(3)蓄电池供电的不间断电源(UPS)和应急电源(EPS)。
1. 设计概述
1.1 EPS的应用现状
目前,市面上的应急电源是在电网与电气上独立的各种电源,如柴油发电机、蓄电池。其中蓄电池式的应急电源有允许短时电源中断的应急电源装置(EPS:Emergency Power Supply)和不间断电源装置(UPS:Uninterruptable Power Supply)两种。EPS式应急电源是以CPU控制,采用强弱电一体化、高电子集成的整体模块化结构,通过逆变技术复原市电的系统。可以实现微机的自动监控和自动处理,对自动取款机、电梯、水泵、卷帘门、排烟风机等设施实现自动控制,能够适用在高层建筑、机场、医院、宾馆等重要场所,在断电的紧急情况下,成为重要负荷的第二级或第三级电源来提供电力。现在在设计EPS时,都重点考虑其安全性、可靠性、适用性及合理性。由于EPS独特的优点可成为不少重要场合的柴油发电机组或UPS的替代产品,在西方发达国家如美国、英国、德国以及亚洲的日本等国家应急电源已经得到广泛的应用[1]。
1.2 EPS与柴油发电机及UPS的比较
EPS与柴油发电机的比较:
(1)柴油发电机的优点:机容量比较大,在燃料保证充足供给的前提下,理论上可以长期供应电能。
(2)柴油发电机的缺点:①高层楼宇建筑中,柴油发电机组因自身的特点只能放在地下室,设计的难度很大,造价昂贵,还需要配备进风机、排烟机,同时还需采取减震、消音等措施;②有火灾隐患,它的油箱就像一个“炸弹”, 万一引起失火,后果将不堪设想;③日常需经常文护,因此工作量相对很大;④柴油发电机的噪音大,产生噪声污染;⑤柴油燃烧的烟中含有大量的二氧化硫,会造成污染,影响环景保护。
不管发电机的起动速度有多么的快,从断电至发电机产生稳定的电压、频率等的电力,来供电时为止,至少得需要数十秒亦或数分钟,在这段时间里,所有的用电设备得全部停止工作,这就有可能造成少数设备的损坏,或着出现生命财产的安全问题。与之相比,EPS在以上方面具有独特的优点:①在设计上相对简单,并且无需排烟、消音等特殊的措施;②用铅酸蓄电池储能,可靠并安全,几乎无火灾隐患;③可以实现智能化,日常文护简单;④噪音小,几乎没有;⑤启动速度快,一般仅要25ms的反应时间。
EPS与UPS的比较:
(1)UPS的优点:①不受市电电网的影响;②转换时间一般在10ms以内;③过流报警、过压保护、短路保护、过载保护、短路报警。
(2)UPS的缺点:①因长时间处于工作状态,自身的损耗较大,寿命短;②负载适应能力不强,不能有感性负载;③电池的更换较为频繁;④对使用环境要求很高,只能放在计算机房或空调房间里。
EPS只是在市电出现故障时才会开始逆变工作,所提供的电力品质要求比UPS要低。寿命是UPS的2.5倍,同时EPS的过载能力强。如果想要UPS能承受电动机起动电流的冲击能UPS的额定容量,这无疑将加大投资,还未必能彻底解决问题[2-4]。
1.3 设计思路
与一般的EPS电路不同,本设计的主电路采用双向PWM电路和双向DC-DC电路。当市电正常时,系统通过转换开关,由市电直接向负载供电,同时通过PWM整流电路和降压斩波电路为蓄电池供电[5,6]。当市电异常时,切断市电至负载的通道,由升压斩波电路和PWM逆变电路为负载供电[7-9]。由于采用了PWM整流电路,再加上适当的控制,可以使其输入电流非常接近正弦波,且和输入电压同相位,功率因数近似为1。这种整流电路也可以称为单位功率因数变流器,或高功率因数整流器。
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