EPS的原理特點(diǎn)與實(shí)際應(yīng)用

EPS的逆變器一般需要具備冷啟動(dòng)能力（在無(wú)市電狀態(tài)下依靠完全電池電力啟動(dòng)或不考慮自身設(shè)備的損壞），以滿(mǎn)足“強(qiáng)制啟動(dòng)”功能要求，因此不但要在蓄電池與逆變器直流母線電容間需要加裝緩沖裝置，以完成母線電容的預(yù)充電，防止過(guò)大沖擊電流導(dǎo)致器件損壞和直流輸入斷路器跳閘，還要求逆變器能適應(yīng)較寬直流母線電壓的變化。

（4） 自動(dòng)切換裝置與切換時(shí)間

為實(shí)現(xiàn)市電供電與逆變器供電之間的自動(dòng)切換，EPS按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)必須是后備式的。為此自動(dòng)切換裝置是EPS中必不可少的部件，也是影響EPS可靠性的關(guān)鍵部件之一。根據(jù)EPS的輸出容量和負(fù)載要求不同，自動(dòng)切換裝置可采用功率繼電器、交流接觸器、互投開(kāi)關(guān)、固態(tài)開(kāi)關(guān)（晶閘管）等構(gòu)成。對(duì)EPS的切換時(shí)間要求具有多樣性，例如，一般消防應(yīng)急照明要求切換時(shí)間小于5s，高危險(xiǎn)區(qū)域使用的消防應(yīng)急照明要求切換時(shí)間小于0.25s，為高壓氣體放電燈供電時(shí)，為保證不熄輝，則要求切換時(shí)間為數(shù)毫秒量級(jí)，為風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)、卷簾門(mén)、電梯等負(fù)載供電時(shí)，根據(jù)應(yīng)用要求不同，切換時(shí)間也會(huì)在數(shù)毫秒等。

EPS與UPS不同，多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)切換時(shí)間并無(wú)苛刻要求，切換時(shí)間也并非越短越好，在能滿(mǎn)足應(yīng)用需求的前提下，適當(dāng)慢一點(diǎn)切換可以在其他方面獲益，例如降低損耗，減小暫態(tài)沖擊，提高可靠性，避免負(fù)載可能因瞬間失電而導(dǎo)致工作失常等等。市電正常時(shí)EPS的逆變器一般工作于備用狀態(tài)，且有冷備份與熱備份兩種工作方式。冷備份時(shí)，逆變器僅控制部分處于工作狀態(tài)，功率部分處于加電待機(jī)狀態(tài)，但不起動(dòng)；熱備份時(shí)，整個(gè)逆變器處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，但不承擔(dān)負(fù)載。當(dāng)逆變器熱備份時(shí)，最短切換時(shí)間基本決定于所用切換裝置的動(dòng)作時(shí)間；而當(dāng)逆變器冷備份時(shí)，最短切換時(shí)間還要受逆變器其動(dòng)時(shí)間的制約。特別是容量較大的EPS，如果起動(dòng)過(guò)快，逆變變壓器和低通濾波器會(huì)產(chǎn)生很大的暫態(tài)沖擊，甚至可能損壞IGBT功率器件，因此逆變器一般都具備軟起動(dòng)特性，且功率越大，起動(dòng)越慢，大容量EPS逆變器的起動(dòng)時(shí)間可達(dá)數(shù)秒之久。如果要求更快的切換時(shí)間，則只能采取熱備份工作方式，此時(shí)EPS的待機(jī)損耗自然要增加許多，整機(jī)效率會(huì)較低。

