EPS應(yīng)急電源工作原理及選型要點(diǎn)
                        韋德電子有限公司    陳偉環(huán)
摘要:應(yīng)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(xì)分析了EPS的構(gòu)造和工作原理以及帶負(fù)載時(shí)的工作特性和運(yùn)行參數(shù).
關(guān)鍵詞:應(yīng)急電源;EPS;應(yīng)急電源工作原理;EPS特性

隨著社會(huì)的發(fā)展,建筑技術(shù)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(duì)建筑的供電要求越來越高,社會(huì)的信息化,建筑的現(xiàn)代化,使建筑對(duì)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(jì)損失,如果是發(fā)生火災(zāi),后果就更不堪設(shè)想.所以現(xiàn)行的《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》及《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》就有嚴(yán)格規(guī)定:“一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由兩個(gè)電源供電,當(dāng)一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí),另一個(gè)電源不致同時(shí)受到損壞.一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷,除上述兩個(gè)電源外,還必須增設(shè)應(yīng)急電源,常用的應(yīng)急電源有:(1)獨(dú)立于正常電源的發(fā)電機(jī)組;(2)供電網(wǎng)絡(luò)中有效地獨(dú)立于正常電源的專門供電線路;(3)蓄電池.”多年來,運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,電網(wǎng)供電時(shí)采用兩路獨(dú)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(jiǎn)單、可靠,但供電線路復(fù)雜.當(dāng)發(fā)生大面積停電事故時(shí),兩路電源均可能發(fā)生停電事故.因此,應(yīng)急電源作為獨(dú)立于電網(wǎng)之外的備用電源．被廣泛應(yīng)用于各種建筑工程之中.目前,應(yīng)急電源包括柴油發(fā)電機(jī)組和蓄電池,近年來,含蓄電池的EPS作為應(yīng)急電源,被廣泛應(yīng)用,尤其是被用做消防應(yīng)急電源.

1、 EPS的工作原理
應(yīng)急電源采用單體逆變技術(shù), 集充電器、蓄電池、逆變器及控制器于一體.系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計(jì)了電池檢測(cè)、分路檢測(cè)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(yīng)急電源,采用后備式運(yùn)行方式.
⑴   當(dāng)市電正常時(shí),由市電經(jīng)過互投裝置給重要負(fù)載供電,同時(shí)進(jìn)行市電檢測(cè)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(gè)僅需向蓄電池組提供相當(dāng)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(shí),市電經(jīng)由EPS的交流旁路和轉(zhuǎn)換開關(guān)所組成的供電系統(tǒng)向用戶的各種應(yīng)急負(fù)載供電.與此同時(shí),在EPS的邏輯控制板的調(diào)控下,逆變器停止工作處于自動(dòng)關(guān)機(jī)狀態(tài).在此條件下,用戶負(fù)載實(shí)際使用的電源是來自電網(wǎng)的市電,因此,EPS應(yīng)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(dá)到節(jié)能的效果.
⑵   當(dāng)市電供電中斷或市電電壓超限(±15%或±20%額定輸入電壓)時(shí),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(shí),用戶負(fù)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(dāng)市電電壓恢復(fù)正常工作時(shí),EPS的控制中心發(fā)出信號(hào)對(duì)逆變器執(zhí)行自動(dòng)關(guān)機(jī)操作,同時(shí)還通過它的轉(zhuǎn)換開關(guān)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(fù)載提供市電的同時(shí),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(yīng)于應(yīng)急照明和事故照明的照明負(fù)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(yīng)急照明、事故照明,同時(shí)也適應(yīng)于消防電梯、卷簾門、風(fēng)機(jī)、水泵、淋浴泵、供水泵等電感性負(fù)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(tái)負(fù)載、單逆變單臺(tái)負(fù)載一用一備用、雙逆變單臺(tái)負(fù)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(shè)施或一級(jí)負(fù)荷中的電動(dòng)機(jī)提供一種可變頻的三相應(yīng)急電源系統(tǒng),在電源和電機(jī)之間無需任何啟動(dòng)裝置就可以解決電動(dòng)機(jī)的應(yīng)急供電及其啟動(dòng)過程中對(duì)供電設(shè)備的沖擊.適應(yīng)于高層建筑的電梯、中央空調(diào)、消防水泵等電機(jī)負(fù)載.
根據(jù)產(chǎn)品所帶負(fù)載特征如何選用您所需求的EPS及其注意的要點(diǎn):
2.1應(yīng)急照明或事故照明用EPS(1~50KVA)
按GB17945-2000國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(消防應(yīng)急燈具),為確保大樓的應(yīng)急照明系統(tǒng)能正常運(yùn)行,對(duì)EPS提出如下基本要求:
(1)  要求負(fù)責(zé)向普通應(yīng)急照明燈供電EPS的供電中斷時(shí)間<5s.但對(duì)于高危險(xiǎn)工作區(qū)及關(guān)鍵工作區(qū)的應(yīng)急照明而言,則要求EPS的供電中斷時(shí)間<0.25s.
(2)  為盡可能的利用市電,當(dāng)市電電壓在187~242V(220V,-15%,+10%)的范圍內(nèi)不允許EPS進(jìn)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(shí),至少確保應(yīng)急照明燈可以繼續(xù)工作90min以上.
(4)  EPS中的充電器對(duì)電池組的最長(zhǎng)充電時(shí)間小于24H,最大充電電流小于0.4C(A)
在市電供電正常時(shí),EPS是通過它的交流旁路向負(fù)載供電.原則上,它可以帶具有各種不同功率因數(shù)的負(fù)載.然而.在市電供電中斷或市電電壓或頻率超限時(shí),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(fù)載時(shí)的降額度輸出特性.而且,還需要根據(jù)所使用的應(yīng)急照明燈具的不同來選配EPS的輸出功率和機(jī)型.在選配EPS時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題:
(1) 普通的應(yīng)急照明燈具.由于應(yīng)急照明的功耗是用有功功率P(KW)來標(biāo)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(shí)的視在功率S(KVA)來標(biāo)注的.所以,實(shí)際選用EPS的滿載輸出功率應(yīng)為:S=P/0.8.
(2) 應(yīng)急照明燈具為熒光燈時(shí),所選用的EPS滿載輸出功率應(yīng)為S=(1.3~1.5)P/0.8.其原因是熒光燈啟動(dòng)時(shí)存在較大的”啟動(dòng)浪涌”電流.
(3) 應(yīng)急照明燈具為高壓氣體燈時(shí)(例:高壓鈉燈,高壓鈀燈等),宜選用切換時(shí)間小于20ms的EPS產(chǎn)品.這是因?yàn)?如果對(duì)高壓氣體燈的供電中斷時(shí)間超過20ms時(shí),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(fù)供電也可能導(dǎo)致長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘的燈具熄滅現(xiàn)象發(fā)生.這因?yàn)樗枰銐蜷L(zhǎng)時(shí)間來重新預(yù)熱高壓氣體燈中燈絲的緣故.顯然,對(duì)于大型體育館和演出場(chǎng)地的照明系統(tǒng)來說,是不允許出現(xiàn)這種故障的.
2.2  應(yīng)急照明+電動(dòng)機(jī)混合型負(fù)載用EPS (三相,5~400KVA )
為了正確的選用EPS的輸出功率,應(yīng)首先分別統(tǒng)計(jì)電阻性照明負(fù)載與電感性機(jī)電負(fù)載的比例.對(duì)于電機(jī)負(fù)載而言,因用戶所選的機(jī)型及工作方式的不同,它的啟動(dòng)電流可能高達(dá)5~10倍額定工作電流.為確保電機(jī)及EPS本身的安全運(yùn)行,對(duì)這部分電機(jī)負(fù)載而言,不僅要求所選的EPS輸出功率應(yīng)為6倍以上的電機(jī)標(biāo)稱功率.而且,還宜選用其切換時(shí)間小于15ms的EPS機(jī)型.
2.3 帶電機(jī)負(fù)載的EPS
(1) 采用電機(jī)”硬啟動(dòng):工作方式,對(duì)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(diǎn)是:不管在市電供電中斷時(shí)還是在市電恢復(fù)正常工作時(shí),EPS均可確保電機(jī)的連續(xù)運(yùn)行.其缺點(diǎn)是:需選用大功率的EPS,成本較高.
(2) 選用帶變頻啟動(dòng)功能的電機(jī)專用型EPS
市電供電正常時(shí),經(jīng)交流旁路和轉(zhuǎn)換開關(guān)向電機(jī)負(fù)載供電.與此同時(shí),市電還經(jīng)充電器向電池組充電.當(dāng)市電供電中斷時(shí),為確保EPS的安全運(yùn)行,希望他執(zhí)行”延時(shí)切換”操作,以便讓電機(jī)徹底停止轉(zhuǎn)動(dòng)后再啟動(dòng)變頻器,由它對(duì)后接電機(jī)執(zhí)行從0~220Hz的頻率逐漸增高的變頻啟動(dòng)的操作(啟動(dòng)時(shí)間為幾秒鐘).采用變頻啟動(dòng)方案帶來的好處是:
① 防止在EPS與處于”慣性運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”下的電機(jī)所產(chǎn)生的自激勵(lì)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(shí),EPS的輸出功率只需選取1.2~1.4倍電機(jī)的額定功率就可滿足要求.
