛酸蓄電池的推薦使用溫度一般為5～35℃，盡管電池制造商可能聲稱-15～50℃的工作溫度范圍，但溫度過高，蓄電池自放電加重，使用壽命明顯縮短，甚至?xí)霈F(xiàn)熱失控導(dǎo)致電池報廢；使用免維護閥控鉛酸蓄電池的最佳溫度20-25℃，當(dāng)超過25℃時，每升高10℃電池壽命將減少至25℃環(huán)境下的一半。溫度過低時，蓄電池放電容量嚴(yán)重下降，并且充電困難，強行充電會導(dǎo)致氣體析出，影響蓄電池壽命。因此當(dāng)EPS的安裝環(huán)境溫度過高或過低時，應(yīng)當(dāng)采取適當(dāng)措施進(jìn)行調(diào)節(jié)。

另外當(dāng)環(huán)境溫度超過25℃時，每升高10℃或單體電池浮充電壓超出指標(biāo)范圍0.03V時，電池使用壽命縮短一半。

（3） 逆變器與負(fù)載適應(yīng)性

逆變器是EPS中技術(shù)含量最高的核心部件，市電異常或火災(zāi)報警時，蓄電池存儲的直流電能通過逆變器轉(zhuǎn)換成與市電相同頻率、電壓的交流電，供給重要負(fù)載。因此，EPS的應(yīng)急供電質(zhì)量、逆變效率、負(fù)載適應(yīng)能力等多項重要指標(biāo)都決定于逆變器的品質(zhì)。特別是正弦波逆變系統(tǒng)的技術(shù)在EPS中就更為重要。同時，逆變器的可靠性也是影響EPS整機可靠性的關(guān)鍵之一。EPS的逆變器幾乎均采用了IGBT（或功率MOS管）SPWM逆變技術(shù)，但該技術(shù)與UPS、變頻調(diào)速器等應(yīng)用領(lǐng)域有較多的不同。它主要是圍繞著過載能力、負(fù)荷的適應(yīng)能力（混合負(fù)荷）供電的可靠性做系統(tǒng)設(shè)計的?？梢赃@么說EPS逆變器的供電可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)重要于逆變器的供電質(zhì)量，這也是在設(shè)計思路及設(shè)計方案上不同于UPS。由于IGBT（已發(fā)展到第六代）在UPS、變頻調(diào)速器、電焊機等已得到充分的應(yīng)用和發(fā)展，是一個很成熟的電力電子功率元器件。目前經(jīng)常會見到關(guān)于UPS與EPS負(fù)載適應(yīng)能力差別的討論，或用UPS替代EPS。其實它們的逆變控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是完全不同的，一般UPS是以波形電壓反饋的單閉環(huán)控制系統(tǒng)，因此其輸出電壓的正弦波波形及電壓的動態(tài)調(diào)整精度特好；而EPS專用的動力逆變器控制系統(tǒng)是由電壓反饋、電流反饋組成的多比環(huán)控制系統(tǒng)，主回路是完全電隔離的，因此其輸出功率過載能力、三相的偏相運行能力、負(fù)載適應(yīng)能力及適應(yīng)強制工作能力特強，可靠性及高。在市電正常時，EPS會直接由市電提供負(fù)載，其負(fù)載能力僅決定于供電回路中的斷路器、轉(zhuǎn)換開關(guān)和導(dǎo)線的容量，一般無需討論，但市電中斷時，由EPS即刻切換由逆變器輸出提供負(fù)載，此時應(yīng)急供電必須保證其負(fù)載的重要負(fù)荷正常運行，因此UPS與EPS負(fù)載適應(yīng)能力的差別本質(zhì)上還是其逆變器負(fù)載能力的差別。

現(xiàn)介紹一種專用單相及三相應(yīng)急電源（EPS）功率主回路（已有專利）目前許多重要場所特別是消防泵房、噴淋系統(tǒng)、送風(fēng)機房、排風(fēng)機、消防電梯、機房照明等重要混合負(fù)荷場所的現(xiàn)場動力設(shè)備的供配電及控制設(shè)備的純正弦波電壓輸出的功率主回路一般均由逆變器、輸出電抗器、輸出變壓器、輸出電容器等組成。這種功率主回路有以下缺點：設(shè)備多、成本高、損耗大、分布電感大、不便于主線布置、體積大等，不利EPS整機高效率低成本的開拓。本技術(shù)是針對消防應(yīng)急電源（EPS）而研制，主要集輸出電抗器、輸出變壓器于一體的正弦脈寬調(diào)制型單相及三相特殊逆變變壓器。它通過電磁原理及電子技術(shù)，使自感、互感及漏感巧妙地組合成一個特殊的漏感型逆變變壓器。在它的原邊輸入正弦脈寬調(diào)制波（SPWM）就能在副邊并上適當(dāng)?shù)臑V波電容電獲得純正弦電壓（失真度≤2.6%）。它的有益效果是省去了輸出電抗器，減少了發(fā)熱器件，減少了系統(tǒng)的分布電感，有效地減少了EPS電源輸出的內(nèi)阻，節(jié)省了不必要的銅、鐵材料（用漏感替代了電抗器）提高了整機效率，降低了成本，方便了生產(chǎn)裝配。

