EPS的原理特点与实际应用

EPS的逆变器一般需要具备冷启动能力（在无市电状态下依靠完全电池电力启动或不考虑自身设备的损坏），以满足“强制启动”功能要求，因此不但要在蓄电池与逆变器直流母线电容间需要加装缓冲装置，以完成母线电容的预充电，防止过大冲击电流导致器件损坏和直流输入断路器跳闸，还要求逆变器能适应较宽直流母线电压的变化。

（4） 自动切换装置与切换时间

为实现市电供电与逆变器供电之间的自动切换，EPS按国家标准必须是后备式的。为此自动切换装置是EPS中必不可少的部件，也是影响EPS可靠性的关键部件之一。根据EPS的输出容量和负载要求不同，自动切换装置可采用功率继电器、交流接触器、互投开关、固态开关（晶闸管）等构成。对EPS的切换时间要求具有多样性，例如，一般消防应急照明要求切换时间小于5s，高危险区域使用的消防应急照明要求切换时间小于0.25s，为高压气体放电灯供电时，为保证不熄辉，则要求切换时间为数毫秒量级，为风机、泵类、卷帘门、电梯等负载供电时，根据应用要求不同，切换时间也会在数毫秒等。

EPS与UPS不同，多数应用场合对切换时间并无苛刻要求，切换时间也并非越短越好，在能满足应用需求的前提下，适当慢一点切换可以在其他方面获益，例如降低损耗，减小暂态冲击，提高可靠性，避免负载可能因瞬间失电而导致工作失常等等。市电正常时EPS的逆变器一般工作于备用状态，且有冷备份与热备份两种工作方式。冷备份时，逆变器仅控制部分处于工作状态，功率部分处于加电待机状态，但不起动；热备份时，整个逆变器处于正常运转状态，但不承担负载。当逆变器热备份时，最短切换时间基本决定于所用切换装置的动作时间；而当逆变器冷备份时，最短切换时间还要受逆变器其动时间的制约。特别是容量较大的EPS，如果起动过快，逆变变压器和低通滤波器会产生很大的暂态冲击，甚至可能损坏IGBT功率器件，因此逆变器一般都具备软起动特性，且功率越大，起动越慢，大容量EPS逆变器的起动时间可达数秒之久。如果要求更快的切换时间，则只能采取热备份工作方式，此时EPS的待机损耗自然要增加许多，整机效率会较低。

至于采用何种切换装置，主要是根据对切换时间的要求而定。如果要求毫秒级的切换时间，则只能采用固态开关（晶闸管）切换，且逆变器要处于热备状态。与同容量的机械切换开关相比，固态开关（晶闸管）切换的造价要高得多，通态损耗也大得多。在对切换时间无苛刻要求的应用场合，一般采用机械切换开关进行切换，容量较小的EPS一般采用功率继电器，功率较大的EPS通常采用互锁的交流接触器或自动互投开关。与交流接触器相比，自动互投开关动作较慢，但由于互投开关具有机械自保持特性，对于不频繁的切换而言，在长期运行的可靠性方面更具优势。

用固态开关（晶闸管）实现市电与逆变器输出之间的快速切换技术已在UPS中应用多年，但也有所不同，UPS用功率继电器（或接触器）与固态开关（晶闸管）组合成一个旁路（BYPASS）切换装置的，固态开关（晶闸管）主要是做瞬间过载旁路（BYPASS）切换，靠它瞬间使逆变器与电网有个短暂的并联运行，从而获得瞬间无切换时间的供电（弥补了功率继电器或接触器的渡越时间）。关键是要实现逆变器的锁相运行和对市电即时电压的快速检测与跟踪。它并不是真真的断电切换，因这种方式均为“在线式”UPS所用，真真的断电切换工作时固态开关（晶闸管）是不参于工作的。当其用于EPS时才是固态开关（晶闸管）真真的参与断电切换，EPS均为后备式是不设旁路接触器的。就是处于在市电正常、逆变器也正常运转的情况下，即使是进行不间断的切换，在技术上也是可以做到的，但实际情况是，切换需要在市电突然发生中断或故障时进行，因市电中断或故障的发生时刻是随机的和非预知的，检测确认市电故障需要时间，此时的切换时间不可能小于检测、确认市电故障需要的时间。为防止各种电源干扰导致误动作，检测时间不能太短。实践证明，当检测时间小于2ms时，其检测可靠性会明显下降。因此小于2ms的切换时间是不可取的。

在EPS的各种负载中，对切换时间要求最苛刻的应当是高压气体放电灯。尽管这种灯具不允许用于消防应急照明，但由于其高强度、高效率，在许多大型场馆中都有应用。由于此种灯具一旦熄辉，需要冷却后方能重新启动，为保证照明不发生中断，为其供电的EPS必须具备快速切换能力。根据对多种高压气体放电灯产品的测试，如果不采取适当的续流措施，5ms的电力中断即可能导致熄辉，个别产品甚至3ms电力中断就会熄辉。

而对于某些电梯类负载，毫秒级的切换显然不是必要的，但切换时的瞬间失电可能导致电梯控制系统进入保护状态。此种情况需要通过EPS控制系统的延时适当增加切换时间，方可保证电梯在应急供电后继续正常运行。

在有些应用场合，为了取得零切换，要求将EPS设计成在线运行方式，此时的EPS实际已变成了一台专用的UPS，逆变器是长带负荷工作的。

（5） 输入输出配电装置

EPS的交流输入输部分一般不像UPS那样简单，而需要根据用户要求或设计图纸加装配电开关。例如市电输入端有时需要加装双路市电自动互投开关（ATS），市电直供回路有时需要加装独立的断路器，输出回路一般需要多支路输出，每个支路都要装有独立的断路器，有时还需要加装受消防联动信号控制的消防联动输出支路等等。用户为了安装使用方便，一般均要求把EPS系统的输入输出配电开关装置等全部装于EPS产品内部，因此EPS在产品结构上需要为输入输出配电开关留有充分的拓展空间，有时甚至需要专门按用户要求进行结构设计。

（6） 电池检测装置

GB17945-2000标准要求用于消防应急照明的EPS能对其电池组中每个12V电池单元的电压进行监测，以此为参照，许多用于其他方面的EPS往往也要求提供对每个电池单元的监测功能。此时需要为EPS配置专门的电池监测装置。因每个电池单元的直流电位各不相同，检测装置需要能够对其进行隔离采样。目前常见的隔离采样方式有继电器、线性光耦、先进行A/D转换后再用光耦合器隔离传输数字信号等等。不同方式各有所长，但如果对每一电池单元分别隔离采样，系统将过于繁杂。若先将电池单元适当分组，采用分组A/D转换、数字信号光耦隔离、通过串行数据总线上传的监测方式具有硬件结构简单，安全性、可靠性高，可自动实时巡检，监测精度较高等较大优势。

目前EPS中对电池单元的检测内容一般仅限于各电池单元端电压的测试，并不能全面反映电池状态。但通过分别测试电池组充电和放电时各电池单元的端电压，可以对各电池单元的一致性做出准确的判断，如充电状态是否均衡、是否存在劣化的电池单元等等。有一些更为先进的电池状态检测方法，如内阻测试方法等，在国产EPS中的应用还比较罕见。

因对各电池单元进行检测需要将测试线连接到每个电池单元的输出端，测试线路较密集且导线较细，容易发生意外短路或漏电问题，因此应采用适当电压电流分断能力的熔断器或其他方式进行安全隔离，防止蓄电池的高能量进入测试系统，导致事故。