EPS的原理特點與實際應用

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充電，防止過大沖擊電流導致器件損壞和直流輸入斷路器跳閘，還要求逆變器能適應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按國家標準必須是后備式的。為此自動切換裝置是EPS中必不可少的部件，也是影響EPS可靠性的關鍵部件之一。根據(jù)EPS的輸出容量和負載要求不同，自動切換裝置可采用功率繼電器、交流接觸器、互投開關、固態(tài)開關（晶閘管）等構(gòu)成。對EPS的切換時間要求具有多樣性，例如，一般消防應急照明要求切換時間小于5s，高危險區(qū)域使用的消防應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，為風機、泵類、卷簾門、電梯等負載供電時，根據(jù)應用要求不同，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，在能滿足應用需求的前提下，適當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，避免負載可能因瞬間失電而導致工作失常等等。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)，但不承擔負載。當逆變器熱備份時，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（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相比，固態(tài)開關（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用場合，一般采用機械切換開關進行切換，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。與交流接觸器相比，自動互投開關動作較慢，但由于互投開關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（晶閘管）實現(xiàn)市電與逆變器輸出之間的快速切換技術已在UPS中應用多年，但也有所不同，UPS用功率繼電器（或接觸器）與固態(tài)開關（晶閘管）組合成一個旁路（BYPASS）切換裝置的，固態(tài)開關（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（晶閘管）是不參于工作的。當其用于EPS時才是固態(tài)開關（晶閘管）真真的參與斷電切換，EPS均為后備式是不設旁路接觸器的。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知的，檢測確認市電故障需要時間，此時的切換時間不可能小于檢測、確認市電故障需要的時間。為防止各種電源干擾導致誤動作，檢測時間不能太短。實踐證明，當檢測時間小于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的各種負載中，對切換時間要求最苛刻的應當是高壓氣體放電燈。盡管這種燈具不允許用于消防應急照明，但由于其高強度、高效率，在許多大型場館中都有應用。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?shù)睦m(xù)流措施，5ms的電力中斷即可能導致熄輝，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)的延時適當增加切換時間，方可保證電梯在應急供電后繼續(xù)正常運行。

在有些應用場合，為了取得零切換，要求將EPS設計成在線運行方式，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)用戶要求或設計圖紙加裝配電開關。例如市電輸入端有時需要加裝雙路市電自動互投開關（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)設計。

（6） 電池檢測裝置

GB17945-2000標準要求用于消防應急照明的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線較細，容易發(fā)生意外短路或漏電問題，因此應采用適當電壓電流分斷能力的熔斷器或其他方式進行安全隔離，防止蓄電池的高能量進入測試系統(tǒng)，導致事故。