   其缺點(diǎn)是:
① 要求用戶的電機(jī)負(fù)載首先停機(jī),然后在滿速”變頻啟動(dòng)”,從而造成電機(jī)負(fù)載工作的”不連續(xù)性”
② 如果后接的幾臺(tái)電機(jī)需要在不同的時(shí)刻進(jìn)行”分時(shí)啟動(dòng)”操作時(shí),可能會(huì)遇到這樣的技術(shù)難題:在啟動(dòng)處于靜止?fàn)顟B(tài)的電機(jī)時(shí),若EPS的輸出功率足夠大它可能承受5~10倍的電機(jī)啟動(dòng)浪涌電流的沖擊.否則,就會(huì)迫使EPS重新進(jìn)入新一輪的”變頻啟動(dòng)”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(jī),會(huì)再次轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)速由0~50Hz的變速啟動(dòng)階段,從而給用戶的工作帶來麻煩.






















3.EPS技術(shù)參數(shù)
型   號(hào) 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(fù)載120%能正常工作;150%時(shí)≥60秒
轉(zhuǎn)換時(shí)間 ≤0.1S
電池 密閉式免維護(hù)鉛酸電池
備用時(shí)間 90min(特殊要求可按用戶需求配置)
保護(hù) 電池保護(hù)、過載、欠壓、過流、短路保護(hù)、過溫保護(hù)
狀態(tài)顯示 大屏幕LCD、LED運(yùn)行狀態(tài)顯示
綜合效率 ≥95%
運(yùn)行環(huán)境 海拔:≤2000m,  濕度:0-90%,    溫度:-20℃-45℃,
適應(yīng)負(fù)載 適應(yīng)感性負(fù)載和混合負(fù)載
噪音 正常狀態(tài): ≤45db;   應(yīng)急狀態(tài):≤50db
冷卻方式 風(fēng)冷
開門方式 前門單開,后門雙開
進(jìn)出線方式 按用戶要求
WY系列技術(shù)參數(shù)
WYS、WYS\B系列技術(shù)參數(shù)
型   號(hào) 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(yīng)急輸出:50HZ+0.5%或B系列PWM波(0~220 Hz變頻)
過載能力 負(fù)載120%能正常工作;150%時(shí)≥60秒
轉(zhuǎn)換時(shí)間 ≤0.1S
電池 密閉式免維護(hù)鉛酸電池
備用時(shí)間 90min(特殊要求可按用戶需求配置)
保護(hù) 電池保護(hù)、過載、欠壓、過流、短路保護(hù)、過溫保護(hù)
狀態(tài)顯示 大屏幕LCD、LED運(yùn)行狀態(tài)顯示
綜合效率 ≥95%
運(yùn)行環(huán)境 海拔:≤2000m,  濕度:0-90%,    溫度:-20℃-45℃,
適應(yīng)負(fù)載 適應(yīng)感性負(fù)載和混合負(fù)載
噪音 正常狀態(tài): ≤45db;   應(yīng)急狀態(tài):≤50db
冷卻方式 風(fēng)冷
開門方式 前門單開,后門雙開
進(jìn)出線方式 按用戶要求
產(chǎn)品外形尺寸
型號(hào) 輸入功率(KW) 主機(jī)尺寸(mm)寬×深×高 配置電池柜(個(gè))
WY-0.6~1KW 0.6、1 625×215×800 電池在主機(jī)柜內(nèi)
WY-1.5~2KW 1.5、2 625×215×1000 電池在主機(jī)柜內(nèi)
WY-3~4KW 3、4 750×400×1500 電池在主機(jī)柜內(nèi)
WY-5~6KW 5、6 750×400×1750 電池在主機(jī)柜內(nèi)
WY-7~10KW 7、8、9、10 800×600×2200 電池在主機(jī)柜內(nèi)
WYS/(B)-2.2~3.7KW 2.2、3.7 750×400×1500 電池在主機(jī)柜內(nèi)
WYS/(B)-5.5KW 5.5 750×400×1750 電池在主機(jī)柜內(nèi)
WYS/(B)- 7.5~11KW 7.5、11 800×600×2200 電池在主機(jī)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(shè)計(jì)要點(diǎn)
◆WY系列WYS系列用于帶應(yīng)急照明負(fù)載時(shí):
■當(dāng)負(fù)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(dāng)負(fù)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(dāng)負(fù)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(fù)載時(shí),EPS容量的計(jì)算方法:
■當(dāng)EPS帶多臺(tái)電動(dòng)機(jī)且都同時(shí)啟動(dòng)時(shí)EPS容量 = 帶變頻啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率之和+帶軟啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率之和×2.5倍+帶星三角電機(jī)之和×3倍+直接啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)之和×5倍
■當(dāng)EPS帶多臺(tái)電動(dòng)機(jī)且分別單臺(tái)啟動(dòng)時(shí)(不是同時(shí)啟動(dòng)EPS容量=各個(gè)電動(dòng)機(jī)功率之和,條件是
1)直接啟動(dòng)的最大的單臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率是EPS容量的1/7
2)星三角啟動(dòng)的最大的單臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率是EPS容量的1/4
3)軟啟動(dòng)的最大單臺(tái)電動(dòng)機(jī)是EPS容量的1/3
4)變頻啟動(dòng)的最大單臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率不大于EPS容量
■當(dāng)用WYS系列EPS帶混合負(fù)載時(shí)EPS容量 = 所有負(fù)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(fù)載中直接同時(shí)啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)功率之和是EPS容量的1/7
2)負(fù)載中星三角同時(shí)啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)功率之和是EPS容量的1/4
3)負(fù)載中有軟啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)是功率之和是EPS容量的1/3
4)負(fù)載中有變頻器啟動(dòng)同時(shí)啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)功率之和不大于EPS容量.
