Ανάπτυξη και Εφαρμογή τεχνολογίας Laminated Busbar σε Συστήματα Ενέργειας για Ηλιακά-συν-Οχήματα αποθήκευσης και νέας ενέργειας

Με την ταχεία ανάπτυξη της παραγωγής ενέργειας από φωτοβολταϊκά, τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, τα νέα ενεργειακά οχήματα και τα ηλεκτρονικά υψηλής ισχύος-, οι μετατροπείς ισχύος εξελίσσονται προς υψηλότερη πυκνότητα ισχύος, υψηλότερες συχνότητες μεταγωγής και μεγαλύτερη αξιοπιστία. Ενώ η απόδοση των συσκευών ημιαγωγών ισχύος συνεχίζει να βελτιώνεται, οι παρασιτικές παράμετροι που προκύπτουν από τη διάταξη του αγωγού, τις δομές διασύνδεσης και τη συσκευασία των συσκευών γίνονται όλο και περισσότερο κρίσιμοι παράγοντες που επηρεάζουν τη συνολική απόδοση του συστήματος.

 

Ως βασική δομή διασύνδεσης στο κύκλωμα ισχύος, ο ρόλος των ελασματοποιημένων ζυγών έχει επεκταθεί πέρα ​​από την απλή μετάδοση ισχύος για να συμπεριλάβει τον έλεγχο παρασιτικών παραμέτρων, τη θερμική διαχείριση και τον σχεδιασμό ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας (EMC). Ιδιαίτερα υπό συνθήκες μεταγωγής υψηλών-συχνοτήτων, η δομή του ζυγού επηρεάζει άμεσα την αδέσποτη επαγωγή του βρόχου μεταγωγής και την υπέρβαση τάσης κατά τη μεταγωγή συσκευών ισχύος. Συνεπώς, έχει καταστεί ζωτικής σημασίας στοιχείο στον δομικό σχεδιασμό των Φ/Β-συν-συστημάτων αποθήκευσης και των συστημάτων ηλεκτρικής κίνησης για οχήματα νέας ενέργειας.

 

 

 

Στα παραδοσιακά συστήματα ισχύος χαμηλής-συχνότητας, οι ζυγοί χειρίζονται κυρίως μετάδοση υψηλού- ρεύματος, με μηχανολογικά σχέδια που εστιάζουν στο ονομαστικό ρεύμα, την άνοδο της θερμοκρασίας, το διάκενο μόνωσης και τη μηχανική αντοχή. Ωστόσο, η υιοθέτηση συσκευών ημιαγωγών ισχύος-όπως τα IGBT και τα SiC MOSFET-με δυνατότητα μεταγωγής υψηλής-ταχύτητας έχει οδηγήσει σε σημαντικά υψηλότερους ρυθμούς μεταβολής για το ρεύμα και την τάση. Ως αποτέλεσμα, η παρασιτική επαγωγή που είναι εγγενής στους ίδιους τους αγωγούς ασκεί πιο έντονη επίδραση στη διαδικασία μεταγωγής.

 

Όταν υπάρχει σημαντική αδέσποτη αυτεπαγωγή στο κύκλωμα ισχύος, τα ταχέως μεταβαλλόμενα ρεύματα δημιουργούν μεταβατικές τάσεις στην επαγωγή. Η υπέρβαση τάσης μπορεί να αυξήσει την καταπόνηση τάσης στις συσκευές ισχύος και να προκαλέσει ταλαντώσεις υψηλών-συχνοτήτων και ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές. Επομένως, η μείωση της αδέσποτης επαγωγής του βρόχου εναλλαγής είναι ένας κρίσιμος σχεδιαστικός στόχος για τη βελτίωση της σταθερότητας των μετατροπέων υψηλής- ισχύος.

