Введение
Mersen — глобальный эксперт в области электроэнергетики и передовых материалов. Сегодня Mersen разрабатывает инновационные решения, направленные на удовлетворение конкретных потребностей своих клиентов, для того, чтоб они могли оптимизировать свой производственный процесс во многих секторах промышленности.
Задача
Не смотря на то, что провода и кабели могут создать надежное подключение, платформа ламинированных шин может обеспечивать несколько дополнительных преимуществ для более оптимизированного решения.
С увеличением мощности систем преобразования энергии, у конструкторов возникает потребность в способах оптимизации различных аспектов, таких как снижение занимаемой площади и повышение производительности. Традиционно промышленные системы преобразования энергии, такие как инверторы, преобразователи, выпрямители и приводы, используют стандартную проводку и кабели для подключения силовых и сигнальных цепей. Провода и кабели могут удовлетворить потребности в подключении, но специально разработанная платформа для шинных плат может принести несколько дополнительных преимуществ оптимизированного решения.
Ламинированные шины и их преимущества
Ламинированная шина представляет собой сконструированный компонент, состоящий из слоев заготовленной меди, разделенных тонкими диэлектрическими материалами, ламинированных в единую структуру. Ламинированные шины снижают затраты на систему, повышают надежность, увеличивают емкость и устраняют ошибки в подключении. Они также снижают индуктивность и сопротивление. Кроме того, физическая структура шин обеспечивает уникальные возможности в механическом дизайне. Многослойные шины обеспечивают структурную целостность, которую не могут обеспечить проводной метод подключения.
Рис. 1: Подход комплексной архитектуры Mersen
Напрямую к оптимальной конструкции
Имея более 100 лет опыта проектирования, производства и тестирования шин, инженеры Mersen создали мощную базу знаний, помогающую клиентам в отношении оптимизированной системы.
Инженеры Mersen могут работать с производителями инверторов на самых ранних этапах разработки, чтобы эффективно интегрировать пассивные компоненты, такие как охлаждение, ламинированные шины и предохранители в инвертор. Используя разнообразные инструментальные средства моделирования, инженеры Mersen могут оценить тепловые и электрические характеристики радиаторов и шин в общей конструкции инвертора. Такой подход называется «Интегрированная архитектура» и позволяет максимально оптимально использовать дизайн всей сборки инвертора путем поиска решений для охлаждения и шин, а также предохранителей для защиты полупроводников.
Оптимизация начинается с потребностей клиента
Так как каждая конструкция ламинированной шины может быть уникальной, прототип обычно создается до финального запуска производства. Для обеспечения максимально оптимальной конструкции, на стадии разработки общей концепции создается мультифизическая модель, таким образом, любые недостатки конструкции могут быть выявлены и устранены до запуска прототипа в производство.
Мультифизические инструменты включают механические, электрические и термические модели. На стадии моделирования рассматриваются два основных аспекта конструкции. Первый аспект касается необходимости оптимизации пространства в конечной сборке, а во втором аспекте рассматриваются ограничения, связанные с использованием разных разнородных материалов. В конструкции ламинированных шин основные характеристики это размеры пластин и всей сборки, внутренние соединения конфигурации, изоляционный материал и его толщина.
|
|
| Рис. 2: Термическое и электрическое моделирование ламинированной шины |
Тепловые характеристики — это ключевой фактор в ламинированных шинах. Инженеры Mersen могут проводить моделирование повышения температуры на прототипах шины. Инженеры моделируют эффект Джоуля, нагревая проводники, под напряжением, с концентрацией тепла на интерфейсах с силовыми модулями и конденсаторами. Процесс моделирования позволяет значительно сократить время разработки продукта. Процесс моделирования позволяет значительно сократить время разработки продукта.
Когда речь идет об электрическом моделировании, инженеры и технические специалисты моделируют разводку контактов для удовлетворения всех требований по очистке и утечке. Затем выполняется распределение тока, чтобы проверить соответствие допустимой плотности тока, чтобы ограничить самонагрев шины.
Тщательное тестирование проводится с каждым изделием перед отправкой для гарантии надежности. Помимо диэлектрической прочности или тестирования разрушения изоляции (также известный как «HiPot»), Mersen выполняет тестирование частичного разряда (PD) с использованием современной испытательной станции PD. Команда инженеров и контролеров качества Mersen использует технологиюи DFM (Design For Manufacturability), такие как FMEA (Failure Mode Analysis), для оценки каждого заказа для обеспечения плавного перехода без сбоев в течение всего процесса.
Инновации для лучшего обслуживания в будущем
Компания Mersen разработала несколько новейших инновационных технологий, для внесения дополнительных функций в концепцию ламинированных шин, чтобы лучше соответствовать определенным требованиям в специальных применениях и отраслях.
|
|
| Рис 3: Внутренняя высокая ° / Низкая индуктивность для силовых модулей |
Низкая индуктивность / Высокая температура ламинированных шин:
Сегодняшние производители высокочастотных широкополосных полупроводниковых устройств расширяют границы мощностей и возможности высокочастотного переключения в своих силовых модулях. В результате, критерии температуры и индуктивности в силовых модулях, таких как модули SiC или GaN, требуют лучших способов подключения самих модулей.
