EPS应急电源自动切换装置与切换时间分析

    随着EPS应急电源越来越广泛的使用，市电供电与逆变器供电之间自动切换时间作为EPS电源很重要的性能指标。其自动切换装置是EPS电源中必不可少的部件，也是影响EPS电源在可靠性方面的关键部件之一，因此柏克电源专门就自动切换装置进行了下面的分析解释。
 
    根据EPS电源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，比如，一般消防应急照明要求切换时间小于5s，但是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不熄辉，则要求切换时间为数毫秒量级，而为风机、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。柏克EPS应急电源的切换时间小于1.8ms，为行业之最。
 
    EPS电源与UPS电源不同之处在于多数应用场合对切换时间没有很苛刻要求，在切换时间的要求也并不是越短越好，在能满足应用需求的大前提下，适当慢一点切换可在其他方面获益，比如可以降低损耗，减小暂态冲击，提高可靠性等等方面，避免负载可能由于瞬间的断电而导致工作失常等。市电正常时EPS电源的逆变器基本上都处于备用状态，而且有冷备份与热备份两种工作方式。
 
    在冷备份时，逆变器只是控制部分处于工作状态，功率部分处于加电待机状态，但不启动；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电源，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。
 
    至于使用哪种切换装置，这主要是依据对切换时间的要求而定。如要求毫秒级的切换时间，那么就只能采用固态开关（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，通态损耗也会相对比较多。在对切换时间没有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电源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虽在UPS电源中应用多年，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电源时才真正是固态开关（晶闸管）的参与断电切换，EPS电源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。
 
    在EPS电源所应用各类负载里，对切换时间要求最苛刻的应当是高压气体放电灯。虽然这种灯具不允许用于消防应急照明，但由于其具有高强度、高效率的性能特点，在很多大型场馆中都有应用。但有这么一个问题，那就是这种灯具一旦熄辉，需要冷却后方能重新启动，为保证照明不发生中断，EPS电源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的电力中断就有可能导致熄辉，个别产品甚至3ms电力中断就会熄辉。而柏克EPS电源切换时间小于1.8ms,高速切换，大大降低了断电给场馆照明所来带的风险。而对于某些电梯类负载，毫秒级的切换显然是没有必要的，但切换时的瞬间中断电源同样有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电源控制系统的延时适当增加切换时间，才能保证电梯在应急供电后继续正常运行。在有些应用场合，为了实现零切换，要求将EPS设计成在线运行方式，那么这时EPS电源实际就已经变成一台专用的UPS，逆变器是长带负荷工作的。因此在选择EPS电源切换时间时，可以根据所带负载而有所偏向。
 
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