 

Δομικά, οι παραδοσιακές χάλκινες ράβδους ή οι συνδέσεις καλωδίων μονής στρώσης-συχνά απαιτούν μεγάλες διαδρομές ρεύματος και διατηρούν σημαντική απόσταση μεταξύ θετικών και αρνητικών ακροδεκτών, δημιουργώντας μεγάλες περιοχές βρόχου. Αντίθετα, οι πολυστρωματικές κατασκευές ελαχιστοποιούν την απόσταση μεταξύ θετικών και αρνητικών αγωγών, φέρνοντας τις διαδρομές ρεύματος που ρέουν σε αντίθετες κατευθύνσεις πιο κοντά. Αυτό ενισχύει το φαινόμενο ακύρωσης του μαγνητικού πεδίου, μειώνοντας έτσι την ισοδύναμη αδέσποτη αυτεπαγωγή ολόκληρου του κυκλώματος ισχύος.

 

Επί του παρόντος, οι πλαστικοποιημένοι ζυγοί χρησιμοποιούνται ευρέως σε μετατροπείς υψηλής-ισχύς, μετατροπείς, συστήματα μετατροπής ισχύος αποθήκευσης ενέργειας (PCS), ελεγκτές κινητήρα και συστήματα ηλεκτρικής μετάδοσης κίνησης για οχήματα νέας ενέργειας. Σε μετατροπείς υψηλής ισχύος-, οι πολυστρωματικές μπάρες χρησιμοποιούν μια συμπαγή, πολυεπίπεδη δομή για να συντομεύουν τους βρόχους ισχύος, παρέχοντας έτσι ένα πιο ελεγχόμενο περιβάλλον ηλεκτρικής σύνδεσης για συσκευές μεταγωγής υψηλής-ταχύτητας.

 

 

Οι ελασματοποιημένοι ζυγοί αποτελούνται συνήθως από πολλαπλά αγώγιμα μεταλλικά στρώματα και μονωτικά διηλεκτρικά στρώματα. Τα αγώγιμα στρώματα μπορεί να είναι κατασκευασμένα από υλικά όπως χαλκός ή αλουμίνιο, ανάλογα με τις απαιτήσεις του συστήματος για ρεύμα, τάση και μηχανική δομή. Τα μονωτικά στρώματα παρέχουν ηλεκτρική μόνωση μεταξύ των στρωμάτων εξασφαλίζοντας παράλληλα θερμική αντίσταση, ικανότητα αντοχής στην τάση και μηχανική αξιοπιστία.

 

Το χαρακτηριστικό χαμηλής-επαγωγής τους πηγάζει κυρίως από τη στενή σύζευξη μεταξύ θετικών και αρνητικών αγωγών. Όταν ρεύματα που ρέουν σε αντίθετες κατευθύνσεις διέρχονται από δύο στρώματα αγωγών, τα μαγνητικά πεδία που προκύπτουν κατευθύνονται επίσης αντίθετα. Επειδή η απόσταση μεταξύ των δύο διαδρομών ρεύματος είναι ελάχιστη, ένα σημαντικό μέρος της μαγνητικής ροής ακυρώνεται στον περιβάλλοντα χώρο, μειώνοντας έτσι την ενέργεια του μαγνητικού πεδίου που αποθηκεύεται στον βρόχο εναλλαγής.

 

Συνεπώς, παράμετροι όπως η απόσταση αγωγού, το πραγματικό μήκος βρόχου, το πλάτος του αγωγού και η διάταξη της διαδρομής ρεύματος είναι κρίσιμοι παράγοντες στο σχεδιασμό πολυστρωματικών ζυγών. Γενικά, η μείωση του μήκους του βρόχου, η ελαχιστοποίηση της αποτελεσματικής απόστασης μεταξύ θετικών και αρνητικών αγωγών και η βελτιστοποίηση του πλάτους του αγωγού συμβάλλουν στη μείωση της παρασιτικής επαγωγής.

