1、疊層母排的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及其應(yīng)用 摘 要 疊層母排是一種新興的便捷式電氣部件，因?yàn)槠渥陨砭哂械碗姼械奶攸c(diǎn)，所以能夠在中、高功率變流場(chǎng)合使用。不但包括風(fēng)電和光伏產(chǎn)業(yè)，還可應(yīng)用在各種變頻器以及整流器中，它是發(fā)展電力電子行業(yè)極其重要的一個(gè)部件。本文通過將疊層母排與傳統(tǒng)母排相比較，探討了其具有的優(yōu)勢(shì)技術(shù)和應(yīng)用。 【關(guān)鍵詞】疊層母排 電氣部件 電力電子 疊層母排也被稱為復(fù)合母排，其英文被稱作laminated busbar，其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。作為一種具有多層次復(fù)合結(jié)構(gòu)的連接排，疊層母排可以算作配電系統(tǒng)中的高速路。相比于傳統(tǒng)使用的復(fù)雜笨重且耗時(shí)耗力的配線方法，疊層母排能夠提供高技術(shù)含量而且容易設(shè)計(jì)出清晰結(jié)構(gòu)

2、的配電系統(tǒng)。它具備了可重復(fù)電氣性能、電感阻抗低、抗干擾能力強(qiáng)以及可靠性高等一些特點(diǎn)，因此，它可以作為一些大功率模塊的電氣連接部件。除了以上特點(diǎn)以為，由于疊層母排還具有裝配簡(jiǎn)單且節(jié)省空間的特點(diǎn)，所以其可以應(yīng)用于風(fēng)電、光伏、電力牽引設(shè)備以及大型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的轉(zhuǎn)換功率模塊等。 疊層母排具有很多優(yōu)點(diǎn)。首先，其有著很低制作成本的同時(shí)也有著很高的安全性與可靠性;其次，因?yàn)榫o湊的設(shè)計(jì)它能夠節(jié)省非常大的空間;第三，疊層母排本身的電感和阻抗比較低;第四;它便捷的安裝大大降低了錯(cuò)誤安裝的概率;最后，與傳統(tǒng)電纜相比，它具有更好的載流能力，溫度升高的很慢。 1 相比較傳統(tǒng)母排具有的優(yōu)勢(shì) 一般情況下，主電路無法改變其開關(guān)器

3、件以及直流側(cè)寄生電容，而減小主回路母線的分布電感是抑制開關(guān)電壓尖峰的根本措施。開關(guān)器件和直流側(cè)支撐電容的電氣連接主要有以下四種方式： （1）銅板或銅條的平行排列。其具有制作方法簡(jiǎn)單且容易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，可以起到一定的效果抑制電壓尖峰，但是依然存在很大的互感。因此，其主要適合較大功率但是性能要求不高的場(chǎng)所。 （2）電纜絞線。其使用比較方便且費(fèi)用便宜，但是有很大的自感和互感，性能也非常差，也沒有足夠的載流量。因此，其適合低功率且性能要求低的場(chǎng)所。 （3）同軸電纜。其主要特點(diǎn)是同軸電纜互感低且使用方便，但是其也具有費(fèi)用高、載流量低的缺點(diǎn)，適用于一般性能要求的低功率場(chǎng)合。 （4）疊層母排。其主要結(jié)構(gòu)是將排

4、疊兩層銅母排或多次銅母排，用絕緣材料將各層銅母排進(jìn)行電氣隔離，再通過一些工藝將導(dǎo)電層與絕緣層制作成整體。這使它具有一個(gè)扁平的截面，使導(dǎo)電層面積在相同的電流截面下增大，也大幅增加了散熱面，提升了載流量。與此同時(shí)也降低了導(dǎo)電層之間的間隔距離，因?yàn)橄噜彽膶?dǎo)電層流過的電流方向相反，產(chǎn)生了相互抵消的磁場(chǎng)，從而大大降低了線路中的分布電感。各種母排的電感對(duì)比如圖2所示。 通過圖2可以觀察出其他三種母排的電感遠(yuǎn)高于疊層母排，所以，綜合考慮系統(tǒng)的全部花費(fèi)成本以及系統(tǒng)的可靠性與安全性，疊層母排的使用是很有必要的。 2 疊層母排的具體應(yīng)用 通過對(duì)疊層母排優(yōu)點(diǎn)的具體分析，下面將說明疊層母排的具體應(yīng)用。 2.1 采用疊

