電源轉(zhuǎn)換行業(yè)在產(chǎn)品性能、成本和制造質(zhì)量方面承受著越來越大的壓力。這一趨勢給轉(zhuǎn)換器子組件帶來了具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)限制，導(dǎo)致效率、可靠性和成本效益下降。

　　設(shè)計(jì)合理的互連 LBB 可以有效減輕高功率轉(zhuǎn)換器的過沖電壓、電磁干擾、開關(guān)損耗和熱應(yīng)力。此步驟是強(qiáng)制性的，以避免可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器故障的關(guān)鍵故障。（圖 1）。

　　圖 1.尺寸過小的元件對(duì)轉(zhuǎn)換器質(zhì)量的影響。圖片由 Bodo's Power Systems 提供
　　隨著電壓水平的升高，多電平轉(zhuǎn)換器拓?fù)涫窍拗?dv/dt 應(yīng)力的解決方案，但這會(huì)使機(jī)械設(shè)計(jì)和每個(gè)導(dǎo)體之間電氣交互的定義復(fù)雜化。
　　可靠、準(zhǔn)確地確定這些參數(shù)對(duì)于緊湊性、安全性、電氣穩(wěn)健性以及熱和磁性能問題至關(guān)重要。
　　母線計(jì)算器?是 LBB 制造商 MERSEN 和 GT-PowerForge 軟件開發(fā)商 GAMMA TECHNOLOGIES 合作的成果，是一款提出了一種創(chuàng)新方法的軟件，可以快速、高效、準(zhǔn)確地收集轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行條件。
　　在部分中，詳細(xì)介紹了主要的 LBB 設(shè)計(jì)約束。在第二部分中，詳細(xì)介紹了基于軟件的解決方案如何幫助收集約束。
　　母線約束
　　如圖 2 所示，開關(guān)器件以各種頻率工作，從而產(chǎn)生與換向電流環(huán)路 （CCL） 的總雜散串聯(lián)電感成比例增加的電壓峰值。為了防止轉(zhuǎn)換器超過擊穿電壓，需要將雜散電感降至。該參數(shù)取決于互連的幾何形狀和結(jié)構(gòu)，例如母線，如圖 3 所示。

　　開關(guān)頻率從幾到幾百 kHz 會(huì)產(chǎn)生電流諧波，需要確定這些諧波是否適合熱問題。事實(shí)上，如果 LBB 導(dǎo)體沒有得到很好的冷卻或設(shè)計(jì)，由于趨膚和鄰近效應(yīng)，這些諧波可能會(huì)使系統(tǒng)過熱。

　　圖 2. 電感對(duì)浪涌電壓的影響。圖片由 Bodo's Power Systems 提供

　　圖 3.轉(zhuǎn)換器的電氣圖。圖片由 Bodo's Power Systems 提供

　　為了說明這種現(xiàn)象，圖 4 顯示了在 70 °C 時(shí)電流密度映射、熱加熱和溫度與通過銅排的電流頻率的函數(shù)關(guān)系。

　　圖 4.不同頻率下電流密度和熱熱的趨膚效應(yīng)。圖片由 Bodo's Power Systems 提供
　　這些結(jié)果來自 Comsol Multiphysics，這是一款跨平臺(tái)的有限元分析、求解器和多物理場仿真軟件。
　　可以觀察到，高頻時(shí)邊緣的電流密度高于低頻，它會(huì)導(dǎo)致熱點(diǎn)區(qū)域的溫度升高 35 °C，這可能會(huì)使 LBB 分層，并終導(dǎo)致導(dǎo)體短路。
　　更一般地說，dv/dt 增加的趨勢會(huì)誘發(fā)臨界事件，如局部放電 （PD） 和電氣擊穿。因此，有必要為正確的應(yīng)用參考正確的標(biāo)準(zhǔn)，以正確定義電氣測試電壓和絕緣協(xié)調(diào)，包括電氣間隙和爬電距離。