至于采用何種切換裝置，主要是根據(jù)對(duì)切換時(shí)間的要求而定。如果要求毫秒級(jí)的切換時(shí)間，則只能采用固態(tài)開(kāi)關(guān)（晶閘管）切換，且逆變器要處于熱備狀態(tài)。與同容量的機(jī)械切換開(kāi)關(guān)相比，固態(tài)開(kāi)關(guān)（晶閘管）切換的造價(jià)要高得多，通態(tài)損耗也大得多。在對(duì)切換時(shí)間無(wú)苛刻要求的應(yīng)用場(chǎng)合，一般采用機(jī)械切換開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換，容量較小的EPS一般采用功率繼電器，功率較大的EPS通常采用互鎖的交流接觸器或自動(dòng)互投開(kāi)關(guān)。與交流接觸器相比，自動(dòng)互投開(kāi)關(guān)動(dòng)作較慢，但由于互投開(kāi)關(guān)具有機(jī)械自保持特性，對(duì)于不頻繁的切換而言，在長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性方面更具優(yōu)勢(shì)。

用固態(tài)開(kāi)關(guān)（晶閘管）實(shí)現(xiàn)市電與逆變器輸出之間的快速切換技術(shù)已在UPS中應(yīng)用多年，但也有所不同，UPS用功率繼電器（或接觸器）與固態(tài)開(kāi)關(guān)（晶閘管）組合成一個(gè)旁路（BYPASS）切換裝置的，固態(tài)開(kāi)關(guān)（晶閘管）主要是做瞬間過(guò)載旁路（BYPASS）切換，靠它瞬間使逆變器與電網(wǎng)有個(gè)短暫的并聯(lián)運(yùn)行，從而獲得瞬間無(wú)切換時(shí)間的供電（彌補(bǔ)了功率繼電器或接觸器的渡越時(shí)間）。關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)逆變器的鎖相運(yùn)行和對(duì)市電即時(shí)電壓的快速檢測(cè)與跟蹤。它并不是真真的斷電切換，因這種方式均為“在線式”UPS所用，真真的斷電切換工作時(shí)固態(tài)開(kāi)關(guān)（晶閘管）是不參于工作的。當(dāng)其用于EPS時(shí)才是固態(tài)開(kāi)關(guān)（晶閘管）真真的參與斷電切換，EPS均為后備式是不設(shè)旁路接觸器的。就是處于在市電正常、逆變器也正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，即使是進(jìn)行不間斷的切換，在技術(shù)上也是可以做到的，但實(shí)際情況是，切換需要在市電突然發(fā)生中斷或故障時(shí)進(jìn)行，因市電中斷或故障的發(fā)生時(shí)刻是隨機(jī)的和非預(yù)知的，檢測(cè)確認(rèn)市電故障需要時(shí)間，此時(shí)的切換時(shí)間不可能小于檢測(cè)、確認(rèn)市電故障需要的時(shí)間。為防止各種電源干擾導(dǎo)致誤動(dòng)作，檢測(cè)時(shí)間不能太短。實(shí)踐證明，當(dāng)檢測(cè)時(shí)間小于2ms時(shí)，其檢測(cè)可靠性會(huì)明顯下降。因此小于2ms的切換時(shí)間是不可取的。

在EPS的各種負(fù)載中，對(duì)切換時(shí)間要求最苛刻的應(yīng)當(dāng)是高壓氣體放電燈。盡管這種燈具不允許用于消防應(yīng)急照明，但由于其高強(qiáng)度、高效率，在許多大型場(chǎng)館中都有應(yīng)用。由于此種燈具一旦熄輝，需要冷卻后方能重新啟動(dòng)，為保證照明不發(fā)生中斷，為其供電的EPS必須具備快速切換能力。根據(jù)對(duì)多種高壓氣體放電燈產(chǎn)品的測(cè)試，如果不采取適當(dāng)?shù)睦m(xù)流措施，5ms的電力中斷即可能導(dǎo)致熄輝，個(gè)別產(chǎn)品甚至3ms電力中斷就會(huì)熄輝。

而對(duì)于某些電梯類(lèi)負(fù)載，毫秒級(jí)的切換顯然不是必要的，但切換時(shí)的瞬間失電可能導(dǎo)致電梯控制系統(tǒng)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。此種情況需要通過(guò)EPS控制系統(tǒng)的延時(shí)適當(dāng)增加切換時(shí)間，方可保證電梯在應(yīng)急供電后繼續(xù)正常運(yùn)行。

