Vulgarisation des connaissances de l’industrie des jeux de barres laminés

 

La barre omnibus laminée est un composant de connexion électrique à structure composite multi-intégrée formé en laminant alternativement plusieurs couches de matériaux conducteurs et de matériaux isolants, puis en les solidifiant par pressage à chaud à haute température et haute pression. Structurellement, il est similaire à une « autoroute » dans un système de distribution d'énergie, intégrant plusieurs terminaux d'alimentation et nœuds d'entrée et de sortie dans une unité plate et compacte avec des chemins d'impédance à faible -. La valeur fondamentale du jeu de barres laminé est qu'en couplant étroitement les couches conductrices adjacentes, l'inductance parasite dans la boucle peut être considérablement réduite - ce paramètre atteint souvent des centaines de nanohenrys dans les faisceaux de câbles traditionnels, mais peut être réduit à de l'ordre de dix à dizaines de nanohenries dans la conception optimisée du jeu de barres laminé. La réduction de l'inductance parasite supprime directement la tension de crête générée par les dispositifs de puissance tels que les IGBT et les MOSFET lors d'une coupure à grande vitesse-vitesse-, protégeant ainsi efficacement les dispositifs à semi-conducteurs de puissance du risque de panne de surtension-. Dans le même temps, le contact étroit entre la couche conductrice et la couche isolante formera une capacité naturellement répartie entre les conducteurs adjacents.

 

Bien que cette capacité distribuée soit petite (généralement de plusieurs centaines de picofarads à plusieurs nanofarads), elle aide à filtrer le bruit de mode commun-dans les scénarios de commutation à haute-fréquence et améliore la capacité anti-interférences électromagnétiques-du système. De plus, les jeux de barres laminés présentent également des caractéristiques typiques telles que des performances électriques reproductibles (cohérence élevée des lots), une faible impédance CA (avantages particulièrement évidents dans les environnements harmoniques à haute fréquence -), une bonne conductivité thermique (la structure plate peut s'adapter à la surface du radiateur) et une installation simple et rapide (réduit le nombre de contacts et la charge de travail de serrage des vis). Dans l'ensemble, les jeux de barres laminés constituent une alternative systématique aux méthodes de câblage traditionnelles qui sont lourdes, longues- et sujettes aux erreurs de câblage. Ils sont particulièrement adaptés aux systèmes électroniques de puissance modernes avec une densité de puissance croissante. Dans la conception de structures composites multicouches, l'épaisseur, la largeur et l'épaisseur de la couche d'isolation de chaque couche de conducteurs doivent être soigneusement calculées en fonction du niveau de tension, de la valeur efficace du courant et de la fréquence de commutation pour garantir une distribution uniforme du champ électrique et une température de point chaud contrôlable.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Le cœur du jeu de barres laminé réside dans le laminage alterné précis de couches conductrices et de couches isolantes. La tolérance d'épaisseur de chaque couche de matériau conducteur (cuivre ou aluminium) est contrôlée à ± 0,05 mm pour garantir une distribution uniforme de la densité de courant. Dans les barres omnibus stratifiées multi-couches, l'épaisseur de la couche d'isolation entre les couches conductrices adjacentes n'est pas fixe, mais est conçue différemment en fonction de la différence de tension : par exemple, l'épaisseur de la couche d'isolation entre les barres omnibus CC positives et négatives est généralement de 0,2 à 0,5 mm, tandis que l'épaisseur de la couche d'isolation entre la barre omnibus CC et la terre peut être augmentée à 0,5–1,0 mm pour répondre à des exigences de tension de tenue plus élevées. La conception de la forme de la couche conductrice comprend également de nombreux détails : afin de réduire la concentration du champ électrique local, tous les coins pointus de la couche conductrice doivent être arrondis, avec un rayon typique d'au moins 1,5 mm ; dans les zones où des bornes de soudage ou de sertissage sont nécessaires, la couche conductrice sera localement épaissie ou renforcée pour empêcher les contraintes mécaniques de déformer la feuille de cuivre. Une fois la structure composite multi-couche laminée, la cohérence globale de l'épaisseur est contrôlée à ± 0,1 mm près. Cet indicateur affecte directement l'ajustement du jeu de barres dans le châssis.