 

Αυτό το δομικό πλεονέκτημα καθιστά τους πολυστρωματικούς ζυγούς κατάλληλους όχι μόνο για τυπική μετάδοση ισχύος αλλά και για συστήματα ηλεκτρονικών ισχύος που απαιτούν υψηλή δυναμική απόκριση. Για παράδειγμα, οι ελασματοποιημένοι ζυγοί χαμηλής-επαγωγής συχνά βελτιστοποιούνται δομικά για κυκλώματα μεταγωγής υψηλής-ταχύτητας, χρησιμοποιώντας σχέδια χαμηλής-επαγωγής για τον μετριασμό της υπέρβασης τάσης κατά την εναλλαγή της συσκευής.

 

 

 

Οι φωτοβολταϊκοί (PV) μετατροπείς και οι μετατροπείς αποθήκευσης ενέργειας συνήθως περιλαμβάνουν πολλαπλά κυκλώματα ισχύος, συμπεριλαμβανομένης της πλευράς DC, των μονάδων μεταγωγής ισχύος, των μονάδων φιλτραρίσματος και της πλευράς εξόδου AC. Καθώς οι ονομασίες ισχύος του συστήματος αυξάνονται, οι παραδοσιακές καλωδιώσεις και οι διακριτές χάλκινες συνδέσεις ζυγών αντιμετωπίζουν προκλήσεις όπως υπερβολικές απαιτήσεις χώρου, μεγάλες διαδρομές κυκλώματος και πολύπλοκη ηλεκτρομαγνητική σύζευξη.

 

Στα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, η έξοδος ισχύος DC από συστάδες μπαταριών απαιτεί μετατροπή ισχύος για ενσωμάτωση στο δίκτυο, τροφοδοσία φορτίου ή επαναφόρτιση. Οι γρήγορες, υψηλές-διακυμάνσεις του ρεύματος εντός του συνδέσμου DC επιβάλλουν αυστηρές απαιτήσεις στη δομή του διαύλου. Η υπερβολική απόσταση μεταξύ των μονάδων ισχύος και των πυκνωτών σύνδεσης συνεχούς ρεύματος μπορεί να αυξήσει την περιοχή βρόχου εναλλαγής, αυξάνοντας έτσι την αδέσποτη επαγωγή.

 

Συνεπώς, οι σύγχρονοι μετατροπείς ισχύος αποθήκευσης ενέργειας χρησιμοποιούν συχνά μια συντονισμένη διάταξη για πυκνωτές συνεχούς ρεύματος, μονάδες ισχύος και ζυγούς για να ελαχιστοποιούν{0}διαδρομές ρεύματος υψηλής συχνότητας και να επιτυγχάνουν στενή σύζευξη μεταξύ θετικών και αρνητικών ακροδεκτών μέσω πολυστρωματικών αγωγών. Για εξοπλισμό που απαιτεί ισορροπία μεταξύ υψηλής χωρητικότητας-μεταφοράς ρεύματος και αποτελεσματικής χρήσης χώρου, οι πολυστρωματικές ράβδοι διαύλου προσφέρουν μια συμπαγή λύση διασύνδεσης πολλαπλών-στρωμάτων.

 

Στα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας υψηλής-τάσης και σε εξειδικευμένα βιομηχανικά συστήματα ισχύος, ο σχεδιασμός των ζυγών πρέπει επίσης να λαμβάνει υπόψη το διάκενο της μόνωσης, την κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου, τη μηχανική τοποθέτηση και την ασφάλεια υπό μη κανονικές συνθήκες λειτουργίας. Επομένως, ο σχεδιασμός δεν μπορεί να επικεντρωθεί αποκλειστικά στη "χαμηλή επαγωγή". Αντίθετα, πρέπει να επιτευχθεί μια λογική ισορροπία μεταξύ των ηλεκτρικών, μονωτικών, θερμικών και μηχανικών χαρακτηριστικών απόδοσης.
 

