Güç dağıtım barasının seçimi çok önemlidir, israf edilemeyecek kadar büyük veya ısı üretemeyecek kadar küçükse nasıl kırılır?
1 Akım taşıyan bara
Akım baradan geçtiğinde, iletken üzerinde bir akım yoğunluğu dağılımı oluşturulur. Şekil 1, simüle edilmiş bir bara plakasının akım yoğunluk değerini ve vektör dağılımını göstermektedir.
Şekil 1'de akımın iletkenin baş ucundan kuyruk ucuna doğru aktığı ve akım yoğunluğu vektörünün iletkenin içinde su akışı gibi dağıldığı açıkça görülmektedir. Mevcut yoğunluk vektörü bir "engel" ile karşılaştığında, onu nazikçe atlar ve ilerlemeye devam eder.
Bu makale "135 Editör" tarafından desteklenmektedir.
2 Baranın ısıtılması
Direnç, bir maddenin direnç özelliklerini ifade etmek için kullanılan fiziksel bir niceliktir ve iletkenin kendisinin temel özelliğidir ve sembolü ile temsil edilir. Lamine bara iletkenlerinden akım geçtiğinde belli bir miktar ısı üretilir. İletkenin birim hacminde üretilen ısı (yani ısıtma gücü yoğunluğu) formül (1) ile hesaplanabilir:
Formül (1) 'den görülebileceği gibi, aynı akım yoğunluğu dağılımı altında, iletkenin direnci ne kadar yüksekse, ısı üretimi o kadar büyük olur. Bu nedenle, sıcaklık artışının önemli bir kısıtlama olduğu lamine baraların tasarım sürecinde, düşük dirençli iletken malzemeler tercih edilmelidir. Busbar iletkenlerinin ısıtma gücü yoğunluğu ve kararlı durum sıcaklık artışı da yazılımla simüle edilebilir ve hesaplanabilir. Şekil 2, yukarıdaki bara iletkenlerinin simüle edilmiş ısıtma gücü yoğunluk dağılımıdır ve Şekil 3, simüle edilmiş 30 ortam ve doğal konveksiyon koşulları altında bara iletkenlerinin kararlı durum sıcaklık dağılımıdır.
Ek olarak, formül (1) 'e göre, direnç sabit olduğunda, iletkenin akım yoğunluğu ne kadar büyükse, ısı üretiminin de o kadar büyük olduğu sonucuna varılabilir. Aşağıdakiler, iletkenin akım yoğunluğunun kararlı durum sıcaklık artışı üzerindeki etkisini simüle edecektir: Şekil 4, ortasında dar bir kanala sahip bir bakır iletkenin simülasyon modelini ve sınır koşullarını göstermektedir.
Şekil 5, giriş akımı i 100A olduğunda bakır iletkenin ısıtma gücü yoğunluğunu ve kararlı durum sıcaklık dağılımını göstermektedir. Bakır iletkenin dar orta kısmının ısıtma gücü yoğunluğu ve sıcaklığının en yüksek olduğu görülmektedir. Kalabalık geçitler, tıpkı trafik sıkışıklığı gibi yüksek yoğunluklu akım dağılımına neden olur. Busbar iletkeninin sıcaklık artışının nasıl azaltılacağı, iletkenin akım yoğunluğunun makul bir şekilde nasıl tasarlanacağına dönüştürülür.
Şekil 6, simüle edilmiş bakır iletkenin giriş akımı i ile maksimum sıcaklığının eğrisini göstermektedir. Simülasyon, "direnç sabit olduğunda, iletkenin akım yoğunluğu ne kadar büyükse, ısı üretimi o kadar büyük olur" sonucunu doğrular.
Bu makale "135 Editör" tarafından desteklenmektedir.
3 Busbar optimizasyonu
Shanghai Yingfeng Electronics tarafından üretilen Lamine Busbar, düz bir iletken üzerine yapıştırıcı ile kaplanmış bir yalıtım filminden oluşmaktadır. Devrenin direnç değerini düşürmek ve iletkenin ısıl yayılma kapasitesini artırmak için, iletken malzeme olarak mümkün olduğunca yüksek iletkenliğe ve iyi ısıl iletkenliğe sahip bir metal seçmek gerekir. Lamine baranın iletkeni esas olarak bakırdır, bu da iletkenin en yüksek malzeme maliyetini karşıladığı anlamına gelir. Bu nedenle, bara tasarımını optimize etme sürecinde, baranın akım taşıyan performans gereksinimlerini karşılamak için mümkün olduğunca az iletken kullanılması gerekmektedir. Şekil 7, lamine bara plakaları için bir optimizasyon yöntemini göstermektedir Şekil 8, 9 ve 10, sırasıyla mevcut yoğunluk vektör dağılımını, ısıtma gücü yoğunluk dağılımını ve optimizasyondan önce ve sonra bara plakalarının sabit durum sıcaklık dağılımını göstermektedir.
Yukarıdaki simülasyon verilerinden, lamine bara plakalarının tasarımını optimize ederek, sol üst köşedeki elektronik "yürüme" olmadan büyük "hayalet kasaba" nın kesildiği görülebilir. Bakır malzemeden tasarruf etme öncülü altında, baranın akım taşıma performansı önemli ölçüde zayıflamaz. Bu nedenle, optimize edilmiş tasarım yöntemi, müteakip lamine bara tasarım sürecinde mühendisler için belirli bir yol gösterici öneme sahiptir.
Bu makale "135 Editör" tarafından desteklenmektedir.
4. Sonuç
Baranın elektrotermal kuplaj simülasyonu sayesinde, bara iletkeni içindeki akım (elektronlar) akışı açıkça görülebilir ve hatta iletkenin ısıtma gücü yoğunluğu ve kararlı durum sıcaklık dağılımı elde edilebilir. Elektron akışının yönü boyunca, Shanghai Yingfeng Electronics, lamine bara plakaları için optimize edilmiş bir tasarım yöntemi önerdi. Yöntem, mühendislere lamine baralar tasarlama konusunda rehberlik etmek ve şirketin enerji tasarrufu ve maliyet düşürmesini gerçekleştirmek için büyük önem taşıyan simülasyonla doğrulanmıştır.
