EPS應急電源工作原理及選型要點
                        韋德電子有限公司    陳偉環(huán)
摘要:應急電源EPS的工作原理,以及如何使用戶能夠理性的去選擇產(chǎn)品.文中詳細分析了EPS的構(gòu)造和工作原理以及帶負載時的工作特性和運行參數(shù).
關鍵詞:應急電源;EPS;應急電源工作原理;EPS特性

隨著社會的發(fā)展,建筑技術水平的不斷提高,城市的建筑趨向于大規(guī)模,高層化發(fā)展隨之而來對建筑的供電要求越來越高,社會的信息化,建筑的現(xiàn)代化,使建筑對供電的依賴也越來越大,尤其是一些重要的公共建筑,一旦中斷供電,將造成重大的政治影響或經(jīng)濟損失,如果是發(fā)生火災,后果就更不堪設想.所以現(xiàn)行的《高層民用建筑設計防火規(guī)范》及《民用建筑電氣設計規(guī)范》就有嚴格規(guī)定:“一級負荷應由兩個電源供電,當一個電源發(fā)生故障時,另一個電源不致同時受到損壞.一級負荷中特別重要的負荷,除上述兩個電源外,還必須增設應急電源,常用的應急電源有:(1)獨立于正常電源的發(fā)電機組;(2)供電網(wǎng)絡中有效地獨立于正常電源的專門供電線路;(3)蓄電池.”多年來,運行經(jīng)驗表明,電網(wǎng)供電時采用兩路獨立的電源．若主供電線路停電,則由備用才路供電,采用這種方式雖然簡單、可靠,但供電線路復雜.當發(fā)生大面積停電事故時,兩路電源均可能發(fā)生停電事故.因此,應急電源作為獨立于電網(wǎng)之外的備用電源．被廣泛應用于各種建筑工程之中.目前,應急電源包括柴油發(fā)電機組和蓄電池,近年來,含蓄電池的EPS作為應急電源,被廣泛應用,尤其是被用做消防應急電源.

1、 EPS的工作原理
應急電源采用單體逆變技術, 集充電器、蓄電池、逆變器及控制器于一體.系統(tǒng)內(nèi)部設計了電池檢測、分路檢測回路,其他主要部件的工作原理框圖如1所示








WY、WYS、WYS/B系列智能化應急電源,采用后備式運行方式.
⑴   當市電正常時,由市電經(jīng)過互投裝置給重要負載供電,同時進行市電檢測及蓄電池充電管理,然后再由電池組向逆變器提供直流能源.在這里,充電器是一個僅需向蓄電池組提供相當于10%蓄電池組容量(Ah)的充電電流的小功率直流電源,它并不具備直接向逆變器提供直流電源的能力.此時,市電經(jīng)由EPS的交流旁路和轉(zhuǎn)換開關所組成的供電系統(tǒng)向用戶的各種應急負載供電.與此同時,在EPS的邏輯控制板的調(diào)控下,逆變器停止工作處于自動關機狀態(tài).在此條件下,用戶負載實際使用的電源是來自電網(wǎng)的市電,因此,EPS應急電源也是通常說的一直工作在睡眠狀態(tài),可以有效的達到節(jié)能的效果.
⑵   當市電供電中斷或市電電壓超限(±15%或±20%額定輸入電壓)時,互投裝置將立即投切至逆變器供電,在電池組所提供的直流能源的支持下,此時,用戶負載所使用的電源是通過EPS的逆變器轉(zhuǎn)換的交流電源,而不是來自市電.
⑶   當市電電壓恢復正常工作時,EPS的控制中心發(fā)出信號對逆變器執(zhí)行自動關機操作,同時還通過它的轉(zhuǎn)換開關執(zhí)行從逆變器供電向交流旁路供電的切換操作.此后,EPS在經(jīng)交流旁路供電通路向負載提供市電的同時,還通過充電器向電池組充電.

