EPS的原理特点与实际应用

(B) 蓄电池的工作温区

因EPS经常被安装在地下室、竖井、低压配电室等地方，环境温度范围较宽，0～40℃（或更高）的环境温度要求往往也得不到满足。而免维护阀控铅酸蓄电池的推荐使用温度一般为5～35℃，尽管电池制造商可能声称-15～50℃的工作温度范围，但温度过高，蓄电池自放电加重，使用寿命明显缩短，甚至会出现热失控导致电池报废；使用免维护阀控铅酸蓄电池的最佳温度20-25℃，当超过25℃时，每升高10℃电池寿命将减少至25℃环境下的一半。温度过低时，蓄电池放电容量严重下降，并且充电困难，强行充电会导致气体析出，影响蓄电池寿命。因此当EPS的安装环境温度过高或过低时，应当采取适当措施进行调节。

另外当环境温度超过25℃时，每升高10℃或单体电池浮充电压超出指标范围0.03V时，电池使用寿命缩短一半。

（3） 逆变器与负载适应性

逆变器是EPS中技术含量最高的核心部件，市电异常或火灾报警时，蓄电池存储的直流电能通过逆变器转换成与市电相同频率、电压的交流电，供给重要负载。因此，EPS的应急供电质量、逆变效率、负载适应能力等多项重要指标都决定于逆变器的品质。特别是正弦波逆变系统的技术在EPS中就更为重要。同时，逆变器的可靠性也是影响EPS整机可靠性的关键之一。EPS的逆变器几乎均采用了IGBT（或功率MOS管）SPWM逆变技术，但该技术与UPS、变频调速器等应用领域有较多的不同。它主要是围绕着过载能力、负荷的适应能力（混合负荷）供电的可靠性做系统设计的。可以这么说EPS逆变器的供电可靠性远远重要于逆变器的供电质量，这也是在设计思路及设计方案上不同于UPS。由于IGBT（已发展到第六代）在UPS、变频调速器、电焊机等已得到充分的应用和发展，是一个很成熟的电力电子功率元器件。目前经常会见到关于UPS与EPS负载适应能力差别的讨论，或用UPS替代EPS。其实它们的逆变控制系统的数学模型是完全不同的，一般UPS是以波形电压反馈的单闭环控制系统，因此其输出电压的正弦波波形及电压的动态调整精度特好；而EPS专用的动力逆变器控制系统是由电压反馈、电流反馈组成的多比环控制系统，主回路是完全电隔离的，因此其输出功率过载能力、三相的偏相运行能力、负载适应能力及适应强制工作能力特强，可靠性及高。在市电正常时，EPS会直接由市电提供负载，其负载能力仅决定于供电回路中的断路器、转换开关和导线的容量，一般无需讨论，但市电中断时，由EPS即刻切换由逆变器输出提供负载，此时应急供电必须保证其负载的重要负荷正常运行，因此UPS与EPS负载适应能力的差别本质上还是其逆变器负载能力的差别。

现介绍一种专用单相及三相应急电源（EPS）功率主回路（已有专利）目前许多重要场所特别是消防泵房、喷淋系统、送风机房、排风机、消防电梯、机房照明等重要混合负荷场所的现场动力设备的供配电及控制设备的纯正弦波电压输出的功率主回路一般均由逆变器、输出电抗器、输出变压器、输出电容器等组成。这种功率主回路有以下缺点：设备多、成本高、损耗大、分布电感大、不便于主线布置、体积大等，不利EPS整机高效率低成本的开拓。本技术是针对消防应急电源（EPS）而研制，主要集输出电抗器、输出变压器于一体的正弦脉宽调制型单相及三相特殊逆变变压器。它通过电磁原理及电子技术，使自感、互感及漏感巧妙地组合成一个特殊的漏感型逆变变压器。在它的原边输入正弦脉宽调制波（SPWM）就能在副边并上适当的滤波电容电获得纯正弦电压（失真度≤2.6%）。它的有益效果是省去了输出电抗器，减少了发热器件，减少了系统的分布电感，有效地减少了EPS电源输出的内阻，节省了不必要的铜、铁材料（用漏感替代了电抗器）提高了整机效率，降低了成本，方便了生产装配。

事实上，目前的SPWM逆变器中EPS上的IGBT功率器件的工作状态优于UPS，特别是三相5KVA以上的机种，IGBT功率器件的通态损耗和开关损耗更为明显。UPS与EPS的设计目标不同，因此负载特性存在差异是自然的，但仅为适用领域的差异，并非优劣之分。

EPS的负载具有多样性，但多数情况下是用于应急照明和动力负载。用于照明时，灯具有白炽灯、节能灯、日光灯和高压气体放电灯等等。用于动力负载时，又分为提供标准正弦波备用电源的普通型和直接变频驱动电机的变频型等等。

用于消防应急照明的EPS必须符合GB17945-2000标准，其中对EPS的输出容量是以kw为单位定义的，但实际上仅当负载功率因数为接近1时，该定义才是适当的，当负载功率因数较低时，EPS的电流输出能力并不会增加，输出视在

功率额定值也不会增加，因此实际选用EPS时，必须考虑负载的功率因数和视在功率，而不能仅考虑负载的有功功率。按照GB17945-2000标准的要求，EPS应能在120%负载时正常工作；当个别供电支路发生短路故障时EPS应能使该支路断路器跳闸而不影响其他支路的正常工作。也就是说，标称功率1000W的EPS，必须具备1200W的正常输出能力；在局部负载发生短路故障时，EPS的逆变器必须能在短时间内以限流输出方式输出数倍于额定值的清除电流。由此可以看出，标称容量相同的EPS和UPS，其逆变器实际输出能力及工作方式是存在极大差别的。

用于动力负载的EPS必须能够承受电机启动时的冲击电流，但若将EPS的逆变器容量设计的过大也是不现实的。因此各EPS厂家都给出了电机负载不同启动方式下配用EPS容量的计算方法，其核心是保证EPS的逆变器在电机启动时不至于过载停机。但是，为电机负载配置数倍于其额定功率的EPS既不经济，也不合理，因为对于短时过载能力很强的逆变输出变压器和蓄电池而言，是能够承受电机启动时的冲击的，在需要较大启动电流的应用场合，适当加大功率器件容量以提高逆变桥的短时输出能力，不失为一种更为合理的解决方案。实际上，用于动力负载的EPS在很大程度上具有根据用户需求设计定制的特征，因而可以取得更合理的负载适应能力。总之用逆变器作为电源向电机及电机控制系统供电是及不合理的首选方案。

最为合理的方案是选用“P型”EPS产品，它是采用变频型逆变器，有效地控制了电机的V-F曲线，使起动电流得到控制，电机处于及为平滑的软起动运行。从而大大提高了EPS选配的经济性。这种方案的选用一般电机功率与EPS功率都可1s1配置。这一方案中的变频型逆变器也可选用工控领域中的通用型变频器加以二次开发。由于通用型变频器的自身市场很大，因此在EPS上选用它反而能降低EPS的制造成本。因为通用型变频器都由一些国际著名电气公司研制生产，技术成熟、先进，选材、工艺精良，具有很高的可靠性和负载能力，并且规格齐全、价格不高。多数变频器均允许直流供电运行，及易做二次开发用于“P型”EPS产品。选用适当容量的变频器，合理并巧妙地设置运行参数后可以构成可靠性很高的“P型”EPS逆变器。其缺点是：只能直接用于电动机，而不能带起他任何性质的负载。至于采用变频器构成电机专用变频驱动的EPS，其合理性更不必多说。