青島創統大功率變流器的IGBT功率器件在開關過程中,因電流快速變化,直流母線寄生電感和IGBT模塊自身電感產生的感應電壓會疊加在直流母線上,從而產生很高的尖峰電壓,造成嚴重的電磁干擾,而且會使器件過熱,甚至使IGBT失控損壞。因此必須將開關過程中產生的尖峰電壓限制在允許范圍內,減小直流回路功率母線的分布電感是降低尖峰電壓的有效方法。
為了連接直流濾波電容和IGBT功率器件,一是采用圓銅導線或者窄銅條,但這種辦法對于大功率變流系統來說,連接困難而且寄生電感大,二是采用層疊母線排,所謂層疊功率母排是把寬薄的銅排通過絕緣材料疊放在一起,正負母線排之間的距離相同,正負母線排流過相反的電流,其磁場相互抵消,相當于減小了寄生電感,因為層疊母排與功率器件之間的直接通過螺絲連接,兩者接觸電阻非常小,也使得寄生電感成數量級地減小。
因層疊母排材料為銅質,導電性能良好,則可認為電流均布,若定義l、b、w、a分別為層疊母排長、寬、厚、正負母排間距,μr為母排的磁導率,則層疊母排的電感L為:
通過式可知,為了使得電感L盡可能小,層疊母排必須采取長遠大于寬,寬遠大于厚的布局,且兩塊正負極板之間的距離越小越好。
根據電磁場理論,當母線排中有電流流過時,空間任何一點都產生了磁場。若空間某點的磁場用磁感的磁導率B來衡量,定義I為流過直流母線排的電流,l1,l2分別為正、負母排中心點到空間某點的距離,θ為該點到正負母線排中心點的連線的夾角。則空間任意一點的合成磁場B的幅值為:
由上式可知,當層疊功率母排電流一定時,若正負極板之間的中心距盡可能小,則可使得空間任意一點的合成磁場B盡可能小,所以說使用疊層功率母線除了使寄生電感減小外,還能使空間電磁干擾降低。根據這一原理,設計的直流層疊母排見圖1: