UBD(380V) EPS應(yīng)急電源的幾種應(yīng)用
現(xiàn)在EPS應(yīng)急電源的質(zhì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)多采用消防應(yīng)急燈專用電源（即GB17945-2000），而在應(yīng)用中，我們發(fā)現(xiàn)，負(fù)載為電機(jī)類負(fù)載或復(fù)合性負(fù)載的EPS應(yīng)急電源，并不能完全適用此標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)此種情況，我司起草了UBD三相動(dòng)力系列(380V)應(yīng)急電源的質(zhì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并得到了北京質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局的認(rèn)可。本文所述的動(dòng)力型應(yīng)急電源(EPS)是我公司UBD三相動(dòng)力系列（380V）應(yīng)急電源(EPS)的一種，指具有變頻調(diào)速功能的應(yīng)急電源,負(fù)載為電機(jī)類負(fù)載。通過在實(shí)踐中的應(yīng)用案例,我們將遇到的問題及解決方法總結(jié)如下：
一、與UPS、柴油發(fā)電機(jī)的比較：
眾所周知，備用電源通常有UPS、柴油發(fā)電機(jī)、應(yīng)急電源(EPS)等，而根據(jù)負(fù)載、輸出功率的不同，它們?cè)趹?yīng)用中各有利弊，但針對(duì)電機(jī)類負(fù)載、輸出功率不是很大的情況下，UBD動(dòng)力系列（380）應(yīng)急電源(EPS)應(yīng)有它的優(yōu)勢(shì)，比較如下：
UPS的特點(diǎn):
1.可實(shí)現(xiàn)不間斷供電。
2.長(zhǎng)期帶載工作。
3. 帶電機(jī)類負(fù)載需要擴(kuò)容或加緩啟動(dòng)措施。
柴油發(fā)電機(jī)特點(diǎn)
1.容量大,噪音大，產(chǎn)生公害。
2.排煙中有大量的二氧化硫，污染大氣，嚴(yán)重影響環(huán)保。
3.在高層建筑中，柴油發(fā)電機(jī)組一般放在地下室，設(shè)計(jì)難度大，造價(jià)高，進(jìn)風(fēng)、冷卻、排煙、減震、消音等設(shè)施都需要充分考慮。
4.日常維護(hù)必須到位，工作量大。
5.存在火災(zāi)隱患。因?yàn)橛凸尴笠粋€(gè)極為危險(xiǎn)的“炸彈”，萬一失火，后果難以設(shè)想。而使用CO2滅火，費(fèi)用則越來越高。
UBD型應(yīng)急電源（EPS）的特點(diǎn)：
1.電網(wǎng)有電時(shí)，處于靜態(tài)，無噪音；有市電時(shí)，小于60db。不需排煙、防震處理。而且具有無公害、無火災(zāi)隱患的特點(diǎn)。
2.自動(dòng)切換，可實(shí)現(xiàn)無人值守，節(jié)能，電網(wǎng)供電與EPS電源供電相互切換時(shí)間為0.25S，特殊情況下可實(shí)現(xiàn)零切換。
3.可在不加緩啟動(dòng)措施和擴(kuò)容的情況下直接帶電機(jī)類負(fù)載
4.使用可靠、主機(jī)壽命長(zhǎng)達(dá)20年以上。
5.適應(yīng)惡劣環(huán)境，可放置于地下室或配電室，甚至建筑豎井里可以緊靠應(yīng)急負(fù)荷使用場(chǎng)所就地設(shè)置，減少供電線路。
所以動(dòng)力型應(yīng)急電源(EPS)可以作為一種可靠的綠色應(yīng)急供電電源，它尤其適用于高層建筑電機(jī)類負(fù)載沒有第二路市電，又不便于使用柴油發(fā)電機(jī)組的場(chǎng)合。
二、抗干擾(電磁兼容)
由于動(dòng)力型應(yīng)急電源(EPS)中有變頻器, 變頻器輸出的是高壓、大電流,因此會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾。干擾通常可分為傳導(dǎo)干擾和幅射干擾,通常兩種干擾同時(shí)存在。我們通過以下措施加以抑制。
1.加裝輸入濾波器
