Come bilanciare costi, induttanza parassita e capacità di resistenza alla tensione nelle sbarre collettrici laminate? Una guida alla selezione di ingegneria

Quando si scelgono le sbarre collettrici laminate, non ci si dovrebbe concentrare esclusivamente sul raggiungimento del prezzo più basso, dell'induttanza parassita minima o della tensione nominale più alta; è invece necessario determinare una struttura adeguata considerando la tensione operativa del sistema, la corrente, la frequenza di commutazione, lo spazio di installazione e i requisiti di isolamento. Per gli inverter IGBT, le unità PCS per l'accumulo di energia e le apparecchiature elettroniche di potenza ad alta-potenza, una sbarra collettrice laminata ben-progettata bilancia la necessità di soddisfare le specifiche di prestazione elettrica con il controllo dei costi dei materiali e di produzione.

 

 

Innanzitutto, l'area della sezione trasversale-e lo spessore del conduttore devono essere determinati in base alla corrente continua, alla corrente di picco e all'aumento di temperatura consentito. Sebbene l'aumento dell'area della sezione trasversale sia un modo comune per aumentare la capacità di carico di corrente delle sbarre in rame laminato, il semplice aumento dello spessore non è sempre ottimale; l'utilizzo eccessivo di materiale aggiunge peso e costi complicando al tempo stesso la produzione, quindi il design deve essere adattato ai requisiti di carico effettivi.

 

Per i dispositivi di commutazione ad alta-velocità come IGBT e componenti SiC, l'area del circuito di corrente influisce direttamente sull'induttanza parassita. Le sbarre laminate progettate per azionamenti di motori basati su IGBT- riducono al minimo i parametri parassiti del circuito accorciando il percorso di corrente tra i terminali positivo e negativo e ottimizzando la spaziatura tra gli strati, riducendo così i picchi di tensione e i problemi EMI durante la commutazione ad alta-velocità.

 

I requisiti di resistenza alla tensione determinano la struttura dell'isolamento. Le soluzioni di isolamento-come le sbarre isolate verniciate (VIB)- devono essere selezionate in base a fattori quali tensione nominale, spessore dell'isolamento, distanza superficiale, distanza elettrica e temperatura operativa. Per le applicazioni ad alta-tensione, l'approccio implica qualcosa di più del semplice aumento dello spessore dell'isolamento; bisogna inoltre considerare gli ingombri strutturali complessivi e l'effettivo ambiente di installazione.

 

 

Negli appalti reali, è consigliabile basare la progettazione sul principio di "soddisfare le specifiche piuttosto che perseguire parametri massimi". La progettazione delle sbarre laminate implica il bilanciamento di diversi fattori:

 

• Priorità-costi:Utilizzare un numero standard di strati e spessori adeguati dei conduttori che soddisfano i requisiti di resistenza a corrente e tensione, riducendo così al minimo l'utilizzo di materiale e le fasi di lavorazione non necessarie.

 

• Priorità a bassa-induttanza:Ridurre al minimo la distanza tra i terminali positivo e negativo e ridurre l'area del circuito di corrente; questo approccio è adatto per i moduli di potenza IGBT e SiC ad alta velocità-.

 

• Priorità di resistenza alla tensione-:Selezionare i materiali e gli spessori isolanti in base alla tensione del sistema, controllando rigorosamente le distanze superficiali e le distanze elettriche.

 

• Priorità-spazio:Per le apparecchiature compatte, utilizza una struttura multi-strato per ottenere la distribuzione della corrente in uno spazio di installazione limitato.

 

Pertanto, il design ottimale per le sbarre laminate che collegano IGBT e banchi di condensatori non è necessariamente quello con il prezzo più basso o le prestazioni più elevate; piuttosto, è la soluzione che riduce al minimo i materiali e i processi di produzione non necessari soddisfacendo al tempo stesso i requisiti di corrente, induttanza diffusa e isolamento.

 

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I materiali costituiscono una parte significativa dei costi. Mentre le sbarre in rame per applicazioni di energia alternativa offrono un'elevata conduttività elettrica, altri materiali conduttori possono essere valutati in base ai requisiti attuali e strutturali per applicazioni in cui peso e costo sono fattori critici.