在有些應(yīng)用場(chǎng)合，為了取得零切換，要求將EPS設(shè)計(jì)成在線運(yùn)行方式，此時(shí)的EPS實(shí)際已變成了一臺(tái)專(zhuān)用的UPS，逆變器是長(zhǎng)帶負(fù)荷工作的。

（5） 輸入輸出配電裝置

EPS的交流輸入輸部分一般不像UPS那樣簡(jiǎn)單，而需要根據(jù)用戶(hù)要求或設(shè)計(jì)圖紙加裝配電開(kāi)關(guān)。例如市電輸入端有時(shí)需要加裝雙路市電自動(dòng)互投開(kāi)關(guān)（ATS），市電直供回路有時(shí)需要加裝獨(dú)立的斷路器，輸出回路一般需要多支路輸出，每個(gè)支路都要裝有獨(dú)立的斷路器，有時(shí)還需要加裝受消防聯(lián)動(dòng)信號(hào)控制的消防聯(lián)動(dòng)輸出支路等等。用戶(hù)為了安裝使用方便，一般均要求把EPS系統(tǒng)的輸入輸出配電開(kāi)關(guān)裝置等全部裝于EPS產(chǎn)品內(nèi)部，因此EPS在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上需要為輸入輸出配電開(kāi)關(guān)留有充分的拓展空間，有時(shí)甚至需要專(zhuān)門(mén)按用戶(hù)要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（6） 電池檢測(cè)裝置

GB17945-2000標(biāo)準(zhǔn)要求用于消防應(yīng)急照明的EPS能對(duì)其電池組中每個(gè)12V電池單元的電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以此為參照，許多用于其他方面的EPS往往也要求提供對(duì)每個(gè)電池單元的監(jiān)測(cè)功能。此時(shí)需要為EPS配置專(zhuān)門(mén)的電池監(jiān)測(cè)裝置。因每個(gè)電池單元的直流電位各不相同，檢測(cè)裝置需要能夠?qū)ζ溥M(jìn)行隔離采樣。目前常見(jiàn)的隔離采樣方式有繼電器、線性光耦、先進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后再用光耦合器隔離傳輸數(shù)字信號(hào)等等。不同方式各有所長(zhǎng)，但如果對(duì)每一電池單元分別隔離采樣，系統(tǒng)將過(guò)于繁雜。若先將電池單元適當(dāng)分組，采用分組A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號(hào)光耦隔離、通過(guò)串行數(shù)據(jù)總線上傳的監(jiān)測(cè)方式具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全性、可靠性高，可自動(dòng)實(shí)時(shí)巡檢，監(jiān)測(cè)精度較高等較大優(yōu)勢(shì)。

目前EPS中對(duì)電池單元的檢測(cè)內(nèi)容一般僅限于各電池單元端電壓的測(cè)試，并不能全面反映電池狀態(tài)。但通過(guò)分別測(cè)試電池組充電和放電時(shí)各電池單元的端電壓，可以對(duì)各電池單元的一致性做出準(zhǔn)確的判斷，如充電狀態(tài)是否均衡、是否存在劣化的電池單元等等。有一些更為先進(jìn)的電池狀態(tài)檢測(cè)方法，如內(nèi)阻測(cè)試方法等，在國(guó)產(chǎn)EPS中的應(yīng)用還比較罕見(jiàn)。

因?qū)Ω麟姵貑卧M(jìn)行檢測(cè)需要將測(cè)試線連接到每個(gè)電池單元的輸出端，測(cè)試線路較密集且導(dǎo)線較細(xì)，容易發(fā)生意外短路或漏電問(wèn)題，因此應(yīng)采用適當(dāng)電壓電流分?jǐn)嗄芰Φ娜蹟嗥骰蚱渌绞竭M(jìn)行安全隔離，防止蓄電池的高能量進(jìn)入測(cè)試系統(tǒng)，導(dǎo)致事故。