5)同時(shí)啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)當(dāng)量功率之和不大于EPS容量電動(dòng)機(jī)功率當(dāng)量 = 直接且同時(shí)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)總功率之和×5倍 = 星三角且同時(shí)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率之和×3倍 = 軟啟動(dòng)同時(shí)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率之和×2.5倍+變頻且同時(shí)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率之和.若電動(dòng)機(jī)前后啟動(dòng)時(shí)間機(jī)差大于1分鐘均不為同時(shí)啟動(dòng).
6)同時(shí)啟動(dòng)的所有負(fù)載(含非電動(dòng)機(jī)負(fù)載)的當(dāng)量功率之和不大于EPS容量.同時(shí)啟動(dòng)的所有負(fù)載功率之和 = 同時(shí)啟動(dòng)的非電動(dòng)機(jī)負(fù)載總功率×功率因數(shù)+電動(dòng)機(jī)當(dāng)量功率.
◆用WYS/B系列帶負(fù)載時(shí),EPS容量計(jì)算方法:
EPS容量 = 所帶電動(dòng)機(jī)功率容量.

EPS容量與負(fù)載配比的要求
負(fù)載類型 EPS選型要求
風(fēng)機(jī)水泵 1、有變頻啟動(dòng)風(fēng)機(jī)水泵,總?cè)萘窟x配比為1:12、負(fù)載有星三角降壓?jiǎn)?dòng)器,選配比為3:13無任何降壓、變頻措施啟動(dòng),選配比為5:14、適用負(fù)載為排風(fēng)機(jī)、進(jìn)風(fēng)機(jī)、消防泵、噴淋泵等
電梯 有變頻啟動(dòng)的電梯拖動(dòng)總?cè)萘颗cEPS的選配比為1:1
卷簾門 1、卷簾門運(yùn)行時(shí)間短,配電電池小于30min2、卷簾門在實(shí)際使用中不需要同時(shí)啟動(dòng),因此卷簾門電機(jī)容量與EPS容量的選配比為1:1
混合 1、若電機(jī)均有變頻啟動(dòng)功能,則各負(fù)載總?cè)萘靠偤团cEPS容量的選配比為1:12、若最大單臺(tái)電機(jī)的容量小于各類負(fù)載總?cè)萘康?/7,不論其有無變頻啟動(dòng)功能,EPS容量與負(fù)載容量的選配比為1:13、無變頻啟動(dòng)功能時(shí),EPS的容量等于3倍電機(jī)負(fù)載總?cè)萘颗c其它同時(shí)工作的各類負(fù)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(fù)載總?cè)萘?一臺(tái)EPS的負(fù)載總?cè)萘?
◆負(fù)載種類(照明用或動(dòng)力用,負(fù)載)
◆應(yīng)急備用時(shí)間(EPS應(yīng)急供電時(shí)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(dòng)及支路數(shù)
◆進(jìn)出線位置與方式及進(jìn)出線尺寸
◆其他要求


6 結(jié)語
隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展,環(huán)境要求的不斷提高,消防意識(shí)也越來越被人們重視.EPS以其特有的優(yōu)越性將被人們認(rèn)識(shí)和采用,在一個(gè)工程中,它可以靈活的運(yùn)用在消防供電回路末端、個(gè)別重要場(chǎng)合等多種情況.在選擇應(yīng)急電源上,不再只局限于柴油發(fā)電機(jī)了,因?yàn)樗鼈兏髯缘奶攸c(diǎn)分別適用于不同的工程,這將為整個(gè)社會(huì)的安全提供更有力的保障.

參考文獻(xiàn)
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2 GB17945-2000國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(消防應(yīng)急燈具)
3 《應(yīng)急電源用的EPS和UPS》 李成章
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