 

Le traitement des bords est un détail clé qui détermine la résistance environnementale et la fiabilité à long terme du jeu de barres laminé. Pour les structures à bords ouverts-, la surface de coupe exposera l'interface en couches entre la couche conductrice et la couche isolante. Un processus de fraisage ou de meulage de précision est nécessaire pour éliminer les bavures d'adhésif qui débordent de la presse chaude et aligner les bords de toutes les couches avec un écart ne dépassant pas 0,2 mm. Pour les structures de scellement de bord-, l'adhésif de scellement de bord- doit recouvrir complètement toutes les interfaces exposées entre la couche conductrice et la couche isolante. La largeur du bord-scellé est généralement de 3 à 8 mm et l'épaisseur du bord-scellé est d'environ 0,3 à 0,8 mm. Les méthodes d'application de l'adhésif de scellement des bords comprennent la pulvérisation automatique, le revêtement par trempage ou la sérigraphie. Après l'application, il doit être pré-durci-à 60-80 degrés pendant 30 minutes, puis complètement durci à 120-150 degrés pendant 1-2 heures. La structure de type empotage est plus complexe : l'ensemble du jeu de barres laminé est placé dans un moule de précision, et une résine polyuréthane ou époxy à deux composants est injectée sous vide (degré de vide inférieur ou égal à 1mbar) pour éliminer complètement les bulles d'air. L'épaisseur de la couche d'empotage est généralement de 2 à 5 mm et elle atteint un niveau de protection IP54 ou supérieur après durcissement complet. Une section de scellement de bord qualifiée observée au microscope ne doit présenter aucun pore visible, aucun délaminage, aucune fissure et aucun espace de séparation entre le matériau de scellement de bord et le film isolant.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Le processus de fabrication des barres omnibus laminées implique plusieurs processus d’usinage de précision et de pressage à chaud. Les normes de contrôle des paramètres de processus et d'inspection des processus de chaque lien affecteront directement la sécurité électrique, la résistance mécanique et la fiabilité de fonctionnement à long terme du produit final. Les éléments suivants sont détaillés un par un dans l'ordre du déroulement typique du processus : Tout d'abord, les matières premières sont inspectées à leur arrivée. Les matériaux conducteurs en cuivre ou en aluminium doivent être mesurés pour la tolérance d'épaisseur (généralement à ± 0,05 mm), l'état de dureté et la finition de surface (pas de rayures, de taches d'huile, de points d'oxydation). Les films isolants doivent être testés de manière aléatoire pour leur épaisseur, leur rigidité diélectrique et leur retrait thermique, et les films adhésifs doivent être vérifiés pour leur durée de conservation et leurs données sur les éprouvettes de force de liaison. Deuxièmement, la couche conductrice est découpée et formée. Selon les graphiques de conception, des procédés de découpe laser (haute précision, sans bavures, adaptés aux petits lots ou aux formes complexes), d'estampage CNC (haute efficacité, adapté à la production de masse) ou de gravure chimique de précision (adaptés aux feuilles de cuivre extrêmement fines, sans contrainte mécanique) peuvent être utilisés. La couche conductrice coupée doit être ébavurée (brossage au rouleau, polissage magnétique ou ébavurage à l'eau à haute pression) pour éviter que des bavures pointues ne pénètrent dans la couche isolante adjacente. Pour les couches conductrices qui doivent être pliées, des moules spéciaux doivent être utilisés sur une machine à cintrer pour les former en séquence. Le rayon de courbure n'est généralement pas inférieur à 1,5 fois l'épaisseur du matériau pour éviter la fissuration du matériau en cuivre.

