EPS電源的自動切換裝置與切換時間

為實現(xiàn)市電供電與逆變器供電之間的自動切換，而EPS電源按國家標(biāo)準(zhǔn)需是后備式的，因此自動切換裝置是EPS電源中必不可少的部件，也是影響EPS電源在可靠性方面的關(guān)鍵部件之一，因此易事特專門就自動切換裝置進行了下面的分析解釋。

　　根據(jù)EPS電源的輸出容量和負載要求不同，自動切換裝置可采用功率繼電器、交流接觸器、互投開關(guān)、固態(tài)開關(guān)（晶閘管）等構(gòu)成。對EPS的切換時間要求具有多樣性，比如，一般消防應(yīng)急照明要求切換時間小于5s，但是高危險區(qū)域使用的消防應(yīng)急照明要求切換時間小于0.25s，為高壓氣體放電燈供電時不熄輝，則要求切換時間為數(shù)毫秒量級，而為風(fēng)機、泵類、卷簾門、電梯等負載供電時，根據(jù)應(yīng)用要求不同，切換時間也會在數(shù)毫秒等。

　　EPS電源與UPS電源不同之處在于多數(shù)應(yīng)用場合對切換時間沒有很苛刻要求，在切換時間的要求也并不是越短越好，在能滿足應(yīng)用需求的大前提下，適當(dāng)慢一點切換可在其他方面獲益，比如可以降低損耗，減小暫態(tài)沖擊，提高可靠性等等方面，避免負載可能由于瞬間的斷電而導(dǎo)致工作失常等。市電正常時EPS電源的逆變器基本上都處于備用狀態(tài)，而且有冷備份與熱備份兩種工作方式。在冷備份時，逆變器只是控制部分處于工作狀態(tài)，功率部分處于加電待機狀態(tài)，但不起動；熱備份時，整個逆變器處于正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)，但不承擔(dān)負載。當(dāng)逆變器熱備份時，最短切換時間基本決定于所用切換裝置的動作時間；而當(dāng)逆變器冷備份時，最短切換時間還要受逆變器其動時間的制約。特別是容量較大的EPS電源，如果起動過快，逆變變壓器和低通濾波器會產(chǎn)生很大的暫態(tài)沖擊，甚至可能損壞IGBT功率器件，因此逆變器一般都具備軟起動特性，且功率越大，起動越慢，大容量EPS逆變器的起動時間可達數(shù)秒之久。如果要求更快的切換時間，則只能采取熱備份工作方式，此時EPS的待機損耗自然要增加許多，整機效率會較低。

　　至于使用哪種切換裝置，這主要是依據(jù)對切換時間的要求而定。如要求毫秒級的切換時間，那么就只能采用固態(tài)開關(guān)（晶閘管）切換，且逆變器要處于熱備狀態(tài)。與同容量的機械切換開關(guān)相比，固態(tài)開關(guān)（晶閘管）切換的造價要高得多，通態(tài)損耗也會相對比較多。在對切換時間沒有苛刻要求的應(yīng)用場合，一般采用機械切換開關(guān)進行切換，容量較小的EPS電源一般采用功率繼電器，功率較大的EPS通常采用互鎖的交流接觸器或自動互投開關(guān)。與交流接觸器相比，自動互投開關(guān)動作較慢，但由于互投開關(guān)具有機械自保持特性，對于不頻繁的切換而言，在長期運行的可靠性方面更具優(yōu)勢。

　　用固態(tài)開關(guān)（晶閘管）實現(xiàn)市電與逆變器輸出之間的快速切換技術(shù)雖在UPS電源中應(yīng)用多年，但也有所不同，UPS用功率繼電器（或接觸器）與固態(tài)開關(guān)（晶閘管）組合成一個旁路（BYPASS）切換裝置的，固態(tài)開關(guān)（晶閘管）主要是做瞬間過載旁路（BYPASS）切換，靠它瞬間使逆變器與電網(wǎng)有個短暫的并聯(lián)運行，從而獲得瞬間無切換時間的供電（彌補了功率繼電器或接觸器的渡越時間）。關(guān)鍵是要實現(xiàn)逆變器的鎖相運行和對市電即時電壓的快速檢測與跟蹤。它并不是真真的斷電切換，因這種方式均為“在線式”UPS所用，真真的斷電切換工作時固態(tài)開關(guān)（晶閘管）是不參于工作的。當(dāng)其用于EPS電源時才真正是固態(tài)開關(guān)（晶閘管）的參與斷電切換，EPS電源均為后備式是不設(shè)旁路接觸器的。就是處于在市電正常、逆變器也正常運轉(zhuǎn)的情況下，即使是進行不間斷的切換，在技術(shù)上也是可以做到的，但實際情況是，切換需要在市電突然發(fā)生中斷或故障時進行，因市電中斷或故障的發(fā)生時刻是隨機的和非預(yù)知的，檢測確認市電故障需要時間，此時的切換時間不可能小于檢測、確認市電故障需要的時間。

　　為防止各種電源干擾導(dǎo)致誤動作，檢測時間不能太短。實踐證明，當(dāng)檢測時間小于2ms時，檢測可靠性會明顯下降。因此小于2ms的切換時間是不可取。在EPS電源所應(yīng)用各類負載里，對切換時間要求最苛刻的應(yīng)當(dāng)是高壓氣體放電燈。雖然這種燈具不允許用于消防應(yīng)急照明，但由于其具有高強度、高效率的性能特點，在很多大型場館中都有應(yīng)用。但有這么一個問題，那就是這種燈具一旦熄輝，需要冷卻后方能重新啟動，為保證照明不發(fā)生中斷，EPS電源必須具備快速切換能力。根據(jù)對多種高壓氣體放電燈產(chǎn)品的測試，如果不采取適當(dāng)?shù)睦m(xù)流措施，5ms的電力中斷就有可能導(dǎo)致熄輝，個別產(chǎn)品甚至3ms電力中斷就會熄輝。而對于某些電梯類負載，毫秒級的切換顯然是沒有必要的，但切換時的瞬間中斷電源同樣有可能導(dǎo)致電梯控制系統(tǒng)進入保護狀態(tài)。此種情況需要通過EPS電源控制系統(tǒng)的延時適當(dāng)增加切換時間，才能保證電梯在應(yīng)急供電后繼續(xù)正常運行。在有些應(yīng)用場合，為了實現(xiàn)零切換，要求將EPS設(shè)計成在線運行方式，那么這時EPS電源實際就已經(jīng)變成一臺專用的UPS，逆變器是長帶負荷工作的。