EPS的原理特點與實際應(yīng)用

EPS的逆變器一般需要具備冷啟動能力（在無市電狀態(tài)下依靠完全電池電力啟動或不考慮自身設(shè)備的損壞），以滿足“強制啟動”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） 自動切換裝置與切換時間

為實現(xiàn)市電供電與逆變器供電之間的自動切換，EPS按國家標(biāo)準(zhǔn)必須是后備式的。為此自動切換裝置是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，自動切換裝置可采用功率繼電器、交流接觸器、互投開關(guān)、固態(tài)開關(guān)（晶閘管）等構(gòu)成。對EPS的切換時間要求具有多樣性，例如，一般消防應(yīng)急照明要求切換時間小于5s，高危險區(qū)域使用的消防應(yīng)急照明要求切換時間小于0.25s，為高壓氣體放電燈供電時，為保證不熄輝，則要求切換時間為數(shù)毫秒量級，為風(fēng)機、泵類、卷簾門、電梯等負(fù)載供電時，根據(jù)應(yīng)用要求不同，切換時間也會在數(shù)毫秒等。

EPS與UPS不同，多數(shù)應(yīng)用場合對切換時間并無苛刻要求，切換時間也并非越短越好，在能滿足應(yīng)用需求的前提下，適當(dāng)慢一點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，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狀態(tài)，但不起動；熱備份時，整個逆變器處于正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)，但不承擔(dān)負(fù)載。當(dāng)逆變器熱備份時，最短切換時間基本決定于所用切換裝置的動作時間；而當(dāng)逆變器冷備份時，最短切換時間還要受逆變器其動時間的制約。特別是容量較大的EPS，如果起動過快，逆變變壓器和低通濾波器會產(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特性，且功率越大，起動越慢，大容量EPS逆變器的起動時間可達數(shù)秒之久。如果要求更快的切換時間，則只能采取熱備份工作方式，此時EPS的待機損耗自然要增加許多，整機效率會較低。

至于采用何種切換裝置，主要是根據(jù)對切換時間的要求而定。如果要求毫秒級的切換時間，則只能采用固態(tài)開關(guān)（晶閘管）切換，且逆變器要處于熱備狀態(tài)。與同容量的機械切換開關(guān)相比，固態(tài)開關(guān)（晶閘管）切換的造價要高得多，通態(tài)損耗也大得多。在對切換時間無苛刻要求的應(yīng)用場合，一般采用機械切換開關(guān)進行切換，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互投開關(guān)。與交流接觸器相比，自動互投開關(guān)動作較慢，但由于互投開關(guān)具有機械自保持特性，對于不頻繁的切換而言，在長期運行的可靠性方面更具優(yōu)勢。

用固態(tài)開關(guān)（晶閘管）實現(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)開關(guān)（晶閘管）組合成一個旁路（BYPASS）切換裝置的，固態(tài)開關(guān)（晶閘管）主要是做瞬間過載旁路（BYPASS）切換，靠它瞬間使逆變器與電網(wǎng)有個短暫的并聯(lián)運行，從而獲得瞬間無切換時間的供電（彌補了功率繼電器或接觸器的渡越時間）。關(guān)鍵是要實現(xiàn)逆變器的鎖相運行和對市電即時電壓的快速檢測與跟蹤。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固態(tài)開關(guān)（晶閘管）是不參于工作的。當(dāng)其用于EPS時才是固態(tài)開關(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、逆變器也正常運轉(zhuǎn)的情況下，即使是進行不間斷的切換，在技術(shù)上也是可以做到的，但實際情況是，切換需要在市電突然發(fā)生中斷或故障時進行，因市電中斷或故障的發(fā)生時刻是隨機的和非預(yù)知的，檢測確認(rèn)市電故障需要時間，此時的切換時間不可能小于檢測、確認(rèn)市電故障需要的時間。為防止各種電源干擾導(dǎo)致誤動作，檢測時間不能太短。實踐證明，當(dāng)檢測時間小于2ms時，其檢測可靠性會明顯下降。因此小于2ms的切換時間是不可取的。

在EPS的各種負(fù)載中，對切換時間要求最苛刻的應(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，但由于其高強度、高效率，在許多大型場館中都有應(yīng)用。由于此種燈具一旦熄輝，需要冷卻后方能重新啟動，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)對多種高壓氣體放電燈產(chǎn)品的測試，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，個別產(chǎn)品甚至3ms電力中斷就會熄輝。

而對于某些電梯類負(fù)載，毫秒級的切換顯然不是必要的，但切換時的瞬間失電可能導(dǎo)致電梯控制系統(tǒng)進入保護狀態(tài)。此種情況需要通過EPS控制系統(tǒng)的延時適當(dāng)增加切換時間，方可保證電梯在應(yīng)急供電后繼續(xù)正常運行。

在有些應(yīng)用場合，為了取得零切換，要求將EPS設(shè)計成在線運行方式，此時的EPS實際已變成了一臺專用的UPS，逆變器是長帶負(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那樣簡單，而需要根據(jù)用戶要求或設(shè)計圖紙加裝配電開關(guān)。例如市電輸入端有時需要加裝雙路市電自動互投開關(guān)（ATS），市電直供回路有時需要加裝獨立的斷路器，輸出回路一般需要多支路輸出，每個支路都要裝有獨立的斷路器，有時還需要加裝受消防聯(lián)動信號控制的消防聯(lián)動輸出支路等等。用戶為了安裝使用方便，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關(guān)留有充分的拓展空間，有時甚至需要專門按用戶要求進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。

（6） 電池檢測裝置

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

目前EPS中對電池單元的檢測內(nèi)容一般僅限于各電池單元端電壓的測試，并不能全面反映電池狀態(tài)。但通過分別測試電池組充電和放電時各電池單元的端電壓，可以對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。有一些更為先進的電池狀態(tài)檢測方法，如內(nèi)阻測試方法等，在國產(chǎn)EPS中的應(yīng)用還比較罕見。

因?qū)Ω麟姵貑卧M行檢測需要將測試線連接到每個電池單元的輸出端，測試線路較密集且導(dǎo)線較細，容易發(fā)生意外短路或漏電問題，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行安全隔離，防止蓄電池的高能量進入測試系統(tǒng)，導(dǎo)致事故。