 

Anche lo spessore del conduttore influisce direttamente sul consumo di materiale e sui costi di lavorazione. Per le sbarre laminate utilizzate con circuiti stampati IGBT ad alta-corrente, lo spessore deve essere determinato in base alla corrente effettiva, all'aumento della temperatura e ai vincoli di spazio di installazione, anziché semplicemente aumentando l'area della sezione trasversale-.

 

I materiali isolanti influiscono anche sul costo e sulle dimensioni del prodotto. Applicazioni come sbarre collettrici laminate per condensatori di supporto CC (che utilizzano dielettrici in film di polipropilene) richiedono la selezione di schemi di isolamento appropriati in base ai valori di tensione, ai requisiti di temperatura e alle strutture interstrato per evitare un'eccessiva-ingegneria.

 

I processi di produzione determinano il costo di produzione di strutture complesse. Le sbarre laminate per inverter fotovoltaici possono comportare più passaggi-come stampaggio, lavorazione CNC, saldatura e laminazione; pertanto, ridurre al minimo fori, piegature e giunti saldati non necessari durante la fase di progettazione aiuta a ridurre i costi di produzione e migliora l'uniformità del lotto.

 

 

Quando acquistano sbarre collettrici per l'elettronica di potenza, i professionisti dell'approvvigionamento dovrebbero guardare oltre i semplici preventivi di prezzo unitario e verificare se il fornitore può partecipare alle valutazioni ingegneristiche in fase iniziale-. I produttori con funzionalità Design for Manufacturability (DFM) possono identificare tempestivamente problemi strutturali e di fabbricazione analizzando disegni 2D/3D, specifiche di corrente e tensione e vincoli di spazio di installazione.

 

Anche le capacità di produzione influiscono direttamente sui risultati finali della consegna. La produzione di sbarre laminate per azionamenti di motori ed elettronica di potenza coinvolge tipicamente processi quali stampaggio di precisione, lavorazione CNC, laminazione dell'isolamento e saldatura laser o a resistenza; le attrezzature di produzione e le capacità di controllo del processo di un fornitore sono fattori critici che determinano la coerenza del prodotto.

 

I protocolli di gestione della qualità dovrebbero comprendere materiali, dimensioni, prestazioni elettriche e tracciabilità dei lotti. Per le sbarre laminate utilizzate nei collegamenti CC di condensatori di potenza, le aree chiave da verificare durante l'approvvigionamento includono l'ispezione dei materiali, i controlli dimensionali, i test di resistenza alla tensione di isolamento, l'ispezione dei giunti di saldatura e la conformità agli standard di gestione della qualità come ISO 9001 e IATF 16949.

 

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Passaggio 1 -Determinare la corrente
Definire la corrente continua, la corrente di picco e l'aumento di temperatura consentito.

 

Passaggio 2 -Determinare la tensione
Definire la tensione nominale, la classe di isolamento e i requisiti di tensione di resistenza.

 

Passaggio 3 -Determinare i requisiti di induttanza
Valuta se è necessaria una struttura a bassa-induttanza in base alla frequenza di commutazione IGBT/SiC.

 

Passaggio 4 -Ottimizza la struttura
Determinare lo spessore del conduttore, il numero di strati, la spaziatura tra gli strati, il posizionamento dei terminali e il metodo di montaggio.

 

Passaggio 5 -Calcolare i costi di produzione
Valuta l'impatto sui costi di materiali, stampaggio, saldatura, isolamento e lavorazione CNC.

 

Passaggio 6 -Convalida del campione
Verificare il progetto attraverso test dimensionali, di isolamento, elettrici e di aumento della temperatura prima di procedere alla produzione di massa.

 

Per applicazioni di elettronica di potenza industriale-comeSbarre laminate-questo approccio di selezione consente di allineare i requisiti tecnici e i costi di approvvigionamento nelle prime fasi della fase di sviluppo del prodotto, riducendo così al minimo la necessità di successive modifiche degli strumenti e cambiamenti strutturali.

 

 

Se stai sviluppando inverter IGBT, PCS per l'accumulo di energia o altre apparecchiature elettroniche di potenza ad alta-potenza, puoi fornire i disegni dei prodotti insieme alle specifiche relative a tensione, corrente e spazio di installazione; il nostro team di ingegneri valuterà quindi la struttura laminata, i materiali e le soluzioni di produzione in base a questi parametri effettivi.