UBD(380V) EPS應急電源的幾種應用
現在EPS應急電源的質量技術標準多采用消防應急燈專用電源（即GB17945-2000），而在應用中，我們發現，負載為電機類負載或復合性負載的EPS應急電源，并不能完全適用此標準，針對此種情況，我司起草了UBD三相動力系列(380V)應急電源的質量技術標準，并得到了北京質量技術監督局的認可。本文所述的動力型應急電源(EPS)是我公司UBD三相動力系列（380V）應急電源(EPS)的一種，指具有變頻調速功能的應急電源,負載為電機類負載。通過在實踐中的應用案例,我們將遇到的問題及解決方法總結如下：
一、與UPS、柴油發電機的比較：
眾所周知，備用電源通常有UPS、柴油發電機、應急電源(EPS)等，而根據負載、輸出功率的不同，它們在應用中各有利弊，但針對電機類負載、輸出功率不是很大的情況下，UBD動力系列（380）應急電源(EPS)應有它的優勢，比較如下：
UPS的特點:
1.可實現不間斷供電。
2.長期帶載工作。
3. 帶電機類負載需要擴容或加緩啟動措施。
柴油發電機特點
1.容量大,噪音大，產生公害。
2.排煙中有大量的二氧化硫，污染大氣，嚴重影響環保。
3.在高層建筑中，柴油發電機組一般放在地下室，設計難度大，造價高，進風、冷卻、排煙、減震、消音等設施都需要充分考慮。
4.日常維護必須到位，工作量大。
5.存在火災隱患。因為油罐象一個極為危險的“炸彈”，萬一失火，后果難以設想。而使用CO2滅火，費用則越來越高。
UBD型應急電源（EPS）的特點：
1.電網有電時，處于靜態，無噪音；有市電時，小于60db。不需排煙、防震處理。而且具有無公害、無火災隱患的特點。
2.自動切換，可實現無人值守，節能，電網供電與EPS電源供電相互切換時間為0.25S，特殊情況下可實現零切換。
3.可在不加緩啟動措施和擴容的情況下直接帶電機類負載
4.使用可靠、主機壽命長達20年以上。
5.適應惡劣環境，可放置于地下室或配電室，甚至建筑豎井里可以緊靠應急負荷使用場所就地設置，減少供電線路。
所以動力型應急電源(EPS)可以作為一種可靠的綠色應急供電電源，它尤其適用于高層建筑電機類負載沒有第二路市電，又不便于使用柴油發電機組的場合。
二、抗干擾(電磁兼容)
由于動力型應急電源(EPS)中有變頻器, 變頻器輸出的是高壓、大電流,因此會產生強烈的干擾。干擾通常可分為傳導干擾和幅射干擾,通常兩種干擾同時存在。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，可以抑制來自電網的噪聲對電路本身的侵害，也可以抑制由電路產生并向電網反饋的干擾。電源濾波器作為抑制電源線傳導干擾的重要單元，在設備或系統的電磁兼容設計中具有極其重要的作用。它不僅可抑制傳輸線上的傳導干擾，同時對傳輸線上的輻射發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，能夠改善電路的濾波特性。適當的設計或選擇合適的濾波器，并正確地安裝濾波器是抗干擾技術的重要組成部分，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，可根據實際情況加以調整。
所有電源濾波器都必須接地，因為濾波器的共模旁路電容必須在接地時才起作用。一般的接地方法是除了將濾波器與金屬外殼相接之外，還要用較粗的導線將濾波器外殼與設備的接地點相連。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離，避免干擾信號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
實踐證明，印制板的元器件布置和布線設計對線路板的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電源，由于印制板上既有電平為±5V、±12V的小信號控制線，機柜中又有高壓電源母線，同時還有一些高頻功率開關、磁性元件，如何在印制板有限的空間內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導線阻抗的影響
通過分析印制導線的特性阻抗，來選取印制導線的放置方式、長度、寬度以及布局方式。
單根導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——導線長度；
b——導線寬度。
顯然，印制線l越短，直流電阻R就越小；同時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。