5、層母排的應(yīng)用和實(shí)際效果 未采用疊層母排的方案的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：直流母線電壓為790v，igbt上的電流為i=133a，母排上電感為780nh，igbt額定電壓設(shè)置為1700v。因?yàn)樵O(shè)計(jì)中母排使用直接接入銅排的方法，導(dǎo)致非常大的電感存在于正、負(fù)排之間，大約為780nh。因此，在進(jìn)行igbt選擇的過程中需要留出足夠的余量，這樣才達(dá)到其性能需要。此外，該結(jié)構(gòu)中的風(fēng)扇的散熱方式采取吹風(fēng)的形式，導(dǎo)致交流輸出a相的產(chǎn)生熱量的堆積，溫度升高非?？?，嚴(yán)重影響了工作的穩(wěn)定。具體設(shè)計(jì)情況如圖3所示。 為了簡(jiǎn)化原設(shè)計(jì)方案中的結(jié)構(gòu)，在原方案的設(shè)計(jì)中使用疊層母排，這種設(shè)計(jì)方案計(jì)算出的母排電感約為21nh，母排電感與原設(shè)

6、計(jì)方案相比大大降低，這樣就能夠使線路中的分布電感大大減少，在一定程度上避免了電壓尖峰，有效保證了igbt不被擊穿。具體設(shè)計(jì)情況如圖4所示 2.2 二種方案的性能比較 （1）原設(shè)計(jì)方案中，因?yàn)樾枰紤]電氣間隙、爬電距離以及安裝性的問題，導(dǎo)致了母排的設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，也不容易加工，安裝步驟非常繁雜，容易發(fā)生安裝錯(cuò)誤，發(fā)生事故。而使用了疊層母排的設(shè)計(jì)方案因?yàn)檎w化的安裝，不需要考慮上述其他問題，只需要注意安裝點(diǎn)緊固螺栓。 （2）原設(shè)計(jì)方案中必須考慮母排安全絕緣，假如有污穢物或粉塵進(jìn)入母排會(huì)使其發(fā)生短路，產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。而采用了疊層母排后，完全能夠避免這類缺陷，因?yàn)槠溆蟹忾]的邊緣，有效阻止了異物的侵入。所

7、以，有著良好的可靠性和安全性，可無故障運(yùn)行多年。 （3）原設(shè)計(jì)方案選用了既厚又窄的銅排是因?yàn)樾枰紤]空間尺寸以及載流量，但是該銅排不僅具有較大的電阻，而且也不具備良好的散熱功能，使得其溫度升高較快。但采用了疊層母排之后，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)扁寬，電阻也很小，表面還貼有一層具有優(yōu)良導(dǎo)熱性的絕緣膜，所以，其有著非常好的散熱功能，長(zhǎng)時(shí)間工作的情況下溫升不高，而且還具備了載流量提升的空間，并且在短期流過較大電流時(shí)不會(huì)被損壞。 所以，綜合考慮了成本費(fèi)用以及安全可靠性等各種因素之后，使用疊層母排要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他形式的母排。 3 總結(jié) 通過使用疊層母排，可以發(fā)現(xiàn)其具備了很多的優(yōu)點(diǎn)，但是相比較于普通銅排，在實(shí)際設(shè)計(jì)中疊層

8、母排也必須考慮一些問題。與其他形式的母排相比，疊層母排的制作成本稍高。除此之外，使用了疊層母排后更改銅排的結(jié)構(gòu)也極其不便。因?yàn)榧庸くB層母排的過程中必須開模具，所以如果更改銅排的結(jié)構(gòu)，就必須更改模具。假如對(duì)方案的更改要求比較多，就必須要重新開模具。因此，這就要求在完全制定銅排的設(shè)計(jì)方案之后，建議完全確定正樣階段以及銅排結(jié)構(gòu)之后，再進(jìn)行加工疊層母排的工作。 參考文獻(xiàn) 1張舟云，徐國(guó)卿，沈祥林.新型疊層功率母線在ev電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中的應(yīng)用j.電力電子技術(shù)，2005（01）. 2陳材，陳宇，裴雪軍，康勇.基于大功率逆變器igbt開關(guān)瞬態(tài)電壓、電流波形的雜散參數(shù)抽取方法j.電力電子，2010（03） . 作者單