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领先一小步,成就一大步:率先引进叠层母排技术,打造新一代变频器
发布时间:2016-06-05        浏览次数:410        返回列表
 在变频器功率回路中,功率母线浪涌电压主要有IGBT的关断浪涌电压和续流二极管的恢复浪涌电压。浪涌电压产生的原因在于变频器功率回路中存在分布电感Lp(如直流母线的分布电感,功率器件内部的分布电感等),当功率器件在驱动电路作用下发生功率回路的换流时,流过分布电感的电流i发生突变di/dt,分布电感将产生阻止电流改变的电压。该电压与直流母线电压迭加并以浪涌电压的形式加在功率器件的两端,对功率开关和电动机绝缘构成威胁,分布电感量越大,负载电流越大,功率开关的电流下降时间越短,这种危害就越严重,且这种危害不会因为功率开关器的选择而消失。

 

 

传统的分立式铜排,寄生电感量过大,在功率开关关断瞬间产生的瞬态电压与直流回路电压叠加,对功率开关和电动机绝缘构成威胁,同时还会降低IGBT输出效率;频率越高,损耗越大。

 

一、应需而生的叠层母排技术

为解决浪涌电压所引起的一系列问题,关键在于减少变频器功率回路中存在分布电感。合康变频前瞻行业发展趋势,率先引进该叠层母排技术,能有效减少分布电感,降低由于电压击穿而引起的开关元件损害概率。该叠层母排由扁平铜导体和涂有薄粘胶的绝缘膜构成,可实现各电极之间充分重合和绝缘层与电极之间的完全密封。采用用叠层母排后,同一回路的正负导体压合在一起,正负极磁场方向相反,分布电感相互抵消(如下图),从而减小分布电感,防止功率半导体元件开关时叠层母排上形成的浪涌电压击穿元器件,减小或省掉旁路电容,让功率元件发挥出最大的功效。

 

 

二、叠层母排其它优势:

1.低局部放电

局部放电是指绝缘内部产生的局部漏电现象。局部放电的成因有:高电压(大于等于直流1kV);不同电压等级间的内绝缘和铜板间有气隙。局部放电会导致系统绝缘快速老化,5年左右失效,这将是高压变频器的一个严重的安全隐患。叠层母排的绝缘层和铜板间用胶粘剂热压后完全贴合,无任何气隙。出厂前可100%局部放电率测试,绝缘寿命超过20年,在整个变频器使用过程中免维护,解决了长时间工作后变频器的安全隐患。

2.低阻抗,高容值

较低的阻抗能够以更低的电压降实现高电流承载能力,加上较高的容值能更多了储存热能,所以叠层母排比分离的散铜排更容易散热冷却,可以有效的降低系统温升。

3.对抗恶劣环境

使用传统分离式母排,振动、盐雾、冰雪天气和粉尘会对母排构成安全威胁:长期振动可能造成分离式母排连接处松动解体,海上的潮气如渗入绝缘将导致层间击穿,粉尘累积可能导致爬电击穿,冰雪天气可能使铜排间受潮凝露导致爬电击穿等。而使用叠层母排,高强度整体粘结保证长期不松动,同等电流下可以使铜排尽量减薄,用弹性补偿振动影响,全密闭结构防止潮气渗入,绝缘材料封装消除了爬电击穿的威胁,这些均表明使用叠层母排可以整体提高系统对抗恶劣环境的能力,使我们的变频器在恶劣环境中能更好的运行。

通过对分离式铜排和叠层母排分别做ansys仿真分析进行对比(如下图),进一步验证叠层母排在电感温升、降低分布电感等方面的优势。

 

 

母排大小:正负极均为300mm×24mm×2mm,模拟只连接一个电容时的温升及分布电感,电容引脚距离32mm。分布电感大小:168.17nH

 

 

叠层母排大小:正负极均为300mm×56mm×1mm,模拟只连接一个电容时的温升及分布电感,电容引脚距离32mm。分布电感大小:27.24nH

 

三、结论

叠层母排技术是电力电子行业的一次创新,更是变频器行业的一次革命,从此淘汰了杂乱,难以安装维护的散铜排,变频器变得更加稳定和简单实用。合康变频敏锐的意识到了叠层母排产品对于变频器行业的影响,在国内变频器行业还在观望的情形下,毅然投入叠层母排技术的研究,并取得了令人兴奋的成绩。合康迈出了一小步,变频器行业迈出了一大步,合康人勇于创新的精神将带领变频器行业越走越远……




 

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