 

 

Τα συστήματα ηλεκτρικής μετάδοσης κίνησης σε οχήματα νέας ενέργειας απαιτούν συνήθως διασυνδέσεις υψηλής ισχύος- μεταξύ μπαταριών, πυκνωτών, μετατροπέων και ελεγκτών κινητήρα σε περιορισμένο χώρο. Καθώς οι τάσεις της πλατφόρμας του οχήματος μετατοπίζονται προς υψηλότερα επίπεδα, τα κυκλώματα ισχύος απαιτούν όλο και περισσότερο χαμηλή αυτεπαγωγή, χαμηλές απώλειες και υψηλή ολοκλήρωση.

 

Στους ηλεκτρικούς μετατροπείς μετάδοσης κίνησης, οι ζυγοί πρέπει να χειρίζονται σημαντικά μεταβατικά ρεύματα διατηρώντας παράλληλα τις κατάλληλες χωρικές σχέσεις με τις μονάδες ισχύος, τους πυκνωτές ζεύξης DC και τα συστήματα ελέγχου. Οι πολυστρωματικές ράβδοι για ηλεκτρικά οχήματα χρησιμοποιούν πολυεπίπεδες δομές για να συντομεύουν τις διαδρομές ρεύματος και χρησιμοποιούν συμπαγείς διατάξεις για τη μεγιστοποίηση της απόδοσης χώρου στα συστήματα διασύνδεσης ισχύος.

 

Επιπλέον, οι ράβδοι διαύλου σε οχήματα νέας ενέργειας πρέπει να αντέχουν σε απαιτητικές περιβαλλοντικές συνθήκες, συμπεριλαμβανομένων των κραδασμών, του θερμικού κύκλου, των μηχανικών κραδασμών και των φορτίων συνεχούς ρεύματος. Σε σύγκριση με απλές μεθόδους καλωδίωσης, οι δομημένοι ζυγοί διευκολύνουν τυποποιημένα σχέδια για θέσεις τοποθέτησης, κενά μόνωσης και διεπαφές σύνδεσης.

 

Για διαφορετικά επίπεδα τάσης και λειτουργικά κυκλώματα, μπορούν να εφαρμοστούν πολυεπίπεδα σχέδια-που κατηγοριοποιούνται κατά θετικούς/αρνητικούς ακροδέκτες, ζεύξεις DC, εξόδους AC και διεπαφές ελέγχου- για τη βελτίωση της αρθρωτής διαμόρφωσης του συστήματος ηλεκτρικής διασύνδεσης. Μια καλά-σχεδιασμένη δομή ζυγού μειώνει τα περιττά σημεία σύνδεσης και ελαχιστοποιεί τον χώρο συναρμολόγησης που καταναλώνεται από πολύπλοκες πλεξούδες καλωδίωσης.

 

 

Με την πρόοδο των ηλεκτρονικών ισχύος υψηλής{0}τάσης, οι μετατροπείς πολλαπλών-επιπέδων χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο στην αποθήκευση ενέργειας, στους κινητήρες και στα βιομηχανικά συστήματα ισχύος. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές τοπολογίες δύο-επιπέδων, τα συστήματα τριών-επιπέδων διαθέτουν πιο πολύπλοκα κυκλώματα ισχύος και πολλαπλά επίπεδα δυναμικού. Συνεπώς, οι ζυγοί πρέπει να διαχειρίζονται τόσο τις απαιτήσεις διασύνδεσης όσο και μόνωσης σε πολλούς ηλεκτρικούς κόμβους.

 

Στην περίπτωση πολυστρωματικών ζυγών για μετατροπείς τριών-επιπέδων, τα πολλαπλά αγώγιμα στρώματα πρέπει συνήθως να διαμορφωθούν σύμφωνα με τη συγκεκριμένη τοπολογία για να διατηρούνται οι κατάλληλες χωρικές σχέσεις μεταξύ των διαδρομών ισχύος σε διαφορετικά δυναμικά. Η διαδικασία σχεδιασμού απαιτεί όχι μόνο την εξέταση της τρέχουσας-φορητικής ικανότητας κάθε στρώματος αγωγού αλλά και της παρασιτικής επαγωγής και της αμοιβαίας επαγωγής μεταξύ των στρωμάτων.

 

Η δομική συμμετρία είναι επίσης ζωτικής σημασίας για πολυστρωματικούς ζυγούς. Σημαντικές αποκλίσεις στα μήκη διαδρομής, τις περιοχές διατομής του αγωγού-ή τα σημεία σύνδεσης μεταξύ παράλληλων διακλαδώσεων μπορεί να οδηγήσουν σε άνιση δυναμική κατανομή ρεύματος μεταξύ των μονάδων ισχύος. Κατά τη διάρκεια-μακροπρόθεσμης λειτουργίας, αυτή η ανισορροπία μπορεί να εκδηλωθεί ως εντοπισμένες αυξήσεις θερμοκρασίας και διακυμάνσεις στην καταπόνηση των εξαρτημάτων.

 

Κατά συνέπεια, ο σχεδιασμός των πολυστρωματικών ζυγών απαιτεί μια ολοκληρωμένη ανάλυση που περιλαμβάνει τοπολογία ολοκλήρωσης κυκλώματος, τρισδιάστατη χωρική διάταξη και ηλεκτρομαγνητική προσομοίωση, αντί να βασίζεται αποκλειστικά σε δισδιάστατες μηχανικές διαστάσεις.

 

 

Το μονωτικό υλικό μέσα σε μια πλαστικοποιημένη ράβδο δεν χρησιμεύει μόνο για την απομόνωση στρωμάτων, αλλά επηρεάζει επίσης τις συνολικές δομικές διαστάσεις, την ικανότητα αντοχής στην τάση, τη θερμική απόδοση και τη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία. Σε συστήματα υψηλής-τάσης, ο σχεδιασμός της μόνωσης πρέπει να λαμβάνει υπόψη την τάση λειτουργίας, την παροδική υπέρταση, την απόσταση ερπυσμού, το διάκενο, τη θερμοκρασία και τις περιβαλλοντικές συνθήκες.

 

Ενώ η μείωση της απόστασης μεταξύ των στρωμάτων του αγωγού βοηθά στη μείωση της αδέσποτης αυτεπαγωγής, ταυτόχρονα δημιουργεί μεγαλύτερες απαιτήσεις στο σχέδιο μόνωσης. Επομένως, η απόσταση μεταξύ των στρωμάτων πρέπει να βελτιστοποιείται με βάση την τάση λειτουργίας και τις ιδιότητες του υλικού, αντί να ελαχιστοποιείται απλώς το πάχος της μόνωσης.

 

Για εφαρμογές που περιλαμβάνουν υψηλές τάσεις ή σκληρά περιβάλλοντα, οι δίαυλοι μετατροπέα με προστασία υψηλής τάσης-με προστασία από έκρηξη πρέπει επίσης να αντιμετωπίζουν πιθανούς κινδύνους όπως μη φυσιολογικά βραχυκυκλώματα, μερική εκφόρτιση, θερμική διαστολή και μηχανικό σοκ. Οι βασικές ιδιότητες μόνωσης-συμπεριλαμβανομένης της διηλεκτρικής αντοχής, της βαθμολογίας θερμοκρασίας και της μακροπρόθεσμης σταθερότητας-πρέπει να επαληθεύονται μέσω κατάλληλων δοκιμών.

 

Επιπλέον, περιοχές όπως τα άκρα του αγωγού, οι οπές των μπουλονιών, οι ακροδέκτες σύνδεσης και οι μεταβάσεις ενδιάμεσων στρωμάτων είναι επιρρεπείς σε συγκέντρωση ηλεκτρικού πεδίου. Απαιτούνται μέτρα όπως στρογγυλοποίηση, λοξότμηση, περιτύλιξη μόνωσης και δομική βελτιστοποίηση για τον μετριασμό της έντασης του τοπικού ηλεκτρικού πεδίου.