濾波是一種抑制傳導(dǎo)干擾的方法。例如在電源輸入端接上濾波器，可以抑制來自電網(wǎng)的噪聲對(duì)電路本身的侵害，也可以抑制由電路產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾。電源濾波器作為抑制電源線傳導(dǎo)干擾的重要單元，在設(shè)備或系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計(jì)中具有極其重要的作用。它不僅可抑制傳輸線上的傳導(dǎo)干擾，同時(shí)對(duì)傳輸線上的輻射發(fā)射也具有顯著的抑制效果。在濾波電路中，選用穿心電容、三端電容、鐵氧體磁環(huán)，能夠改善電路的濾波特性。適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)或選擇合適的濾波器，并正確地安裝濾波器是抗干擾技術(shù)的重要組成部分，具體措施如下： 在交流電輸入端加裝電源濾波器，其電路如圖1所示。圖中L2、L3、C3、C4用于抑制差模噪聲，一般取L2、L3為100～700μH,C3、C4取1～10μF。L1、C1、C2用于抑制共模噪聲，可根據(jù)實(shí)際情況加以調(diào)整。
所有電源濾波器都必須接地，因?yàn)闉V波器的共模旁路電容必須在接地時(shí)才起作用。一般的接地方法是除了將濾波器與金屬外殼相接之外，還要用較粗的導(dǎo)線將濾波器外殼與設(shè)備的接地點(diǎn)相連。接地阻抗越低濾波效果越好。濾波器盡量安裝在靠近電源入口處。濾波器的輸入及輸出端要盡量遠(yuǎn)離，避免干擾信號(hào)從輸入端直接耦合到輸出端。
圖1電源濾波器
2.印制線路板布線、布局采用抗干擾措施
實(shí)踐證明，印制板的元器件布置和布線設(shè)計(jì)對(duì)線路板的EMC性能有極大的影響，線路板的輔助電源通常采用高頻開關(guān)電源，由于印制板上既有電平為±5V、±12V的小信號(hào)控制線，機(jī)柜中又有高壓電源母線，同時(shí)還有一些高頻功率開關(guān)、磁性元件，如何在印制板有限的空間內(nèi)合理地安排元器件位置，將直接影響到電路中各元器件自身的抗干擾性和電路工作的可靠性。
2.1導(dǎo)線阻抗的影響
通過分析印制導(dǎo)線的特性阻抗，來選取印制導(dǎo)線的放置方式、長(zhǎng)度、寬度以及布局方式。
單根導(dǎo)線的特性阻抗由直流電阻R和自感L組成
Z=R＋jωL（1）L=2lln（2）
式中：l——導(dǎo)線長(zhǎng)度；
b——導(dǎo)線寬度。
顯然，印制線l越短，直流電阻R就越?。煌瑫r(shí)增加印制線的寬度和厚度也可降低直流電阻R。
從式（2）可看出，印制線長(zhǎng)度l越短，自感L就越小,而且增加印制線的寬度b也可降低自感L。而多根印制線的特性阻抗除由直流電阻R和自感L組成外，還有互感M的影響，而互感M除受印制線的長(zhǎng)度和寬度影響外，印制線之間距也起著重要的作用。M=2l（3）
式中：s——兩線之間的距離，增大兩線的間距可減少互感。
針對(duì)以上現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)，應(yīng)盡量降低電源線和地線的阻抗，因?yàn)殡娫淳€、地線和其它印制線都有電感，當(dāng)電源電流變化較大時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生較大的壓降，而地線壓降是形成公共阻抗干擾的重要因素，所以應(yīng)盡量縮短地線，也可盡量加粗電源線和地線線條。
在雙面印制板設(shè)計(jì)中，除盡可能地加粗電源線和地線線條之外，還應(yīng)在地線和電源線之間安裝高頻特性好的去耦電容。另外，切忌兩條印制信號(hào)線平行走線。如果平行走線無法避免，可通過以下方法來補(bǔ)救：
1）在兩條信號(hào)線之間加一條地線，以起屏蔽作用；
2）盡量拉開兩條平行信號(hào)線之間的距離，以降低兩線之間電磁場(chǎng)的影響；
3）使兩條平行的信號(hào)線流過的電流方向相反。（目的在于減小感應(yīng)磁通）
2.2元器件的布局