2、 如何選配EPS
EPS通常產(chǎn)品特征分為以下三類產(chǎn)品
⑴  WY系列EPS(0.5~10KW)
WY系列EPS由單路、雙路供電輸入二類產(chǎn)品組成(輸入電壓220Vac 或380Vac,輸出電壓220Vac),適應于應急照明和事故照明的照明負載.
(2)  WYS系列EPS(2.2~400KW)
WYS系列EPS由單路、雙路供電輸入二類產(chǎn)品組成(輸入電壓380Vac,輸出電壓380Vac),除可用于應急照明、事故照明,同時也適應于消防電梯、卷簾門、風機、水泵、淋浴泵、供水泵等電感性負載或混合供電.
(3)  WYS/B系列EPS(2.2~400KW)
WYS/B系列EPS由單逆變單臺負載、單逆變單臺負載一用一備用、雙逆變單臺負載一用一備用三類產(chǎn)品組成(輸入電壓3800Vac,輸出電壓380Vac),僅為只有一路電源的消防設施或一級負荷中的電動機提供一種可變頻的三相應急電源系統(tǒng),在電源和電機之間無需任何啟動裝置就可以解決電動機的應急供電及其啟動過程中對供電設備的沖擊.適應于高層建筑的電梯、中央空調(diào)、消防水泵等電機負載.
根據(jù)產(chǎn)品所帶負載特征如何選用您所需求的EPS及其注意的要點:
2.1應急照明或事故照明用EPS(1~50KVA)
按GB17945-2000國家標準(消防應急燈具),為確保大樓的應急照明系統(tǒng)能正常運行,對EPS提出如下基本要求:
(1)  要求負責向普通應急照明燈供電EPS的供電中斷時間<5s.但對于高危險工作區(qū)及關鍵工作區(qū)的應急照明而言,則要求EPS的供電中斷時間<0.25s.
(2)  為盡可能的利用市電,當市電電壓在187~242V(220V,-15%,+10%)的范圍內(nèi)不允許EPS進入逆變器供電狀態(tài).
(3)  要求EPS配置足夠容量的電池組,以便在市電供電中斷時,至少確保應急照明燈可以繼續(xù)工作90min以上.
(4)  EPS中的充電器對電池組的最長充電時間小于24H,最大充電電流小于0.4C(A)
在市電供電正常時,EPS是通過它的交流旁路向負載供電.原則上,它可以帶具有各種不同功率因數(shù)的負載.然而.在市電供電中斷或市電電壓或頻率超限時,則是有EPS中的逆變器來供電的.在此條件下,EPS的帶載能力不僅需要考慮逆變器在不同功率因數(shù)值負載時的降額度輸出特性.而且,還需要根據(jù)所使用的應急照明燈具的不同來選配EPS的輸出功率和機型.在選配EPS時應注意以下幾個問題:
(1) 普通的應急照明燈具.由于應急照明的功耗是用有功功率P(KW)來標注的,而EPS逆變器的輸出功率是用功率因數(shù)cosφ=0.8(滯后)時的視在功率S(KVA)來標注的.所以,實際選用EPS的滿載輸出功率應為:S=P/0.8.
(2) 應急照明燈具為熒光燈時,所選用的EPS滿載輸出功率應為S=(1.3~1.5)P/0.8.其原因是熒光燈啟動時存在較大的”啟動浪涌”電流.
(3) 應急照明燈具為高壓氣體燈時(例:高壓鈉燈,高壓鈀燈等),宜選用切換時間小于20ms的EPS產(chǎn)品.這是因為.如果對高壓氣體燈的供電中斷時間超過20ms時,就有可能致使氣體燈中的放電電弧”熄滅或中斷”.一旦發(fā)生放電電弧中斷現(xiàn)象,即使馬上恢復供電也可能導致長達數(shù)分鐘的燈具熄滅現(xiàn)象發(fā)生.這因為它需要足夠長時間來重新預熱高壓氣體燈中燈絲的緣故.顯然,對于大型體育館和演出場地的照明系統(tǒng)來說,是不允許出現(xiàn)這種故障的.
2.2  應急照明+電動機混合型負載用EPS (三相,5~400KVA )
為了正確的選用EPS的輸出功率,應首先分別統(tǒng)計電阻性照明負載與電感性機電負載的比例.對于電機負載而言,因用戶所選的機型及工作方式的不同,它的啟動電流可能高達5~10倍額定工作電流.為確保電機及EPS本身的安全運行,對這部分電機負載而言,不僅要求所選的EPS輸出功率應為6倍以上的電機標稱功率.而且,還宜選用其切換時間小于15ms的EPS機型.
2.3 帶電機負載的EPS
(1) 采用電機”硬啟動:工作方式,對于這種EPS輸出功率的選用方案同22所述.采用這種方案的優(yōu)點是:不管在市電供電中斷時還是在市電恢復正常工作時,EPS均可確保電機的連續(xù)運行.其缺點是:需選用大功率的EPS,成本較高.
(2) 選用帶變頻啟動功能的電機專用型EPS
市電供電正常時,經(jīng)交流旁路和轉(zhuǎn)換開關向電機負載供電.與此同時,市電還經(jīng)充電器向電池組充電.當市電供電中斷時,為確保EPS的安全運行,希望他執(zhí)行”延時切換”操作,以便讓電機徹底停止轉(zhuǎn)動后再啟動變頻器,由它對后接電機執(zhí)行從0~220Hz的頻率逐漸增高的變頻啟動的操作(啟動時間為幾秒鐘).采用變頻啟動方案帶來的好處是:
① 防止在EPS與處于”慣性運動狀態(tài)”下的電機所產(chǎn)生的自激勵電源處于互相”非同步入鎖”狀態(tài)而產(chǎn)生的鼓掌隱患;
② 可以降低EPS的輸出功率和降低投資成本.此時,EPS的輸出功率只需選取1.2~1.4倍電機的額定功率就可滿足要求.
   其缺點是:
① 要求用戶的電機負載首先停機,然后在滿速”變頻啟動”,從而造成電機負載工作的”不連續(xù)性”
② 如果后接的幾臺電機需要在不同的時刻進行”分時啟動”操作時,可能會遇到這樣的技術難題:在啟動處于靜止狀態(tài)的電機時,若EPS的輸出功率足夠大它可能承受5~10倍的電機啟動浪涌電流的沖擊.否則,就會迫使EPS重新進入新一輪的”變頻啟動”工作狀態(tài).由此帶來的問題之一是:原來處于正常工作轉(zhuǎn)速的電機,會再次轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)速由0~50Hz的變速啟動階段,從而給用戶的工作帶來麻煩.






















