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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