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典型电子电源产品——原理与应用(八)

应急电源(EPS)的工作方式及功能要求(上)

来源:机房360 作者:李 波(供稿) 张乃国(改编) 更新时间:2013-9-29 10:41:53

摘要:设备处于“自动”运行状态时,如果市电输入正常, KM1、KM3吸合,直接输出市电;同时,市电经充电器对蓄电池组充电,此时逆变器不工作。当市电中断或异常时,逆变器启动,同时控制KM1断开、KM2吸合,电池组的直流电经过逆变器变换为交流电应急输出供给负载。


  这类负载是EPS最常见的负载,消防应急灯具包括疏散标志灯、应急照明灯等,灯具的种类为白炽灯、荧光灯、电致发光灯等。由于这些灯具能很快地启动且使用这些灯具的场合短时间的断电是安全的,因此应急电源能满足≤5s的标准要求即可。在一些重要场合如手术室、大型商场等,由于供电中断时间若达到5s可能会造成较严重的后果,一般是不能接受的,所以对转换时间的要求高一些,因此应急电源切换时间需满足≤0.25s的标准要求。

  (2)消防泵等电机类负载

  目前可以带电机类负载的EPS有两种:三相普通、三相动力。区别在于三相普通型可以带各种负载,而三相动力型可以变频启动,输出为高频PWM波,只能带电机类负载。由于GB17945-2000是针对消防应急灯具的,因此对带电机类负载时的切换时间没有规定,但从电机类负载本身的特性考虑,由于电机断电时间越长,其转速降落越多,启动电流就会越大。因此切换时间应尽量短。应急电源切换时间应尽量满足≤0.25s的标准要求。

  (3)特殊的灯具负载

  随着EPS应用的推广,其应用场合越来越多。其中一个重要的应用场合就是大型体育场馆的照明,这类场所的照明一般使用高强度放电灯(汞灯、钠灯、金属卤化物灯),由于这类灯具在市电中断后再重新启动时需要比冷态下更高的启辉电压,所以若出现市电中断的情况,这些灯具需要冷却后才能重新点燃(大约10min),这将会造成严重的后果,因此这类灯具对市电中断时间有较高的要求,根据实际测试,这类灯具允许的断电时间≤5ms,因此应急电源切换时间需满足≤5ms的要求,才能保证市电中断时此类灯具的正常工作。

  3.2 EPS的工作方式

  (1)冷后备方式(≤5s的电路实现方式)

  所谓冷后备方式是指平时由市电供电,逆变器处于直流母线带电的待机状态,当市电中断后启动逆变器的工作方式。这也是目前EPS最常用的工作方式。这种方式下的切换时间最长,但由于检测时间及继电器转换时间均为毫秒级且逆变器软启动时间有3s时间足够,因此这种方式下的切换时间是完全可以达到标准规定的(≤5s)。

  在冷后备方式下,可以通过缩短转换时间和检测时间及逆变器启动时间来缩短整个的切换时间。检测时间可以通过快速检测电路减小至10ms,而启动时间不能减少太多,因为过快启动将带来诸如变压器偏磁及冲击问题,将会对逆变器造成威胁。实验证明启动时间缩短至几百毫秒是合理的,不会造成上述问题。因此冷后备方式下总切换时间可以缩短至几百毫秒。

  (2)热后备方式(≤0.25s的电路实现方式)

  热后备方式是指应急电源平时由市电供电,逆变器处于空载运行状态,当市电中断后切换至逆变器的工作方式。这种方式下由于减掉了逆变器的启动时间,只包含检测时间和继电器的转接时间,因此可以做到≤0.25s。但是,这种工作方式下逆变器一直处于空载运行状态,将损耗一些电能。

  (3)热后备+静态旁路方式(≤5ms的电路实现方式)

  参见图6-4,热后备方式加静态旁路是指平时由市电供电,逆变器处于空载运行状态,当市电中断时先由静态旁路开关切换至逆变器然后待继电器转接完毕后再退出静态开关的工作方式。这种方式下由于没有逆变器的启动时间及继电器的转换时间(因为静态旁路的开通时间为微秒量级),因此只包含检测时间,总的切换时间可以作到几毫秒。这种方式需要加静态旁路开关,相应的要增加成本。在市电恢复时,由于市电和逆变电压同时存在,因此可以实现从逆变到市电的零切换,但要注意电路设计中要保证逆变与市电电压的锁相及幅度跟踪,避免出现较大的环流损坏逆变器。


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