3.EPS技術參數(shù)
型   號 WY系列0.6~10KW
輸入 電壓 單相220VAC+25%
相數(shù) 單相
頻率 50HZ+5%
輸出 容量 2.2~160KW
電壓 220V+3%
波形 正弦波
頻率 50HZ+0.5%
過載能力 負載120%能正常工作;150%時≥60秒
轉(zhuǎn)換時間 ≤0.1S
電池 密閉式免維護鉛酸電池
備用時間 90min(特殊要求可按用戶需求配置)
保護 電池保護、過載、欠壓、過流、短路保護、過溫保護
狀態(tài)顯示 大屏幕LCD、LED運行狀態(tài)顯示
綜合效率 ≥95%
運行環(huán)境 海拔:≤2000m,  濕度:0-90%,    溫度:-20℃-45℃,
適應負載 適應感性負載和混合負載
噪音 正常狀態(tài): ≤45db;   應急狀態(tài):≤50db
冷卻方式 風冷
開門方式 前門單開,后門雙開
進出線方式 按用戶要求
WY系列技術參數(shù)
WYS、WYS\B系列技術參數(shù)
型   號 WYS/(B)-系列2.2~400KW
輸入 電壓 三相380VAC+25%
相數(shù) 三相四線+PE
頻率 50HZ+5%
輸出 容量 2.2~400KW
電壓 380V+3%
波形 正弦波(阻性)
頻率 正常狀態(tài):與市電一致
應急輸出:50HZ+0.5%或B系列PWM波(0~220 Hz變頻)
過載能力 負載120%能正常工作;150%時≥60秒
轉(zhuǎn)換時間 ≤0.1S
電池 密閉式免維護鉛酸電池
備用時間 90min(特殊要求可按用戶需求配置)
保護 電池保護、過載、欠壓、過流、短路保護、過溫保護
狀態(tài)顯示 大屏幕LCD、LED運行狀態(tài)顯示
綜合效率 ≥95%
運行環(huán)境 海拔:≤2000m,  濕度:0-90%,    溫度:-20℃-45℃,
適應負載 適應感性負載和混合負載
噪音 正常狀態(tài): ≤45db;   應急狀態(tài):≤50db
冷卻方式 風冷
開門方式 前門單開,后門雙開
進出線方式 按用戶要求
產(chǎn)品外形尺寸
型號 輸入功率(KW) 主機尺寸(mm)寬×深×高 配置電池柜(個)
WY-0.6~1KW 0.6、1 625×215×800 電池在主機柜內(nèi)
WY-1.5~2KW 1.5、2 625×215×1000 電池在主機柜內(nèi)
WY-3~4KW 3、4 750×400×1500 電池在主機柜內(nèi)
WY-5~6KW 5、6 750×400×1750 電池在主機柜內(nèi)
WY-7~10KW 7、8、9、10 800×600×2200 電池在主機柜內(nèi)
WYS/(B)-2.2~3.7KW 2.2、3.7 750×400×1500 電池在主機柜內(nèi)
WYS/(B)-5.5KW 5.5 750×400×1750 電池在主機柜內(nèi)
WYS/(B)- 7.5~11KW 7.5、11 800×600×2200 電池在主機柜內(nèi)
WYS/(B)- 15~30KW 15、18.5、22、30 800×600×2200 800×600×2200
WYS/(B)- 37KW 37 800×600×2200 800×600×2200×2
WYS/(B)- 45KW 45 800×600×2200 800×600×2200×3
WYS/(B)- 55KW 55 800×600×2200 800×600×2200×4
WYS/(B)- 75~93KW 75、93 800×800×2200 800×600×2200×5
WYS/(B)- 110KW 110 800×600×2200×2 800×600×2200×5
WYS/(B)- 132KW 132 800×600×2200×2 800×600×2200×6

