叠层母排的技术优势及其应用[权威资料].doc

叠层母排的技术优势及其应用 摘 要 叠层母排是一种新兴的便捷式电气部件，因为其自身具有低电感的特点，所以能够在中、高功率变流场合使用。不但包括风电和光伏产业，还可应用在各种变频器以及整流器中，它是发展电力电子行业极其重要的一个部件。本文通过将叠层母排与传统母排相比较，探讨了其具有的优势技术和应用。 【关键词】叠层母排 电气部件 电力电子 叠层母排也被称为复合母排，其英文被称作laminated busbar，其具体结构如图1所示。作为一种具有多层次复合结构的连接排，叠层母排可以算作配电系统中的高速路。相比于传统使用的复杂笨重且耗时耗力的配线方法，叠层母排能够提供高技术含量而且容易设计出清晰结构的配电系统。它具备了可重复电气性能、电感阻抗低、抗干扰能力强以及可靠性高等一些特点，因此，它可以作为一些大功率模块的电气连接部件。除了以上特点以为，由于叠层母排还具有装配简单且节省空间的特点，所以其可以应用于风电、光伏、电力牵引设备以及大型网络设备的转换功率模块等。 叠层母排具有很多优点。首先，其有着很低制作成本的同时也有着很高的安全性与可靠性;其次，因为紧凑的设计它能够节省非常大的空间;第三，叠层母排本身的电感和阻抗比较低;第四;它便捷的安装大大降低了错误安装的概率;最后，与传统电缆相比，它具有更好的载流能力，温度升高的很慢。 1 相比较传统母排具有的优势 一般情况下，主电路无法改变其开关器件以及直流侧寄生电容，而减小主回路母线的分布电感是抑制开关电压尖峰的根本措施。开关器件和直流侧支撑电容的电气连接主要有以下四种方式： （1）铜板或铜条的平行排列。其具有制作方法简单且容易实现的特点，可以起到一定的效果抑制电压尖峰，但是依然存在很大的互感。因此，其主要适合较大功率但是性能要求不高的场所。 （2）电缆绞线。其使用比较方便且费用便宜，但是有很大的自感和互感，性能也非常差，也没有足够的载流量。因此，其适合低功率且性能要求低的场所。 （3）同轴电缆。其主要特点是同轴电缆互感低且使用方便，但是其也具有费用高、载流量低的缺点，适用于一般性能要求的低功率场合。 （4）叠层母排。其主要结构是将排叠两层铜母排或多次铜母排，用绝缘材料将各层铜母排进行电气隔离，再通过一些工艺将导电层与绝缘层制作成整体。这使它具有一个扁平的截面，使导电层面积在相同的电流截面下增大，也大幅增加了散热面，提升了载流量。与此同时也降低了导电层之间的间隔距离，因为相邻的导电层流过的电流方向相反，产生了相互抵消的磁场，从而大大降低了线路中的分布电感。各种母排的电感对比如图2所示。 通过图2可以观察出其他三种母排的电感远高于叠层母排，所以，综合考虑系统的全部花费成本以及系统的可靠性与安全性，叠层母排的使用是很有必要的。 2 叠层母排的具体应用 通过对叠层母排优点的具体分析，下面将说明叠层母排的具体应用。 2.1 采用叠层母排的应用和实际效果 未采用叠层母排的方案的设计参数如下：直流母线电压为790v，igbt上的电流为i=133a，母排上电感为780nh，igbt额定电压设置为1700v。因为原设计中母排使用直接接入铜排的方法，导致非常大的电感存在于正、负排之间，大约为780nh。因此，在进行igbt选择的过程中需要留出足够的余量，这样才达到其性能需要。此外，该结构中的风扇的散热方式采取吹风的形式，导致交流输出a相的产生热量的堆积，温度升高非常快，严重影响了工作的稳定。具体设计情况如图3所示。 为了简化原设计方案中的结构，在原方案的设计中使用叠层母排，这种设计方案计算出的母排电感约为21nh，母排电感与原设计方案相比大大降低，这样就能够使线路中的分布电感大大减少，在一定程度上避免了电压尖峰，有效保证了igbt不被击穿。具体设计情况如图4所示 2.2 二种方案的性能比较 （1）原设计方案中，因为需要考虑电气间隙、爬电距离以及安装性的问题，导致了母排的设计非常复杂，也不容易加工，安装步骤非常繁杂，容易发生安装错误，发生事故。而使用了叠层母排的设计方案因为整体化的安装，不需要考虑上述其他问题，只需要注意安装点紧固螺栓。 （2）原设计方案中必须考虑母排安全绝缘，假如有污秽物或粉尘进入母排会使其发生短路，产生严重的后果。而采用了叠层母排后，完全能够避免这类缺陷，因为其有封闭的边缘，有效阻止了异物的侵入。所以，有着良好的可靠性和安全性，可无故障运行多年。 （3）原设计方案选用了既厚又窄的铜排是因为需要考虑空间尺寸以及载流量，但是该铜排不仅具有较大的电阻，而且也不具备良好的散热功能，使得其温度升高较快。但采用了叠层母排之后，因为其结构扁宽，电阻也很小，表面还贴有一层具有优良导热性的绝缘膜，所以，其有着非常好的散热功能，长时间工作的情况下温升不高，而且还具备了载流量提升的空间，并且在短期流过较大电流时不会被损坏。 所以，综合考虑了成本费用以及安全可靠性等各种因素之后，使用叠层母排要远远优于其他形式的母排。 3 总结 通过使用叠层母排，可以发现其具备了很多的优点，但是相比较于普通铜排，在实际设计中叠层母排也必须考虑一些问题。与其他形式的母排相比，叠层母排的制作成本稍高。除此之外，使用了叠层母排后更改铜排的结构也极其不便。因为加工叠层母排的过程中必须开模具，所以如果更改铜排的结构，就必须更改模具。假如对方案的更改要求比较多，就必须要重新开模具。因此，这就要求在完全制定铜排的设计方案之后，建议完全确定正样阶段以及铜排结构之后，再进行加工叠层母排的工作。 参考文献 1张舟云，徐国卿，沈祥林.新型叠层功率母线在ev电机驱动器中的应用j.电力电子技术，2005（01）. 2陈材，陈宇，裴雪军，康勇.基于大功率逆变器igbt开关瞬态电压、电流波形的杂散参数抽取方法j.电力电子，2010（03） . 作者单