在設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)，通常干擾源和受擾體由于受到工作條件的限制而難以避免。這時(shí)，應(yīng)盡量將相互關(guān)聯(lián)的元器件擺放在一起以避免因器件離的太遠(yuǎn)而造成印制線過長(zhǎng)所帶來的干擾;再者將輸入信號(hào)和輸出信號(hào)盡量放置在引線端口附近，以避免因耦合路徑而產(chǎn)生的干擾。
3.選用抗干擾芯片
對(duì)于影響系統(tǒng)正常的電路盡量采用數(shù)字電路解決而非單片機(jī),以防單片機(jī)受干擾,程序跑飛、復(fù)位, 單片機(jī)只完成數(shù)據(jù)采集與顯示,不參與系統(tǒng)控制,即便如此, 單片機(jī)也應(yīng)選用帶EMI措施的產(chǎn)品(外部采用低頻晶振,內(nèi)部通過倍頻實(shí)現(xiàn)高速)
4.結(jié)構(gòu)上的措施
屏蔽是解決幅射干擾問題的重要且有效的手段,目的是切斷電磁波的傳播途徑。大部分幅射干擾問題都可以通過電磁屏蔽來解決，用電磁屏蔽的方法解決電磁干擾問題不會(huì)影響電路的正常工作。
三、不間斷轉(zhuǎn)換
現(xiàn)有的動(dòng)力型應(yīng)急電源(EPS)方案中,大多數(shù)方案在切換過程中均有時(shí)間間隔,這就帶來一個(gè)問題。由于電機(jī)失市電后轉(zhuǎn)由動(dòng)力型應(yīng)急電源中用的變頻調(diào)速器供電時(shí),由于變頻調(diào)速器加速時(shí)間的限制,電動(dòng)機(jī)需有一段時(shí)間才能達(dá)到額定轉(zhuǎn)速,這在有些用戶中是不允許的。我們通過改變兩路電轉(zhuǎn)換方式的方法,實(shí)現(xiàn)電機(jī)不間斷供電,從而很好地解決了這個(gè)問題。
四、帶變頻功能的應(yīng)用
眾所周知,變頻調(diào)速器是起動(dòng)電機(jī)及給電機(jī)調(diào)速最好的裝置，在給電機(jī)提供第二路或第三路電源時(shí),由蓄電池與變頻調(diào)速器相結(jié)合構(gòu)成的電源方案是理想的方案，該方案除具有常規(guī)EPS應(yīng)急電源的優(yōu)勢(shì)外，還有以下優(yōu)勢(shì)：
1)對(duì)電網(wǎng)的容量要求低，因變頻調(diào)速器可保證起動(dòng)電流小于額定電流, 電網(wǎng)的容量等于變頻器容量即可。
2)當(dāng)今變頻調(diào)速器可完成各種復(fù)雜的控制功能,控制柜的功能可集成到電源柜中。
3)可實(shí)現(xiàn)集中遠(yuǎn)程監(jiān)控。
4)可實(shí)現(xiàn)不間斷供電（既達(dá)到零切換）。
5)可實(shí)現(xiàn)EPS應(yīng)急電源輸出功率與負(fù)載額定功率之比為1：1
6)控制柜與電源柜與一體，節(jié)約空間和投資。
一、與UPS、柴油發(fā)電機(jī)的比較：
眾所周知，備用電源通常有UPS、柴油發(fā)電機(jī)、應(yīng)急電源(EPS)等，而根據(jù)負(fù)載、輸出功率的不同，它們?cè)趹?yīng)用中各有利弊，但針對(duì)電機(jī)類負(fù)載、輸出功率不是很大的情況下，UBD動(dòng)力系列（380）應(yīng)急電源(EPS)應(yīng)有它的優(yōu)勢(shì)，比較如下：
UPS的特點(diǎn):
1.可實(shí)現(xiàn)不間斷供電。
2.長(zhǎng)期帶載工作。
3. 帶電機(jī)類負(fù)載需要擴(kuò)容或加緩啟動(dòng)措施。
柴油發(fā)電機(jī)特點(diǎn)
1.容量大,噪音大，產(chǎn)生公害。
2.排煙中有大量的二氧化硫，污染大氣，嚴(yán)重影響環(huán)保。
3.在高層建筑中，柴油發(fā)電機(jī)組一般放在地下室，設(shè)計(jì)難度大，造價(jià)高，進(jìn)風(fēng)、冷卻、排煙、減震、消音等設(shè)施都需要充分考慮。
4.日常維護(hù)必須到位，工作量大。
5.存在火災(zāi)隱患。因?yàn)橛凸尴笠粋€(gè)極為危險(xiǎn)的“炸彈”，萬一失火，后果難以設(shè)想。而使用CO2滅火，費(fèi)用則越來越高。
UBD型應(yīng)急電源（EPS）的特點(diǎn)：
1.電網(wǎng)有電時(shí)，處于靜態(tài)，無噪音；有市電時(shí)，小于60db。不需排煙、防震處理。而且具有無公害、無火災(zāi)隱患的特點(diǎn)。
