层叠母线计算方法

第29卷第2期2010年4月电工电能新技术Advanced Technology of Electrical Engineering and EnergyVol.29，No.2April 2010收稿日期：2009-07-21基金项目：国家自然科学重点资助项目（50737002）；台达电力电子科教发展计划资助项目（DRES2006001）作者简介：李方正（1973-），男，山东籍，博士研究生，研究方向为电力电子与电磁兼容；黄立培（1946-），男，江苏籍，教授/博导，博士，主要研究高性能交流电机控制和电力电子变换技术。

基于PEEC 模型分析的H 桥单元直流母线的改进设计李方正，孙旭东，黄立培（清华大学电机工程与应用电子技术系，电力系统国家重点实验室，北京100084）摘要：以广泛用于高压大容量功率变换的H 桥单元逆变器为研究对象，将其直流母线改进为层叠母排结构，基于部分单元等效电路（PEEC ）的方法建立了改进前、后母线的等效电路。

对母线PEEC 模型的等效参数进行分析表明，改进后母线的等效电感与等效电阻下降了一个数量级，而正负母线之间的等效电容增加了100倍以上。

计及直流滤波电容组参数的电路仿真表明，在同样的开关暂态电流激励下，母线结构改进后，暂态电压的上升率和峰值比改进前减小了50%以上。

试验与仿真结果符合较好，证明了改进是有效的。

关键词：直流母线；电磁干扰；部分单元等效电路（PEEC ）；变换器中图分类号：TM151文献标识码：A文章编号：1003-3076（2010）02-0005-041引言电力电子变换装置的应用范围日益广泛，几乎涉及到发电、输电、用电以及电能存储等有关各个领域。

在这些应用中，高压大功率变流技术是一个重要的发展方向。

随着装置的电压、容量的升高，开关器件产生的di /dt 、dv /dt 的绝对值也越来越高，这使得电磁干扰（Electromagnetic Interference ，EMI ）问题日益突出。

大功率变流器系统H桥低感叠层母线排设计大功率变流器系统H桥低感叠层母线排设计1 引言大功率变流器正在被越来越广泛的应用，其所使用的igbt越来越短的开关时间导致了过高的dv/dt和di/dt，这就导致了分布杂散电感对功率器件关断特性有更重要的影响。

叠层母排技术可以有效抑制igbt的过电压尖峰[1][2]。

近年来直流母线排的研究主要有两个方向:(1)由于开关频率越来越高，其母线排的高频模型变得非常重要。

在文献[3]中提出了直流母线排的高频模型，但是这些文章都采用了较小尺寸器件适用的peec 方法，通过建立等效电路得到母线排的高频模型，所得到的母线排模型应用范围比较狭窄，而且缺乏工程实用性。

(2)改变母线排形状以实现低电感。

有文献采用给现有母线排开狭长形缺口的方法以改变电流流向，但其减少母排电感的可靠性值得怀疑，因为母线排内的孔洞造成的涡流损耗和电流分布不均可能反而会增加母线排的电感。

本文从实际出发，针对80kva/400a变流系统h桥母线排提出一种新的优化设计方案，从igbt布局，母排结构设计，缓冲吸收电路选择等方面全方位保证母排电感参数达到最优，在实际应用中有很好的可行性和可靠性。

2 igbt并联均流设计随着市场对兆瓦级大功率变流器的需求激增，目前igbt并联方案已成为一种趋势。

因为igbt并联能够提供更高的电流密度、均匀的热分布、灵活布局以及较高的性价比(这取决于器件及类型)。

通过将小功率igbt模块(包括分立式igbt)、大功率igbt模块进行并联组合，可获得不同额定电流的等效模块，而且实现并联的连接方式也灵活多样。

以高压变频器中广泛采用的h桥拓扑结构功率单元为例，其并联实现可以用不同电路结构的igbt模块，如半桥“ff”、单个“fz”、四单元“f4”和六单元“fs”，如图1所示。

