四方变频器在EPS专用变频器上的应用

一、EPS的发展趋势

EPS（Emergency Power Supply）为应急电源，作为消防设备、应急照明或其他设备在市电电压不正常时的应急电源。EPS广泛应用于工业与民用建筑等发生突然的断电事故会给正常的生产、生活造成重大的经济损失的重要供电负荷,是现代建筑安全保障设施的重要组成部分。随着社会发展，越是信息化、现代化，就越依赖于电力。突然的断电必然会给人们正常的生活秩序和学习带来影响，尤其是对于生产、生活中特别重要的负荷，一旦中断供电，将会造成重大的经济损失。然而，电力故障具有突发性，不以人们的意志为转移，即使电网设施再先进，意外的断电也在所难免。目前，城市供电系统的安全对策一般是采用并网供电，为城市电力提供可靠的电源保护。但从企业及工业、民用建筑使用情况来看，仅仅靠公用电网还远远不够，必须具备应急供电系统（EPS），其重要性是在事故发生的情况下确保提供所需的应急电力，以有效降低因为断电而造成的损失，为人们生产和生活安全提供保障。与传统的备用发电机组应急电源相比，EPS在启动速度、噪音与振动、可维护性、供电质量、过载能力、自保护特性以及环境污染方面都有明显优势。

EPS按照负载分类一般分为三种：应急照明电源、应急动力电源和照明动力混合应急电源，对应的负载分别为照明负载、电机负载（消防水泵等）和照明与电机混合负载。

二、EPS专用变频器的应用基础与工艺要求

在市电不正常时，EPS是通过内部的逆变器输出交流电拖动负载的，而变频器在EPS中正是起到了逆变器的作用。所以变频器必须满足EPS的各种要求，保证与市电相同的电源质量。

EPS通过蓄电池组为变频器供电，所以变频器的辅助电源必须为直流供电，交流输入的辅助电源不能满足EPS的需要。另外，蓄电池组的直流电压一般为500V和200V两种，市场上常见的变频器一般不能满足直流200V蓄电池组供电的需要。

同样的原理，变频器的散热风扇不能用交流风扇，变频器的软上电接触器不能用交流接触器。

由于EPS是代替市电的应急电源设备，所以EPS的输出电压质量也是很重要的一个指标，包括EPS输出电压的谐波含量、EPS输出电压的负载调整率、EPS输出电压的稳定度等。这样，要求在负载变化或蓄电池组电压在一定范围变化时，变频器输出电压变化尽量小，而且输出电压的谐波含量足够小。

在非常重要的场合，EPS需要具有强启功能，即在蓄电池组电量不足时，蓄电池组给变频器供电电压低于变频器的输入欠压点，但是变频器仍然需要正常工作，具有一定的电压电流输出能力，不允许报欠压故障。

另外，EPS的不同负载对逆变器有不同需求，主要体现为照明设备与电机两种负载。

照明负载一般指建筑物发生紧急情况时应急照明灯具，一般为金属卤素灯、钠灯等。这种负载对变频器的主要要求有两点：

1、   照明负载在冷态时阻值非常小，而热态阻值明显增大，两种状态下负载阻值差别有7-8倍，而EPS逆变器容量是按照照明负载热态阻值选定的，所以EPS给照明负载供电初期，EPS逆变器的输出电流瞬间会非常大，远远大于逆变器的额定电流，此时逆变器必须具有很好的限流功能，以避免出现过流报警而影响正常使用。

2、   照明负载中的钠灯等，如果出现电压瞬变而导致灯具熄灭后，需要2-3分钟才可以正常恢复照明，所以在市电出现异常时，EPS必须迅速将负载切换到逆变器的输出端，切换时间一般不允许超过4MS，而且逆变器的输出电压与之前市电电压瞬时值连续，否则灯具仍然会熄灭。

电机负载一般是建筑物中的消防水泵、风机以及其他设备的电动机。如果将电机直接接入供电系统，电机启动过程中需要的电流很大，一般为电机额定电流的7倍左右，对供电系统造成很大冲击，所以需要电机启动过程中，EPS输出三相变频电源，实现对电机的变频调速。

                               EPS工作原理图

      EPS专用变频器的作用即是取代了上图中的逆变电源部分。

三、四方EPS专用变频器工作特点

1. 开关电源工作电压宽、欠压范围大，可根据需要自行设定，可满足EPS国标规定的强启功能，即在低于欠压设置水平时也要输出启动。在特殊的情况下，不考虑电池的寿命影响，强行放电，直到电池不能再带动负载为止；

　　2. 自动复位间隔时间短（0.1s），照明负载时，当其中一组负载发生故障时，其他组不受影响； 

　　3. 具备电源功能，用户可在输出侧加变压器，使变频器自带稳压功能，可以自动调整输出电压，保证在蓄电池组电压在一定范围变化（例如负载发生变化或蓄电池组电量不足）时，EPS的输出电压保持不变。　　