事實上，目前的SPWM逆變器中EPS上的IGBT功率器件的工作狀態(tài)優(yōu)于UPS，特別是三相5KVA以上的機種，IGBT功率器件的通態(tài)損耗和開關(guān)損耗更為明顯。UPS與EPS的設(shè)計目標(biāo)不同，因此負(fù)載特性存在差異是自然的，但僅為適用領(lǐng)域的差異，并非優(yōu)劣之分。

EPS的負(fù)載具有多樣性，但多數(shù)情況下是用于應(yīng)急照明和動力負(fù)載。用于照明時，燈具有白熾燈、節(jié)能燈、日光燈和高壓氣體放電燈等等。用于動力負(fù)載時，又分為提供標(biāo)準(zhǔn)正弦波備用電源的普通型和直接變頻驅(qū)動電機的變頻型等等。

用于消防應(yīng)急照明的EPS必須符合GB17945-2000標(biāo)準(zhǔn)，其中對EPS的輸出容量是以kw為單位定義的，但實際上僅當(dāng)負(fù)載功率因數(shù)為接近1時，該定義才是適當(dāng)?shù)?，?dāng)負(fù)載功率因數(shù)較低時，EPS的電流輸出能力并不會增加，輸出視在

功率額定值也不會增加，因此實際選用EPS時，必須考慮負(fù)載的功率因數(shù)和視在功率，而不能僅考慮負(fù)載的有功功率。按照GB17945-2000標(biāo)準(zhǔn)的要求，EPS應(yīng)能在120%負(fù)載時正常工作；當(dāng)個別供電支路發(fā)生短路故障時EPS應(yīng)能使該支路斷路器跳閘而不影響其他支路的正常工作。也就是說，標(biāo)稱功率1000W的EPS，必須具備1200W的正常輸出能力；在局部負(fù)載發(fā)生短路故障時，EPS的逆變器必須能在短時間內(nèi)以限流輸出方式輸出數(shù)倍于額定值的清除電流。由此可以看出，標(biāo)稱容量相同的EPS和UPS，其逆變器實際輸出能力及工作方式是存在極大差別的。

用于動力負(fù)載的EPS必須能夠承受電機啟動時的沖擊電流，但若將EPS的逆變器容量設(shè)計的過大也是不現(xiàn)實的。因此各EPS廠家都給出了電機負(fù)載不同啟動方式下配用EPS容量的計算方法，其核心是保證EPS的逆變器在電機啟動時不至于過載停機。但是，為電機負(fù)載配置數(shù)倍于其額定功率的EPS既不經(jīng)濟，也不合理，因為對于短時過載能力很強的逆變輸出變壓器和蓄電池而言，是能夠承受電機啟動時的沖擊的，在需要較大啟動電流的應(yīng)用場合，適當(dāng)加大功率器件容量以提高逆變橋的短時輸出能力，不失為一種更為合理的解決方案。實際上，用于動力負(fù)載的EPS在很大程度上具有根據(jù)用戶需求設(shè)計定制的特征，因而可以取得更合理的負(fù)載適應(yīng)能力。總之用逆變器作為電源向電機及電機控制系統(tǒng)供電是及不合理的首選方案。

最為合理的方案是選用“P型”EPS產(chǎn)品，它是采用變頻型逆變器，有效地控制了電機的V-F曲線，使起動電流得到控制，電機處于及為平滑的軟起動運行。從而大大提高了EPS選配的經(jīng)濟性。這種方案的選用一般電機功率與EPS功率都可1s1配置。這一方案中的變頻型逆變器也可選用工控領(lǐng)域中的通用型變頻器加以二次開發(fā)。由于通用型變頻器的自身市場很大，因此在EPS上選用它反而能降低EPS的制造成本。因為通用型變頻器都由一些國際著名電氣公司研制生產(chǎn)，技術(shù)成熟、先進(jìn)，選材、工藝精良，具有很高的可靠性和負(fù)載能力，并且規(guī)格齊全、價格不高。多數(shù)變頻器均允許直流供電運行，及易做二次開發(fā)用于“P型”EPS產(chǎn)品。選用適當(dāng)容量的變頻器，合理并巧妙地設(shè)置運行參數(shù)后可以構(gòu)成可靠性很高的“P型”EPS逆變器。其缺點是：只能直接用于電動機，而不能帶起他任何性質(zhì)的負(fù)載。至于采用變頻器構(gòu)成電機專用變頻驅(qū)動的EPS，其合理性更不必多說。