EPS的原理特點與實際應用

(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，甚至會出現(xiàn)熱失控導致電池報廢；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，蓄電池放電容量嚴重下降，并且充電困難，強行充電會導致氣體析出，影響蓄電池壽命。因此當EPS的安裝環(huán)境溫度過高或過低時，應當采取適當措施進行調節(jié)。

另外當環(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范圍0.03V時，電池使用壽命縮短一半。

（3） 逆變器與負載適應性

逆變器是EPS中技術含量最高的核心部件，市電異常或火災報警時，蓄電池存儲的直流電能通過逆變器轉換成與市電相同頻率、電壓的交流電，供給重要負載。因此，EPS的應急供電質量、逆變效率、負載適應能力等多項重要指標都決定于逆變器的品質。特別是正弦波逆變系統(tǒng)的技術在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，但該技術與UPS、變頻調速器等應用領域有較多的不同。它主要是圍繞著過載能力、負荷的適應能力（混合負荷）供電的可靠性做系統(tǒng)設計的?？梢赃@么說EPS逆變器的供電可靠性遠遠重要于逆變器的供電質量，這也是在設計思路及設計方案上不同于UPS。由于IGBT（已發(fā)展到第六代）在UPS、變頻調速器、電焊機等已得到充分的應用和發(fā)展，是一個很成熟的電力電子功率元器件。目前經(jīng)常會見到關于UPS與EPS負載適應能力差別的討論，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、負載適應能力及適應強制工作能力特強，可靠性及高。在市電正常時，EPS會直接由市電提供負載，其負載能力僅決定于供電回路中的斷路器、轉換開關和導線的容量，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載，此時應急供電必須保證其負載的重要負荷正常運行，因此UPS與EPS負載適應能力的差別本質上還是其逆變器負載能力的差別。

現(xiàn)介紹一種專用單相及三相應急電源（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)、送風機房、排風機、消防電梯、機房照明等重要混合負荷場所的現(xiàn)場動力設備的供配電及控制設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。本技術是針對消防應急電源（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，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制波（SPWM）就能在副邊并上適當?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)損耗和開關損耗更為明顯。UPS與EPS的設計目標不同，因此負載特性存在差異是自然的，但僅為適用領域的差異，并非優(yōu)劣之分。

EPS的負載具有多樣性，但多數(shù)情況下是用于應急照明和動力負載。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。用于動力負載時，又分為提供標準正弦波備用電源的普通型和直接變頻驅動電機的變頻型等等。

用于消防應急照明的EPS必須符合GB17945-2000標準，其中對EPS的輸出容量是以kw為單位定義的，但實際上僅當負載功率因數(shù)為接近1時，該定義才是適當?shù)模斬撦d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，必須考慮負載的功率因數(shù)和視在功率，而不能僅考慮負載的有功功率。按照GB17945-2000標準的要求，EPS應能在120%負載時正常工作；當個別供電支路發(fā)生短路故障時EPS應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，標稱功率1000W的EPS，必須具備1200W的正常輸出能力；在局部負載發(fā)生短路故障時，EPS的逆變器必須能在短時間內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的逆變器容量設計的過大也是不現(xiàn)實的。因此各EPS廠家都給出了電機負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用場合，適當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，用于動力負載的EPS在很大程度上具有根據(jù)用戶需求設計定制的特征，因而可以取得更合理的負載適應能力。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)，技術成熟、先進，選材、工藝精良，具有很高的可靠性和負載能力，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。選用適當容量的變頻器，合理并巧妙地設置運行參數(shù)后可以構成可靠性很高的“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的負載。至于采用變頻器構成電機專用變頻驅動的EPS，其合理性更不必多說。