并联可降低模块热集中，使其获得更加均匀的温度梯度分布，较低的平均散热器温度，这有益于提高热循环周次。

因此，igbt并联是大功率设计应用的最佳解决方案之一。

大功率脉冲开关电源A型母排叠层方法使得低感叠层母排整体的厚度减少。

大功率开关电源叠层母排方法一种大功率开关电源B型叠层母排方法，即在大功率开关电源设计中，不用导线连接，而采用铜板连接，用铜板取代导线，铜板与铜板之间铜板之间都是相叠而安装的，完成了滤波电容，功率开关管或整流器多个器件的电气连接。

本发明减小了开关柜的体积，又减少了内部连线，达到了抑制电磁干扰的目的。

大功率脉冲开关电源A型母排叠层方法大功率脉冲开关电源A型母排叠层方法，其结构特征是：选用4个整流桥模块并联整流和2个IGBT模块输出主电路，主电路中滤波电容，功率开关管或整流器，电感或变压所述中间受电层受电隔离层的隔离后与所述正母线受电层或负母线受电层其中之一结合，所述中间受电层在一端引出按受电孔位进行对称分布的交流端子。

本实用新型的低感叠层母排采用完全平面式结构，使正负母线之间大范围、紧密、平整的叠在一起。

此外，上述低感叠层母排增加了交流层，并且将该交流层与正、负母线合成一个整体，使得低感叠层母排整体的厚度减少。

大功率开关电源叠层母排方法一种大功率开关电源B型叠层母排方法，即在大功率开关电源设计中，不用导线连接，而采用铜板连接，用铜板取代导线，铜板与铜板之间铜板之间都是相叠而安装的，完成了滤波电容，功率开关管或整流器多个器件的电气连接。

本发明减小了开关柜的体积，又减少了内部连线，达到了抑制电磁干扰的目的。

大功率脉冲开关电源A型母排叠层方法大功率脉冲开关电源A型母排叠层方法，其结构特征是：选用4个整流桥模块并联整流和2个IGBT模块输出主电路，主电路中滤波电容，功率开关管或整流器，电感或变压器放置靠近，并确定好这些器件的方向即在大功率开关电源设计中，电容板，A、B一种叠层母排边缘结构，包括：至少一层以上的导体层(200)、与导体层(200)相应的绝缘层(100)；所述的绝缘层(100)在导体层(200)的二侧；还包括：一个插入导体层(200)和绝缘层(100)之间的包覆层(300)；所述包覆层(300)与导体层(200)和绝缘层(100)两两之间粘合接触，包覆层(300)的端面(301)与导体层(200)和绝缘层(100)的边缘相平；本发明的有益效果是：通过采用导体边缘包覆的方式节省了空间，并能够保证更加可靠的绝缘。

叠层母排
1.定义：叠层母排又称复合母排，层叠母排，层叠母线排，复合铜排，英文叫Laminated Busbar，是一种多层复合结构连接排，可算是配电系统的高速公路。

与传统的、笨重的、费时和麻烦的配线方法相比，使用复合母线排可以提供现代的、易于设计、安装快速和结构清晰的配电系统。

具有可重复电气性能、低阻抗、抗干扰、可靠性好、节省空间、装配简洁快捷等特点的大功率模块化连接结构部件。

叠层母排优点：
●更少的总体成本
●很高的可靠性和安全性
●简洁紧凑的设计,节省内部空间
●降低杂散电感，降低尖峰电压保护IGBT
●更低的阻抗，
●无错误的安装
●量身定做的模块式结构, 便于安装和现场服务
●增加分布电容
●以更低的电压降实现高电流承载能力
●通常比电缆更容易散热冷却, 更小的温升
2.型号意义：
3.特性曲线
4.设计原理：。