針對以上現象，在設計印制電路板時，應盡量降低電源線和地線的阻抗，因為電源線、地線和其它印制線都有電感，當電源電流變化較大時，將會產生較大的壓降，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。
在雙面印制板設計中，除盡可能地加粗電源線和地線線條之外，還應在地線和電源線之間安裝高頻特性好的去耦電容。另外，切忌兩條印制信號線平行走線。如果平行走線無法避免，可通過以下方法來補救：
1）在兩條信號線之間加一條地線，以起屏蔽作用；
2）盡量拉開兩條平行信號線之間的距離，以降低兩線之間電磁場的影響；
3）使兩條平行的信號線流過的電流方向相反。（目的在于減小感應磁通）
2.2元器件的布局
在設計印制電路板時，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，應盡量將相互關聯的元器件擺放在一起以避免因器件離的太遠而造成印制線過長所帶來的干擾;再者將輸入信號和輸出信號盡量放置在引線端口附近，以避免因耦合路徑而產生的干擾。
3.選用抗干擾芯片
對于影響系統正常的電路盡量采用數字電路解決而非單片機,以防單片機受干擾,程序跑飛、復位, 單片機只完成數據采集與顯示,不參與系統控制,即便如此, 單片機也應選用帶EMI措施的產品(外部采用低頻晶振,內部通過倍頻實現高速)
4.結構上的措施
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影響電路的正常工作。
三、不間斷轉換
現有的動力型應急電源(EPS)方案中,大多數方案在切換過程中均有時間間隔,這就帶來一個問題。由于電機失市電后轉由動力型應急電源中用的變頻調速器供電時,由于變頻調速器加速時間的限制,電動機需有一段時間才能達到額定轉速,這在有些用戶中是不允許的。我們通過改變兩路電轉換方式的方法,實現電機不間斷供電,從而很好地解決了這個問題。
四、帶變頻功能的應用
眾所周知,變頻調速器是起動電機及給電機調速最好的裝置，在給電機提供第二路或第三路電源時,由蓄電池與變頻調速器相結合構成的電源方案是理想的方案，該方案除具有常規EPS應急電源的優勢外，還有以下優勢：
1)對電網的容量要求低，因變頻調速器可保證起動電流小于額定電流, 電網的容量等于變頻器容量即可。
2)當今變頻調速器可完成各種復雜的控制功能,控制柜的功能可集成到電源柜中。
3)可實現集中遠程監控。
4)可實現不間斷供電（既達到零切換）。
5)可實現EPS應急電源輸出功率與負載額定功率之比為1：1
6)控制柜與電源柜與一體，節約空間和投資。
一、與UPS、柴油發電機的比較：
眾所周知，備用電源通常有UPS、柴油發電機、應急電源(EPS)等，而根據負載、輸出功率的不同，它們在應用中各有利弊，但針對電機類負載、輸出功率不是很大的情況下，UBD動力系列（380）應急電源(EPS)應有它的優勢，比較如下：
UPS的特點:
1.可實現不間斷供電。
2.長期帶載工作。
3. 帶電機類負載需要擴容或加緩啟動措施。
柴油發電機特點
1.容量大,噪音大，產生公害。
2.排煙中有大量的二氧化硫，污染大氣，嚴重影響環保。
3.在高層建筑中，柴油發電機組一般放在地下室，設計難度大，造價高，進風、冷卻、排煙、減震、消音等設施都需要充分考慮。
4.日常維護必須到位，工作量大。
5.存在火災隱患。因為油罐象一個極為危險的“炸彈”，萬一失火，后果難以設想。而使用CO2滅火，費用則越來越高。
UBD型應急電源（EPS）的特點：
1.電網有電時，處于靜態，無噪音；有市電時，小于60db。不需排煙、防震處理。而且具有無公害、無火災隱患的特點。
2.自動切換，可實現無人值守，節能，電網供電與EPS電源供電相互切換時間為0.25S，特殊情況下可實現零切換。
3.可在不加緩啟動措施和擴容的情況下直接帶電機類負載
4.使用可靠、主機壽命長達20年以上。
5.適應惡劣環境，可放置于地下室或配電室，甚至建筑豎井里可以緊靠應急負荷使用場所就地設置，減少供電線路。
所以動力型應急電源(EPS)可以作為一種可靠的綠色應急供電電源，它尤其適用于高層建筑電機類負載沒有第二路市電，又不便于使用柴油發電機組的場合。
二、抗干擾(電磁兼容)