 

 

Αν και οι πολυστρωματικές ράβδοι προσφέρουν εξαιρετική χωρική ολοκλήρωση, η πολυστρωματική δομή τους αλλάζει τις διαδρομές μεταφοράς θερμότητας. Κατά τη διάρκεια-μακράς διάρκειας λειτουργίας με υψηλά ρεύματα, οι χάλκινοι ζυγοί παράγουν θερμότητα Joule, ενώ το στρώμα μόνωσης επηρεάζει την αγωγιμότητα της θερμότητας μεταξύ των διαφόρων στρωμάτων αγωγών.

 

Κατά συνέπεια, ο σχεδιασμός του ζυγού απαιτεί μια ολοκληρωμένη αξιολόγηση παραγόντων όπως το πάχος του αγωγού, η πυκνότητα ρεύματος, η θερμοκρασία περιβάλλοντος, οι μέθοδοι απαγωγής θερμότητας και η θερμική κατανομή των παρακείμενων στοιχείων ισχύος. Για εξοπλισμό υψηλής ισχύος, οι θερμικές προσομοιώσεις ή οι δοκιμές ανόδου της πραγματικής θερμοκρασίας- είναι απαραίτητες για την επαλήθευση της κατανομής της θερμοκρασίας σε διαφορετικές ζώνες.

 

Η υπερβολική τοπική πυκνότητα ρεύματος μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικά hotspot. Επομένως, το πλάτος του αγωγού και τα σημεία σύνδεσης θα πρέπει να βελτιστοποιηθούν για να διασφαλίζεται η ομοιόμορφη κατανομή του ρεύματος, αποτρέποντας το σημαντικό συνωστισμό ρεύματος σε βιδωτές συνδέσεις, στροφές ακροδεκτών και περιοχές με εγκοπές.

 

 

Καθώς το επίπεδο ολοκλήρωσης του ηλεκτρονικού εξοπλισμού ισχύος αυξάνεται, το να βασίζεσαι σε πλήρως τυποποιημένες διαστάσεις ράβδων διαύλου γίνεται όλο και πιο δύσκολο. Υπάρχουν σημαντικές διαφορές μεταξύ του εξοπλισμού όσον αφορά τις μονάδες ισχύος, τους πυκνωτές DC, τον χώρο εγκατάστασης και τις θέσεις διεπαφής. Έτσι, οι ζυγοί σχεδιάζονται συνήθως για να ταιριάζουν σε συγκεκριμένες τοπολογίες κυκλώματος και μηχανικούς περιορισμούς.

 

Η προσαρμοσμένη σχεδίαση υπερβαίνει την απλή προσαρμογή του μήκους ή του πλάτους. περιλαμβάνει πολλαπλές πτυχές, συμπεριλαμβανομένου του αριθμού των στρωμάτων αγωγού, του πάχους του χαλκού, των μονωτικών υλικών, των τύπων ακροδεκτών, των θέσεων οπών στερέωσης και των διαμορφώσεων κάμψης. Το "Customized Laminated Busbar for IGBT" αντιπροσωπεύει μια τυπική σχεδιαστική προσέγγιση όπου η δομή είναι προσαρμοσμένη ώστε να ταιριάζει με συγκεκριμένες διεπαφές μονάδας ισχύος και διατάξεις συστήματος.

 

Στην πρακτική μηχανική, η ανάπτυξη προσαρμοσμένων ράβδων διαύλου περιλαμβάνει συνήθως διάφορα στάδια: ηλεκτρική σχηματική επαλήθευση, τρισδιάστατο δομικό σχεδιασμό, ηλεκτρομαγνητική προσομοίωση, θερμική ανάλυση, κατασκευή πρωτοτύπων και δοκιμή/επικύρωση. Αυτή η διαδικασία επιτρέπει τον έγκαιρο εντοπισμό πιθανών ζητημάτων-όπως φυσικές παρεμβολές, υπερβολική αύξηση θερμοκρασίας, προβλήματα επαγωγής ή αστοχίες μόνωσης-πριν από τη μαζική παραγωγή.