 

Troisièmement, le traitement de surface. La couche conductrice de cuivre est généralement étamée-(bonne soudabilité, coût modéré), nickelée-plaquée (résistante à l'usure-, résistante aux hautes-températures, adaptée au soudage ou au sertissage des bornes) ou argentée-plaquée (conductivité optimale, adaptée aux fréquences extrêmement élevées ou aux exigences de résistance de contact extrêmement faibles). La couche conductrice en aluminium est anodisée (pour former un film d'oxyde isolant) ou pulvérisée avec de la poudre isolante. Une fois le traitement de surface terminé, des tests d’adhérence et une inspection par échantillonnage de résistance de contact sont requis. Quatrièmement, préparez la couche isolante. Le film isolant est découpé avec précision (découpé au laser ou à l'emporte-pièce-) selon la forme conçue, en faisant attention à retirer la matière des trous de positionnement et des zones de sortie des bornes-. Le film adhésif est également découpé et pré-fixé à la surface de la couche conductrice ou isolante. Dans les jeux de barres empilés multi-couches, l'épaisseur de la couche d'isolation peut être différente selon les zones, ce qui doit être strictement distingué lors de la préparation de l'empilement. Cinquièmement, un assemblage en couches. Selon le tableau de séquence d'empilage, placez alternativement la couche conductrice, la couche isolante, le film adhésif et le dispositif de positionnement dans le moule de pressage à chaud, et assurez-vous que les positions des bornes, les trous de positionnement et les broches du moule sont alignés un par un. Cette étape nécessite un environnement relativement propre (une salle blanche de classe 10 000 ou une hotte locale à flux laminaire de classe 100 est recommandée) pour empêcher les particules de poussière de tomber entre les couches d'isolation et de provoquer une décharge partielle.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Avec leur densité de puissance élevée, leur structure compacte, leurs caractéristiques de faible impédance et leur excellente -fiabilité à long terme, les jeux de barres laminés ont été largement utilisés dans de nombreuses industries ayant des exigences élevées en matière de performances électriques, d'utilisation de l'espace et d'adaptabilité environnementale. Dans le domaine des transports, les jeux de barres laminés sont largement utilisés dans les connexions des circuits principaux des convertisseurs de traction du transport ferroviaire, des systèmes de contrôle électronique des véhicules à énergie nouvelle (y compris les contrôleurs de moteur, les boîtiers de distribution du système de gestion de batterie et les chargeurs embarqués), les unités d'alimentation auxiliaires des tramways et les jeux de barres de puissance dans les locomotives de traction. Ces applications sont généralement confrontées à des vibrations sévères, à de larges plages de températures (-40 degrés à 85 degrés ou même plus), à des cycles thermiques fréquents et à de fortes interférences électromagnétiques. La structure composite multicouche du jeu de barres laminé peut résister efficacement aux conditions difficiles ci-dessus et en même temps améliorer la stabilité de contrôle du système de traction en réduisant l'inductance parasite.

 

En termes de conversion d'énergie, les barres omnibus laminées conviennent aux connexions côté CC-et côté CA-des onduleurs solaires photovoltaïques, aux modules d'alimentation côté machine-côté réseau-des convertisseurs d'énergie éolienne, aux unités de convergence de clusters de batteries de systèmes de stockage d'énergie et aux systèmes de distribution de bus CC des onduleurs industriels. À mesure que les systèmes photovoltaïques et éoliens évoluent vers des niveaux de tension plus élevés (1 500 V CC) et une plus grande puissance de machine unique-, l'avantage de faible -impédance des jeux de barres laminés devient de plus en plus évident, ce qui peut réduire considérablement les pertes de ligne et améliorer l'efficacité globale du système. Dans l'industrie des communications et de l'informatique, le système de distribution d'énergie -48 V des stations de base de communication, le fond de panier de distribution d'énergie des grands serveurs de centres de données, l'interconnexion du fond de panier des routeurs principaux du réseau et les équipements de test d'imagerie médicale (tels que le module d'alimentation haute tension - de la partie rotative CT et la connexion de sortie de l'amplificateur à gradient IRM) ​​​​utilisent tous des barres omnibus laminées comme composants de connexion clés. Leur conception compacte libère un espace d'installation interne précieux tout en garantissant une transmission de signal et de puissance de haute fiabilité.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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