2.自動(dòng)切換，可實(shí)現(xiàn)無人值守，節(jié)能，電網(wǎng)供電與EPS電源供電相互切換時(shí)間為0.25S，特殊情況下可實(shí)現(xiàn)零切換。
3.可在不加緩啟動(dòng)措施和擴(kuò)容的情況下直接帶電機(jī)類負(fù)載
4.使用可靠、主機(jī)壽命長(zhǎng)達(dá)20年以上。
5.適應(yīng)惡劣環(huán)境，可放置于地下室或配電室，甚至建筑豎井里可以緊靠應(yīng)急負(fù)荷使用場(chǎng)所就地設(shè)置，減少供電線路。
所以動(dòng)力型應(yīng)急電源(EPS)可以作為一種可靠的綠色應(yīng)急供電電源，它尤其適用于高層建筑電機(jī)類負(fù)載沒有第二路市電，又不便于使用柴油發(fā)電機(jī)組的場(chǎng)合。
二、抗干擾(電磁兼容)
由于動(dòng)力型應(yīng)急電源(EPS)中有變頻器, 變頻器輸出的是高壓、大電流,因此會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾。干擾通常可分為傳導(dǎo)干擾和幅射干擾,通常兩種干擾同時(shí)存在。我們通過以下措施加以抑制。
1.加裝輸入濾波器
濾波是一種抑制傳導(dǎo)干擾的方法。例如在電源輸入端接上濾波器，可以抑制來自電網(wǎng)的噪聲對(duì)電路本身的侵害，也可以抑制由電路產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾。電源濾波器作為抑制電源線傳導(dǎo)干擾的重要單元，在設(shè)備或系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計(jì)中具有極其重要的作用。它不僅可抑制傳輸線上的傳導(dǎo)干擾，同時(shí)對(duì)傳輸線上的輻射發(fā)射也具有顯著的抑制效果。在濾波電路中，選用穿心電容、三端電容、鐵氧體磁環(huán)，能夠改善電路的濾波特性。適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)或選擇合適的濾波器，并正確地安裝濾波器是抗干擾技術(shù)的重要組成部分，具體措施如下： 在交流電輸入端加裝電源濾波器，其電路如圖1所示。圖中L2、L3、C3、C4用于抑制差模噪聲，一般取L2、L3為100～700μH,C3、C4取1～10μF。L1、C1、C2用于抑制共模噪聲，可根據(jù)實(shí)際情況加以調(diào)整。
所有電源濾波器都必須接地，因?yàn)闉V波器的共模旁路電容必須在接地時(shí)才起作用。一般的接地方法是除了將濾波器與金屬外殼相接之外，還要用較粗的導(dǎo)線將濾波器外殼與設(shè)備的接地點(diǎn)相連。接地阻抗越低濾波效果越好。濾波器盡量安裝在靠近電源入口處。濾波器的輸入及輸出端要盡量遠(yuǎn)離，避免干擾信號(hào)從輸入端直接耦合到輸出端。
圖1電源濾波器
2.印制線路板布線、布局采用抗干擾措施
實(shí)踐證明，印制板的元器件布置和布線設(shè)計(jì)對(duì)線路板的EMC性能有極大的影響，線路板的輔助電源通常采用高頻開關(guān)電源，由于印制板上既有電平為±5V、±12V的小信號(hào)控制線，機(jī)柜中又有高壓電源母線，同時(shí)還有一些高頻功率開關(guān)、磁性元件，如何在印制板有限的空間內(nèi)合理地安排元器件位置，將直接影響到電路中各元器件自身的抗干擾性和電路工作的可靠性。
2.1導(dǎo)線阻抗的影響
通過分析印制導(dǎo)線的特性阻抗，來選取印制導(dǎo)線的放置方式、長(zhǎng)度、寬度以及布局方式。
單根導(dǎo)線的特性阻抗由直流電阻R和自感L組成
Z=R＋jωL（1）L=2lln（2）
式中：l——導(dǎo)線長(zhǎng)度；
b——導(dǎo)線寬度。
顯然，印制線l越短，直流電阻R就越?。煌瑫r(shí)增加印制線的寬度和厚度也可降低直流電阻R。
從式（2）可看出，印制線長(zhǎng)度l越短，自感L就越小,而且增加印制線的寬度b也可降低自感L。而多根印制線的特性阻抗除由直流電阻R和自感L組成外，還有互感M的影響，而互感M除受印制線的長(zhǎng)度和寬度影響外，印制線之間距也起著重要的作用。M=2l（3）