 

 

Πέρα από τους τομείς της νέας ενέργειας και των βιομηχανικών μετατροπέων, οι πλαστικοποιημένοι ζυγοί υιοθετούνται όλο και περισσότερο σε τηλεπικοινωνιακά τροφοδοτικά, διακομιστές, κέντρα δεδομένων και συστήματα ισχύος- υψηλής πυκνότητας. Καθώς αυξάνεται η πυκνότητα ισχύος του υπολογιστικού εξοπλισμού, οι παραδοσιακές μέθοδοι καλωδίωσης και κατανεμημένων συνδέσεων αντιμετωπίζουν αυξανόμενες προκλήσεις σχετικά με τη χρήση του χώρου και την απόδοση της τρέχουσας διανομής.

 

Σε αρχιτεκτονικές ισχύος υψηλής-πυκνότητας, οι σύνθετες ράβδοι σύνδεσης πολλαπλών-επιπέδων επιτρέπουν την ενσωμάτωση πολλαπλών στρωμάτων δυναμικού σε μια συμπαγή δομή, διευκολύνοντας την κεντρική κατανομή ισχύος σε διάφορους κόμβους σύμφωνα με την τοπολογία του συστήματος. Τα κέντρα δεδομένων και ο τηλεπικοινωνιακός εξοπλισμός απαιτούν συνήθως υψηλή αξιοπιστία για συνεχή λειτουργία. Συνεπώς, ο σχεδιασμός της ράβδου πρέπει να αφορά όχι μόνο την τρέχουσα-φορητική ικανότητα αλλά και την αύξηση της θερμοκρασίας, τη μόνωση, το διάκενο συντήρησης και τη μηχανική αξιοπιστία. Οι συμπαγείς διαμορφώσεις ελασματοποιημένων συνδέσεων συμβάλλουν στην ελαχιστοποίηση της περίπλοκης καλωδίωσης και στη βελτίωση της οργάνωσης των συνδέσεων ισχύος μέσα στα ερμάρια του εξοπλισμού.

 

 

Τα συστήματα σιδηροδρομικής μεταφοράς χαρακτηρίζονται από υψηλές απαιτήσεις ισχύος, ανάγκη για υψηλή αξιοπιστία και πολύπλοκα περιβάλλοντα λειτουργίας. Τα εξαρτήματα ισχύος εντός των μετατροπέων έλξης πρέπει να λειτουργούν υπό συνθήκες που περιλαμβάνουν συχνούς κύκλους εκκίνησης-διακοπής και κυμαινόμενα φορτία. Επομένως, οι δομές σύνδεσης ισχύος πρέπει ταυτόχρονα να πληρούν τις απαιτήσεις για χαμηλή επαγωγή, υψηλή χωρητικότητα ρεύματος και μηχανική αξιοπιστία.

 

Οι πολυστρωματικές μπάρες είναι κατάλληλες για συμπαγείς συνδέσεις ισχύος σε εξοπλισμό μετατροπής ισχύος σιδηροδρομικής μεταφοράς. Οι βελτιστοποιημένες διατάξεις συντομεύουν τους βρόχους ισχύος και μειώνουν το αποτύπωμα χώρου που σχετίζεται με τις παραδοσιακές συνδέσεις καλωδίων.

 

Σε εξοπλισμό όπως βιομηχανικοί ηλεκτροκινητήρες μεταβλητής συχνότητας (VFD), ελεγκτές κινητήρα και τροφοδοτικά αδιάλειπτης ισχύος (UPS), οι ζυγοί διευκολύνουν την πλευρική μετάδοση ισχύος DC-και τη διασύνδεση των εξαρτημάτων μεταγωγής. Καθώς η πυκνότητα ισχύος του εξοπλισμού αυξάνεται, οι ζυγοί εξελίσσονται από απλά αγώγιμα εξαρτήματα σε λειτουργικά δομικά στοιχεία που αποτελούν αναπόσπαστο μέρος του συνολικού ηλεκτρικού, θερμικού και μηχανικού σχεδιασμού του συστήματος.