母线如何计算公式母线是电力系统中的重要组成部分，它承担着输送电能的重要任务。

在电力系统中，母线的设计和计算是非常重要的，它直接关系到电力系统的安全和稳定运行。

在本文中，我们将介绍母线的计算公式和相关知识。

首先，我们来了解一下母线的基本概念。

母线是电力系统中的一种导电设备，它用于将发电厂产生的电能输送到变电站，再由变电站输送到用户。

母线一般由铝合金或铜制成，具有良好的导电性能和机械强度。

在电力系统中，母线一般分为主母线和联络母线两种，主要用于输送大电流，而联络母线用于连接各个设备。

在进行母线的计算时，我们需要考虑母线的电流负荷、温升、电压降等因素。

母线的电流负荷是指通过母线的电流大小，它直接关系到母线的截面积和导电能力。

母线的温升是指母线在输送电流时产生的热量，它会影响母线的导电性能和安全运行。

而母线的电压降是指母线在输送电能时产生的电压损失，它会影响电力系统的稳定性和能效。

接下来，我们将介绍母线的计算公式。

母线的截面积可以通过以下公式进行计算：\[ A = I / (K J \Delta T) \]其中，A表示母线的截面积，单位为平方米；I表示通过母线的电流，单位为安培；K表示母线的材料系数，一般为0.9；J表示母线的载流密度，一般为4A/mm2；ΔT表示母线的温升，单位为摄氏度。

母线的电压降可以通过以下公式进行计算：\[ U = I R \]其中，U表示母线的电压降，单位为伏特；I表示通过母线的电流，单位为安培；R表示母线的电阻，单位为欧姆。

母线的温升可以通过以下公式进行计算：\[ \Delta T = I^2 R t / (K A) \]其中，ΔT表示母线的温升，单位为摄氏度；I表示通过母线的电流，单位为安培；R表示母线的电阻，单位为欧姆；t表示母线的时间常数，一般为1小时；K表示母线的材料系数，一般为0.9；A表示母线的截面积，单位为平方米。

通过以上公式，我们可以对母线进行合理的设计和计算，确保母线在输送电能时能够安全、稳定地运行。

科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·120·2018年第08期文章编号：2095－6835（2018）08－0120－02复合母排几种特殊结构的优化设计李义（株洲中车时代电气股份有限公司，湖南株洲412005）摘要：针对多种有特殊要求的复合母排进行了分析，通过对试制过程中遇到的问题进行总结，结合理论，为今后的技术积累、产品批量生产提供了技术支持。

关键词：复合母排；孔心距；电子器件；结构设计中图分类号：TM244文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2018.08.120复合母排又称为层叠母排、层叠母线排、夹层汇流排、低感母排、电子母线等，被广泛应用在军工业、电动汽车、风力发电、轨道交通等领域中。

复合母排的外形轮廓尺寸、孔心距、铜塞连接位置等要依据电子器件的安装布局来设计，导致母排在设计时，常常会遇到一些特殊的外形轮廓、安装尺寸要求。

在这种情况下，需要优化结构设计来解决制造问题。

在产品的试制过程中会发现一些问题，需要结合自身的工艺水平，通过优化结构设计来解决这些问题。

1几种特殊结构优化设计1.1母排安装孔优化设计在设计安装孔时，为了防止母排表面绝缘膜被螺栓垫片或支撑柱破坏，应在安装孔两面粘贴绝缘垫片；为了防止绝缘垫片受力脱落，应将垫片设计得比绝缘环外径大。

安装孔优化设计如图1所示。

图1安装孔优化设计1.2折弯处让孔结构优化设计试验发现，当复合母排折弯让孔设计不合理、让孔接近折弯中线且处于折弯变形区域时，折弯时会导致让孔变形甚至胶膜拉裂。

由于母排工艺的限制，在折弯有让孔的母排时，为了防止孔在弯曲时产生变形，必须保证孔边缘距折弯变形区有一定的距离。

在折弯母排产品时，为了防止孔、槽在折弯时变形，必须使让孔不处于折弯的变形区域内，即必须至少保证导体层孔、槽的边缘到折弯中线的距离大于下模开口的50%.折弯处让孔优化设计如图2所示，L＞V/2，即在母排设计时，应保证L＞5t.图2折弯处让孔优化设计当由于母排安装条件的限制，安装孔位置无法挪动，而安装让孔与折弯中线的孔边距在理论设计值以内，即让孔处在折弯变形区域之内时，折弯时让孔会有变形的风险。