式中：s——兩線之間的距離，增大兩線的間距可減少互感。
針對(duì)以上現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)，應(yīng)盡量降低電源線和地線的阻抗，因?yàn)殡娫淳€、地線和其它印制線都有電感，當(dāng)電源電流變化較大時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生較大的壓降，而地線壓降是形成公共阻抗干擾的重要因素，所以應(yīng)盡量縮短地線，也可盡量加粗電源線和地線線條。
在雙面印制板設(shè)計(jì)中，除盡可能地加粗電源線和地線線條之外，還應(yīng)在地線和電源線之間安裝高頻特性好的去耦電容。另外，切忌兩條印制信號(hào)線平行走線。如果平行走線無法避免，可通過以下方法來補(bǔ)救：
1）在兩條信號(hào)線之間加一條地線，以起屏蔽作用；
2）盡量拉開兩條平行信號(hào)線之間的距離，以降低兩線之間電磁場(chǎng)的影響；
3）使兩條平行的信號(hào)線流過的電流方向相反。（目的在于減小感應(yīng)磁通）
2.2元器件的布局
在設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)，通常干擾源和受擾體由于受到工作條件的限制而難以避免。這時(shí)，應(yīng)盡量將相互關(guān)聯(lián)的元器件擺放在一起以避免因器件離的太遠(yuǎn)而造成印制線過長(zhǎng)所帶來的干擾;再者將輸入信號(hào)和輸出信號(hào)盡量放置在引線端口附近，以避免因耦合路徑而產(chǎn)生的干擾。
3.選用抗干擾芯片
對(duì)于影響系統(tǒng)正常的電路盡量采用數(shù)字電路解決而非單片機(jī),以防單片機(jī)受干擾,程序跑飛、復(fù)位, 單片機(jī)只完成數(shù)據(jù)采集與顯示,不參與系統(tǒng)控制,即便如此, 單片機(jī)也應(yīng)選用帶EMI措施的產(chǎn)品(外部采用低頻晶振,內(nèi)部通過倍頻實(shí)現(xiàn)高速)
4.結(jié)構(gòu)上的措施
屏蔽是解決幅射干擾問題的重要且有效的手段,目的是切斷電磁波的傳播途徑。大部分幅射干擾問題都可以通過電磁屏蔽來解決，用電磁屏蔽的方法解決電磁干擾問題不會(huì)影響電路的正常工作。
三、不間斷轉(zhuǎn)換
現(xiàn)有的動(dòng)力型應(yīng)急電源(EPS)方案中,大多數(shù)方案在切換過程中均有時(shí)間間隔,這就帶來一個(gè)問題。由于電機(jī)失市電后轉(zhuǎn)由動(dòng)力型應(yīng)急電源中用的變頻調(diào)速器供電時(shí),由于變頻調(diào)速器加速時(shí)間的限制,電動(dòng)機(jī)需有一段時(shí)間才能達(dá)到額定轉(zhuǎn)速,這在有些用戶中是不允許的。我們通過改變兩路電轉(zhuǎn)換方式的方法,實(shí)現(xiàn)電機(jī)不間斷供電,從而很好地解決了這個(gè)問題。
四、帶變頻功能的應(yīng)用
眾所周知,變頻調(diào)速器是起動(dòng)電機(jī)及給電機(jī)調(diào)速最好的裝置，在給電機(jī)提供第二路或第三路電源時(shí),由蓄電池與變頻調(diào)速器相結(jié)合構(gòu)成的電源方案是理想的方案，該方案除具有常規(guī)EPS應(yīng)急電源的優(yōu)勢(shì)外，還有以下優(yōu)勢(shì)：
1)對(duì)電網(wǎng)的容量要求低，因變頻調(diào)速器可保證起動(dòng)電流小于額定電流, 電網(wǎng)的容量等于變頻器容量即可。
2)當(dāng)今變頻調(diào)速器可完成各種復(fù)雜的控制功能,控制柜的功能可集成到電源柜中。
3)可實(shí)現(xiàn)集中遠(yuǎn)程監(jiān)控。
4)可實(shí)現(xiàn)不間斷供電（既達(dá)到零切換）。
5)可實(shí)現(xiàn)EPS應(yīng)急電源輸出功率與負(fù)載額定功率之比為1：1
6)控制柜與電源柜與一體，節(jié)約空間和投資。
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