由于動力型應急電源(EPS)中有變頻器, 變頻器輸出的是高壓、大電流,因此會產生強烈的干擾。干擾通常可分為傳導干擾和幅射干擾,通常兩種干擾同時存在。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，可以抑制來自電網的噪聲對電路本身的侵害，也可以抑制由電路產生并向電網反饋的干擾。電源濾波器作為抑制電源線傳導干擾的重要單元，在設備或系統的電磁兼容設計中具有極其重要的作用。它不僅可抑制傳輸線上的傳導干擾，同時對傳輸線上的輻射發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，能夠改善電路的濾波特性。適當的設計或選擇合適的濾波器，并正確地安裝濾波器是抗干擾技術的重要組成部分，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，可根據實際情況加以調整。
所有電源濾波器都必須接地，因為濾波器的共模旁路電容必須在接地時才起作用。一般的接地方法是除了將濾波器與金屬外殼相接之外，還要用較粗的導線將濾波器外殼與設備的接地點相連。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離，避免干擾信號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
實踐證明，印制板的元器件布置和布線設計對線路板的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電源，由于印制板上既有電平為±5V、±12V的小信號控制線，機柜中又有高壓電源母線，同時還有一些高頻功率開關、磁性元件，如何在印制板有限的空間內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導線阻抗的影響
通過分析印制導線的特性阻抗，來選取印制導線的放置方式、長度、寬度以及布局方式。
單根導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——導線長度；
b——導線寬度。
顯然，印制線l越短，直流電阻R就越小；同時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。
針對以上現象，在設計印制電路板時，應盡量降低電源線和地線的阻抗，因為電源線、地線和其它印制線都有電感，當電源電流變化較大時，將會產生較大的壓降，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。
在雙面印制板設計中，除盡可能地加粗電源線和地線線條之外，還應在地線和電源線之間安裝高頻特性好的去耦電容。另外，切忌兩條印制信號線平行走線。如果平行走線無法避免，可通過以下方法來補救：
1）在兩條信號線之間加一條地線，以起屏蔽作用；
2）盡量拉開兩條平行信號線之間的距離，以降低兩線之間電磁場的影響；
3）使兩條平行的信號線流過的電流方向相反。（目的在于減小感應磁通）
2.2元器件的布局
在設計印制電路板時，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，應盡量將相互關聯的元器件擺放在一起以避免因器件離的太遠而造成印制線過長所帶來的干擾;再者將輸入信號和輸出信號盡量放置在引線端口附近，以避免因耦合路徑而產生的干擾。
3.選用抗干擾芯片
對于影響系統正常的電路盡量采用數字電路解決而非單片機,以防單片機受干擾,程序跑飛、復位, 單片機只完成數據采集與顯示,不參與系統控制,即便如此, 單片機也應選用帶EMI措施的產品(外部采用低頻晶振,內部通過倍頻實現高速)
4.結構上的措施
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影響電路的正常工作。
三、不間斷轉換
現有的動力型應急電源(EPS)方案中,大多數方案在切換過程中均有時間間隔,這就帶來一個問題。由于電機失市電后轉由動力型應急電源中用的變頻調速器供電時,由于變頻調速器加速時間的限制,電動機需有一段時間才能達到額定轉速,這在有些用戶中是不允許的。我們通過改變兩路電轉換方式的方法,實現電機不間斷供電,從而很好地解決了這個問題。
四、帶變頻功能的應用
眾所周知,變頻調速器是起動電機及給電機調速最好的裝置，在給電機提供第二路或第三路電源時,由蓄電池與變頻調速器相結合構成的電源方案是理想的方案，該方案除具有常規EPS應急電源的優勢外，還有以下優勢：
1)對電網的容量要求低，因變頻調速器可保證起動電流小于額定電流, 電網的容量等于變頻器容量即可。
2)當今變頻調速器可完成各種復雜的控制功能,控制柜的功能可集成到電源柜中。
3)可實現集中遠程監控。
4)可實現不間斷供電（既達到零切換）。
5)可實現EPS應急電源輸出功率與負載額定功率之比為1：1
6)控制柜與電源柜與一體，節約空間和投資。
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