叠层母排投资项目可行性研究报告第一章叠层母排项目总论第二章叠层母排项目建设背景及必要性第三章叠层母排报告编写说明第四章叠层母排建设规模及产品方案第五章叠层母排项目节能分析第六章叠层母排环境保护第七章叠层母排项目进度规划第八章叠层母排投资估算与资金筹措第九章叠层母排经济效益分析第十章叠层母排项目评价第一章项目总论一、项目提出理由展望未来，工业制造业仍将在中国经济发展中发挥主导作用，并逐步实现从低端向中高端，从低成本生产要素向战略性新兴产业、高新技术产业的转变，最终由“中国制造”走向“中国创造”，从“工业制造业大国”转为“工业制造业强国”。

中国成为工业制造业强国的一个重要途径就是推进“新型工业化”。

２００２年召开的中共十六大，首次提出“走新型工业化道路”。

２１世纪的工业化与１８－１９世纪的工业化内涵已有很大不同。

信息技术的普及、２０世纪积累起来的科学知识和技术发明，使传统工业的面貌发生着巨大变化。

在新的全球产业竞争格局下，中国制造的优势何在？中国制造的升级之路如何实现？世界第一的制造业规模，门类齐全、独立完整的产业体系，强大的综合配套能力，亿万高素质的制造业大军，载人航天、超级计算机、高铁装备等若干具有国际竞争力的优势产业和骨干企业，以及13亿人的全球最大消费市场，这些仍然是中国制造在全球产业链中不可替代的优势和地位，是中国制造持续发展的动力，是建设制造强国的基础和条件。

二、项目基本情况（一）项目名称叠层母排投资项目（二）项目选址xxx产业示范基地昆山，位于江苏省东南部，是苏州市下辖县级市，总面积927.68平方公里，其中水域面积占23.1%。

昆山地处上海与苏州之间，北至东北与常熟、太仓两市相连，东与上海市嘉定、青浦两区交界，西与相城区、吴中区、苏州工业园区接壤，南部水乡古镇周庄镇与吴江区毗邻，通达浙江。

昆山是江苏省3个试点省直管县（市）之一，但行政区划属苏州市。

昆山连续多年被评为全国百强县之首。

昆山自秦代置娄县至今已有2200多年的历史。

IGBT模块低杂散电感叠层母排设计叠层母线用于实现电力电子产品中功率电路各组件的电气连接，通过采用正负极平行层叠分布的结构形式降低线路分布电感，从而降低功率元件两端的反向尖峰电压，降低功率器件对电压保护吸收电路的要求，提高功率器件运行的可靠性和稳定性，同时提高了电路的集成度，便于维修维护。

叠层母线具有以下优点：（1）低杂散电感，从而减少电压尖峰对元器件的损害，提高（延长）电子元器件的使用寿命；（2）具有最小的阻抗，降低连接组件两端的压降；可以降低系统噪音和电磁干扰、射频干扰；（3）方便安装和现场维护；（4）减少部件数量，增加系统可靠性；（5）简洁、美观。

目前BUSBAR已经被广泛应用于电力电子、航空航天、交通运输及军事等领域。

功率损耗与杂散电感的影响，V CE, I C, P v, E switch 的关系如下图：如果增加开关速度, 将减少开关损耗 E switch ：杂散电感对关断过程的影响：IGBT在关断时，由于直流环节的杂散电感，两端会出现过电压：加上直流母线电压后可能会导致Vce>Vcemax,从而使IGBT过电压损坏。

通过设计低电感的直流环节（较小的Lstray），可以使过电压显著减小。

电感：当线圈中有电流通过时，线圈的周围就会产生磁场。

当线圈中的电流发生变化时，其周围的磁场也产生相应的变化，此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势，这就是自感。

两个电感线圈相互靠近时，一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈，这种影响就是互感。

母线的电感：电感普遍存在与导电的导体。

通常叠层母线（BUSBAR）的物理尺寸是由系统决定的，元器件的位置是由BUSBAR的结构决定的。

为了尽量减少电感的影响，而又不会对系统整体装配有大的影响，可以通过缩短导体与导体之间隔开的间距来实现。

在系统或者部件允许范围内，导体也应该设计成尽可能的宽。

电感估算公式：其中：L=nH，l=导体长度，a=电介质厚度，b=导体宽度电容：电容（或称电容量）是表征电容器存储电荷本领的物理量。