4.EPS工程設計要點
◆WY系列WYS系列用于帶應急照明負載時:
■當負載為電子鎮(zhèn)流器日光燈,EPS容量 = 電子鎮(zhèn)流器日光燈功率和×1.1倍
■當負載為電感鎮(zhèn)流器日光燈,EPS容量 = 電感鎮(zhèn)流器日光燈功率×1.5倍
■當負載為金屬鹵化物燈或金屬鈉燈,EPS容量 = 金屬鹵化物或金屬鈉燈總和×1.6倍
◆帶混合負載時,EPS容量的計算方法:
■當EPS帶多臺電動機且都同時啟動時EPS容量 = 帶變頻啟動電動機功率之和+帶軟啟動電動機功率之和×2.5倍+帶星三角電機之和×3倍+直接啟動電動機之和×5倍
■當EPS帶多臺電動機且分別單臺啟動時(不是同時啟動EPS容量=各個電動機功率之和,條件是
1)直接啟動的最大的單臺電動機功率是EPS容量的1/7
2)星三角啟動的最大的單臺電動機功率是EPS容量的1/4
3)軟啟動的最大單臺電動機是EPS容量的1/3
4)變頻啟動的最大單臺電動機功率不大于EPS容量
■當用WYS系列EPS帶混合負載時EPS容量 = 所有負載總功率之和,但必須滿足以下條件,若不滿足,則按其中最大的容量來確定EPS的容量.
1)負載中直接同時啟動的電動機功率之和是EPS容量的1/7
2)負載中星三角同時啟動的電動機功率之和是EPS容量的1/4
3)負載中有軟啟動的電動機是功率之和是EPS容量的1/3
4)負載中有變頻器啟動同時啟動的電動機功率之和不大于EPS容量.
5)同時啟動的電動機當量功率之和不大于EPS容量電動機功率當量 = 直接且同時啟動電動機總功率之和×5倍 = 星三角且同時啟動電動機功率之和×3倍 = 軟啟動同時啟動電動機功率之和×2.5倍+變頻且同時啟動電動機功率之和.若電動機前后啟動時間機差大于1分鐘均不為同時啟動.
6)同時啟動的所有負載(含非電動機負載)的當量功率之和不大于EPS容量.同時啟動的所有負載功率之和 = 同時啟動的非電動機負載總功率×功率因數(shù)+電動機當量功率.
◆用WYS/B系列帶負載時,EPS容量計算方法:
EPS容量 = 所帶電動機功率容量.

EPS容量與負載配比的要求
負載類型 EPS選型要求
風機水泵 1、有變頻啟動風機水泵,總?cè)萘窟x配比為1:12、負載有星三角降壓啟動器,選配比為3:13無任何降壓、變頻措施啟動,選配比為5:14、適用負載為排風機、進風機、消防泵、噴淋泵等
電梯 有變頻啟動的電梯拖動總?cè)萘颗cEPS的選配比為1:1
卷簾門 1、卷簾門運行時間短,配電電池小于30min2、卷簾門在實際使用中不需要同時啟動,因此卷簾門電機容量與EPS容量的選配比為1:1
混合 1、若電機均有變頻啟動功能,則各負載總?cè)萘靠偤团cEPS容量的選配比為1:12、若最大單臺電機的容量小于各類負載總?cè)萘康?/7,不論其有無變頻啟動功能,EPS容量與負載容量的選配比為1:13、無變頻啟動功能時,EPS的容量等于3倍電機負載總?cè)萘颗c其它同時工作的各類負載總?cè)萘恐?
5.定貨須知
●輸入路數(shù)(雙路或單路)
◆輸入相數(shù)(單相或三相)
◆負載總?cè)萘?一臺EPS的負載總?cè)萘?
◆負載種類(照明用或動力用,負載)
◆應急備用時間(EPS應急供電時間)
◆輸出支路數(shù)(要求輸出多少回路)
◆是否要求有消防聯(lián)動及支路數(shù)
◆進出線位置與方式及進出線尺寸
◆其他要求


6 結(jié)語
隨著社會的進步和發(fā)展,環(huán)境要求的不斷提高,消防意識也越來越被人們重視.EPS以其特有的優(yōu)越性將被人們認識和采用,在一個工程中,它可以靈活的運用在消防供電回路末端、個別重要場合等多種情況.在選擇應急電源上,不再只局限于柴油發(fā)電機了,因為它們各自的特點分別適用于不同的工程,這將為整個社會的安全提供更有力的保障.

參考文獻
1  《民用建筑電氣設計規(guī)范》 中國計劃出版社,1993
2 GB17945-2000國家標準(消防應急燈具)
3 《應急電源用的EPS和UPS》 李成章
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