Компания Mersen разработала производственный процесс для применения в области высоких температур и диэлектриком с низкой индуктивностью и связанными с ними клеями, чтобы соответствовать новым ограничениям, возникающим в полупроводниках с широкой полосой пропускания и последних поколениях IGBT. В результате, наши ламинированные шины теперь могут работать при температуре до 220 ° C с индуктивностью до 35 нН и сроком службы 25 лет!
Мониторинг Ламинированных шин в батареях:
Чтобы справиться с растущим спросом на постоянный мониторинг напряжения и температуры в силовой электронике, таких как литий-ионные и ультраконденсаторные пакеты, компания Mersen разработала инновационную концепцию, которая объединяет в одном устройстве ламинированную шину, в виде гибкого провода, тепловой датчик и другие пользовательские электронные компоненты. Оно позволяет, с одной стороны, создавать как силовые соединения, так и осуществлять сбор сигналов из каждой ячейки независимо, поэтому состояние каждой ячейки передается в систему управления батареями через специальный разъем.
|
|
| Рис 4: Интеллектуальный мониторинг ламинированных шин для подключения аккумуляторных батарей |
Конструкция с низким частичным разрядом для управления высоким напряжением 5 кВ + точка разрыва:
Частичный разряд (PD) представляет собой локализованную диэлектрическую точку разрыва небольшой части твердой или жидкой электроизоляционной системы под высоким напряжением. Mersen работает над расширением своих возможностей, чтобы иметь возможность проектировать и изготавливать шины с низкой частичной разрядом для применений с напряжением до 5 кВ. Увеличение рабочего напряжения и испытание положительного частичного разряда могут в значительной степени способствовать длительному циклу работы ламинированной шины в условиях высокого напряжения. Это тестирование имеет решающее значение для производителей преобразователей и систем привода.
|
|
| Рис. 5: Оптимизированные шины с низкой частичной разрядкой |
|
|
| Рис 6: Шины с гибкими плавающими разъемами |
Ламинированные шины с гибкими плавающими разъемами:
Температура и механические воздействия окружающей среды (удар и вибрация) могут повредить устройства (конденсаторы, модули ...) в точках крепления. Чтобы избежать этого, Mersen предлагает различные конструкции плавающих соединителей, которые допускают механическое отклонение ± 1 мм с минимальным воздействием на электрическое сопротивление и индуктивность.
Обслуживание клиентов по всему миру
Mersen располагает потенциалом производства ламинированных шин по всему миру в трех специализированных объектах, сертифицированных по стандарту ISO 9001, охватывающих основные экономические регионы мира.
- Рочестер — Нью-Йорк в США — центр передового опыта для североамериканского рынка. Этот инновационный центр зарегистрирован AS9100C и сертифицирован ITAR.
- Анже — Франция — центр передового опыта для европейского рынка. Angers сертифицирован IRIS, чтобы лучше обслуживать железнодорожную отрасль.
- Шанхай — Китай является производственным объектом для обслуживания китайского рынка.
- Четвертый завод по производству в Индии. Выпуск первой продукции планируется на первое полугодие 2018 года.
Ультрасовременное производство металлов
Внутренний потенциал включают в себя: станции с ЧПУ, штамповочные прессы, прессовые тормоза с ЧПУ, гибочный пресс с ЧПУ. Наши процессы сборки металла включают ультразвуковую сварку, индукционную пайку, пайку горелки и сварку.
Покрытие металлом
Доступны многие отделочные покрытия: олово, олово-свинец, никель, медь, серебро и золото.
Основные параметры процессов плакирования контролируются на протяжении всего процесса, а окончание линейных испытаний включает измерения толщины.
Правильно подобранная изоляция
Изоляция, конечно, лежит в основе ламинированных шин и непосредственно влияет на электрическую целостность продукта. Используются различные типы изоляционных материалов: полиимид, ПВФ, ПЭТ, жесткая изоляция, эпоксидное стекло , GPO и фенол.
|
|
| Рис 7: Сборка агрегата |
Сборка и ламинирование
Выделенная производственная оснастка производится для ламинирования каждой из наших шин. Дополнительные аппаратные и межсетевые устройства и электрические компоненты могут быть установлены до или после ламинирования.
Полные или частичные услуги блочного монтажа
Опираясь на наш опыт в производстве и разработке ламинированных шин, охлаждении и предохранителей, а также опираясь на наши мультифизические инструменты моделирования, Mersen позиционируется в центре цикла проектирования инвертора. Теперь мы помогаем нашим клиентам извлекать выгоду от лучших пассивных устройств с помощью службы оптимизации дизайна и сборки, которая включает в себя:
- Оптимизация концепции и сокращение времени цикла проектирования, с проверкой и проверкой дизайна в наших лабораториях.
- Привилегированный доступ к основным компонентам (Охлаждение, ламинированная шина, конденсаторы, предохранителям и генераторам)
- Оптимизация цены / влияние масштаба на стоимость
- Общий подход к настройке: нет предварительно определенных технических особенностей.
От простого узла [шина + конденсатор] до полной сборки инвертора, Mersen является компетентным партнером для проектных компаний инверторов с ограниченной или отсутствующей производственной мощностью.
В заключение можно отметить, ламинированные шины превратились в неотъемлемый компонент и встроенную платформу для многих систем преобразования энергии, обеспечивая не только оптимизированную взаимосвязь, но и помогая производителям силовой электроники повышать пороговые значения производительности своих продуктов.
Автор: Д-р Филипп Руссель, вице-президент по глобальному стратегическому маркетингу Mersen