 

 

 

Καθώς οι ημιαγωγοί ευρείας διάκενου ζώνης-όπως το SiC και το GaN-βλέπουν ευρύτερη εφαρμογή, οι ταχύτητες μεταγωγής και οι συχνότητες λειτουργίας των συσκευών ισχύος θα συνεχίσουν να αυξάνονται. Συνεπώς, οι δομές σύνδεσης ισχύος θα πρέπει να παρουσιάζουν χαμηλότερες παρασιτικές παραμέτρους και ανώτερη απόδοση υψηλής-συχνότητας.

 

Μια βασική μελλοντική κατεύθυνση για την τεχνολογία πολυστρωματικών ζυγών είναι η περαιτέρω μείωση των βρόχων ισχύος και η βαθύτερη ενσωμάτωση πυκνωτών, αισθητήρων και άλλων λειτουργικών στοιχείων απευθείας στο συγκρότημα ζυγών. Ο από κοινού-σχεδιασμός δομικών, ηλεκτρικών και θερμικών πτυχών διαχείρισης επιτρέπει περαιτέρω αυξήσεις στην πυκνότητα ισχύος ολόκληρου του συστήματος μετατροπής ισχύος.

 

Ταυτόχρονα, η κατασκευή ζυγών θα βασίζεται ολοένα και περισσότερο στον ψηφιακό σχεδιασμό και την επικύρωση βάσει προσομοίωσης-. Τεχνικές όπως η τρισδιάστατη ηλεκτρομαγνητική προσομοίωση, η θερμική προσομοίωση και η μηχανική ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων (FEA) επιτρέπουν την πρόβλεψη βασικών μετρήσεων απόδοσης πριν από τη δημιουργία πρωτοτύπων, μειώνοντας έτσι το κόστος που σχετίζεται με επαναληπτικές τροποποιήσεις σχεδιασμού.

 

Όσον αφορά το πεδίο εφαρμογής,πλαστικοποιημένες μπάρεςθα συνεχίσει να επεκτείνεται σε τομείς όπως τα νέα ενεργειακά οχήματα, η αποθήκευση ενέργειας, οι βιομηχανικές μονάδες μεταβλητής συχνότητας, οι σιδηροδρομικές μεταφορές, τα κέντρα δεδομένων και τα τροφοδοτικά υψηλής-ηλεκτρικής ενέργειας. Η πρόταση βασικής αξίας τους θα μετατοπιστεί από την απλή συνδεσιμότητα υψηλού-σε ρεύματος σε χαμηλές παρασιτικές παραμέτρους, υψηλή ολοκλήρωση, υψηλή αξιοπιστία και λύσεις διασύνδεσης σε επίπεδο συστήματος-. Συνολικά, αν και οι πλαστικοποιημένοι ζυγοί είναι θεμελιώδη στοιχεία διασύνδεσης σε ηλεκτρονικά συστήματα ισχύος, ο δομικός σχεδιασμός τους επηρεάζει άμεσα την απόδοση μεταγωγής των συσκευών ισχύος, το EMI συστήματος, τη θερμική διαχείριση και τη μακροπρόθεσμη λειτουργική αξιοπιστία.

 

Για εξοπλισμό υψηλής-ισχύς, υψηλής-συχνότητας και υψηλής-τάσης, η σχεδίαση ζυγών έχει γίνει μια κρίσιμη διασταύρωση μεταξύ της ηλεκτρικής και της δομικής μηχανικής. Καθώς η νέα ενέργεια και ο ηλεκτρονικός εξοπλισμός υψηλής ισχύος{4} συνεχίζουν να εξελίσσονται προς υψηλότερες πυκνότητες ισχύος, οι τεχνολογίες ζυγών που επικεντρώνονται στη χαμηλή επαγωγή, την εξαιρετικά αξιόπιστη μόνωση, την ομοιόμορφη κατανομή ρεύματος και την αρθρωτή ολοκλήρωση θα γίνουν βασικοί τομείς για τη βελτιστοποίηση των συστημάτων διασύνδεσης ισχύος στο επόμενο στάδιο ανάπτυξης.