4. 输出缺相保护可选，满足用户使用变频器同时带电机型负载和照明负载时三相电流不平衡的要求；

　　5. 将接触器和继电器动作的电压值优化，欠压时接触器断开，高于欠压值80V±5V时吸合，以保证上电不跳闸。 

6. 辅助电源，散热风扇，软上电接触器采用直流器件，使用直流供电。

四、四方EPS专用变频器的原理和使用方法

  1.故障继电器吸合延时  设定0.0-100.0S 

    故障继电器断开延时  设定0.0-100.0S

  2.直流欠压点可调，出厂默认值可以设定为442V，当直流欠压时立刻停机。

  3.强行放电功能。当现场需要时，给出一个信号后，要求忽略欠压问题，电池组强行放电，直到电池电源用光。

  4.停电再启动。停电再上电后，变频器的启动加速时间为0.1S。

  5.软启动。在直流供电时，需要经过充电电阻，避免直流高电压直接加在电容两端。

  6.输入缺相保护功能。要求当直流输入时，屏蔽掉输入缺相保护功能。

  7.当在输出的任意两相之间短接电容时，要求故障报警停机，但是不能炸机或者坏机。

  8.工频与EPS直流供电切换时间要求。使用方案是负载在工频市电与变频器输出之间进行切换，要求在零点几秒的时间内变频器输出由0赫兹加速到50赫兹。此功能在照明负载中使用。可考虑使用同步卡。

四方EPS专用变频器应用方案：

1.将直流电源直接接入到变频器交流输入端子R,S,T的任意两端，并在R,S,T端子与直流电源之间接一个二极管防止反冲。

2.使用一个电路互投装置，通过一个开关来实现EPS专用变频器外围电路的交直流电源切换。

五、四方EPS专用变频器特点

1.F3.16定义为直流母线欠压报警延迟时间，参数设置范围：0.0-20.0S。

2.F3.0-F3.5=27多功能端子功能定义为强启功能，即强行放电功能。

3.无论什么情况下，直流母线低于300V立刻报POFF。

4.运行中，在延迟报警时间段内，变频器做减速运行，最后频率降低到零频并维持，直到延迟时间到而报警POFF停止。

5.强行放电时，忽略欠压报警，电压过低不进行减速处理。

6.F3.8设置为19，表示直流欠压报警，欠压时，TA,TC吸合，否则断开。        

EPS专用变频器测试参数设置：

1.F3.16=6S（欠压报警延迟时间）  

2.FC.0=360V（欠压报警水平设置）

3.F3.0=27（X1端子启用强启功能）  

4.F0.4=1（运行命令通道选择外部端子）

5.其余参数采取默认值       

六、四方EPS专用变频器改造方案

    四方EPS专用变频器在浙江某EPS设备生产公司应用，使用结果如下：

1.变频器电源在交流和直流之间来回切换，直流母线电压也来回变化，只要不低于欠压报警水平，则可正常工作。

2.欠压报警延时。当低于FC.0开始计时，达到F3.16的时间后报警POFF，且同时TA,TC吸合。当大于FC.0设置电压时并且在F3.16设定的时间之内，计时清零，不报警。当大于FC.0+40V时，且维持2S后，变频器吸合，输出频率从零开始增加到设定频率。（此为上电自启动功能，可在F0.6功能参数设置。）

3.当启用强启功能时，屏蔽欠压报警，直流电压降低到FC.0设置的电压以下时，仍能工作，但此时频率不变，但输出电压随直流电压的降低而降低，直到直流电源电压降低到300V以下，报警POFF。当大于FC.0+40V时，且维持2S后，变频器吸合，输出频率从零开始增加到设定频率。（此为上电自启动功能，可在F0.6功能参数设置。）

4.当欠压报警POFF时，TA,TC吸合。正常工作时断开。

以上方案在客户的实际应用中反应良好，四方EPS专用变频器完全根据EPS行业的技术特点而开发，满足了EPS行业客户的需求。现在动力型EPS专用变频器已经实际投入到应用中，我们会再接再厉，继续开发出照明型和混合动力型EPS专用变频器，以满足市场上多方面的需要。

        设计方案二

另一种设计方案是将市电直接连接到变频器R,S,T输入端，直流电源通过二极管直接接入到变频器P+,P-上直接给电容充电。二极管防止变频器给蓄电池组反充电。市电整流后的直流电压高于蓄电池电压时由市电供电。市电整流后的直流电压低于蓄电池组电压时由蓄电池组供电。但是在此种方案下，直流电源绕过了启动电阻直接给电容充电，可能会导致冲击电容造成损坏，此外此种方案缺乏有效地监控管理措施，无法控制市电波动时对使用电源的控制，并且一般客户不愿意再外加二极管增加成本和制作工艺，故没有采纳。

七、结束语

随着社会的进步和发展，环境要求的不断提高，消防意识也越来越被人们重视。EPS以其特有的优越性将被人们认识和采用，在一个工程中，它可以灵活的运用在消防供电回路末端、个别重要场合等多种情况。在选择应急电源上，不再只局限于柴油发电机了，因为它们各自的特点分别适用于不同的工程，这将为整个社会的安全提供更有力的保障。