　　必須區(qū)分電氣間隙和爬電距離，如圖 5 所示。具有足夠的絕緣距離可以防止氣隙電離以及隨后的閃絡(luò)或電氣跟蹤故障。

　　圖 5.表示間隙和爬電距離。圖片由 Bodo's Power Systems 提供
　　LBB 設(shè)計(jì)過程中的所有這些關(guān)鍵要素（電感、熱加熱、PD、絕緣距離）都會(huì)導(dǎo)致相反的要求，應(yīng)特別注意熱、電和磁約束之間的折衷。任何類型的偏差都可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器立即或延遲故障，從而可能造成人為風(fēng)險(xiǎn)。
　　目前，沒有轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)工具會(huì)考慮將所有元件將無源和有源元件互連在一起，以實(shí)現(xiàn)更好的設(shè)計(jì)過程和優(yōu)化。
　　使用母線計(jì)算器?，可以將轉(zhuǎn)換器的完整工作條件以及技術(shù)和環(huán)境互連要求作為輸入條件，以計(jì)算設(shè)計(jì) LBB 所需的轉(zhuǎn)換器輸出。它努力通過其完整設(shè)計(jì)的所有利益相關(guān)者標(biāo)準(zhǔn)化和傳達(dá)母線排技術(shù)要求，并在設(shè)計(jì)階段開始時(shí)考慮約束條件。整體將在下一節(jié)中解釋。
　　Mersen 母線計(jì)算器?
　　什么是 GT-PF 插件，母線計(jì)算器?？

　　所介紹的母線 App 母線計(jì)算器?基于 GT-PF，GT-PF 是 GT 開發(fā)的多物理場求解器，處理電氣、熱和磁物理，以涵蓋電源轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。

　　圖 6.母線應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。圖片由 Bodo's Power Systems 提供
　　MERSEN 在 GT-PF 上添加了母線計(jì)算器?應(yīng)用程序，計(jì)算 LBB 的關(guān)鍵電氣規(guī)格，提供所有值，幫助設(shè)計(jì)人員在幾十秒內(nèi)制作各種轉(zhuǎn)換器拓?fù)渲械哪妇€。
　　母線計(jì)算器?中的輸入條件
　　為了以化的方式設(shè)計(jì) LBB，必須收集設(shè)計(jì)所需的所有工作參數(shù)，從轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用領(lǐng)域開始。例如，考慮用于鐵路應(yīng)用的轉(zhuǎn)換器。通過對(duì)圖 6 中母線應(yīng)用的所有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析和分類，可以選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)來正確定義絕緣配合和鑒定測試。
　　除航空外，每個(gè)申請(qǐng)至少有一個(gè)專用標(biāo)準(zhǔn)，允許定義：
　　電氣間隙和爬電距離
　　介電測試
　　清除率測試
　　校正系數(shù)取決于海拔高度

　　根據(jù)應(yīng)用的不同，該設(shè)備不會(huì)受到相同的環(huán)境限制和設(shè)計(jì)要求變化的影響。例如，在 5 kV 且過電壓類別為 3 時(shí)，間隙距離可以隨 x4 比率變化，如圖 7 所示。

　　圖 7.針對(duì)不同應(yīng)用的間隙計(jì)算。圖片由 Bodo's Power Systems 提供
　　對(duì)于航空設(shè)備，對(duì)間隙應(yīng)用校正系數(shù)以考慮高度（或壓力），但沒有專門的標(biāo)準(zhǔn)有助于定義低壓氣氛的電氣測試以鑒定產(chǎn)品。對(duì)于高測試電壓 （> 5 kVrms），標(biāo)準(zhǔn)不是自給自足的，必須通過內(nèi)部設(shè)計(jì)規(guī)則調(diào)整設(shè)計(jì)以加強(qiáng) LBB 的絕緣部分。

　　然后，轉(zhuǎn)換器的電氣運(yùn)行參數(shù)對(duì)于正確確定開關(guān)元件互連的尺寸至關(guān)重要。還必須填充轉(zhuǎn)換器拓?fù)浜烷_關(guān)頻率，以便軟件正確計(jì)算每個(gè)分支中的電壓和電流。（圖 8）。

　　圖 8.三相 DC/AC 轉(zhuǎn)換器拓?fù)涞碾姎夤ぷ鲄?shù)。圖片由 Bodo's Power Systems 提供
　　在此示例中：
　　Udc = 2000 V + Uac = 400 V
　　功率 = 200 kW
　　開關(guān)頻率 = 20 kHz
　　3 電平 T 型轉(zhuǎn)換器拓?fù)?br>

　　從轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)階段的一開始，就必須填充構(gòu)成 LBB 的導(dǎo)體和轉(zhuǎn)換器環(huán)境，以將所有約束因素一起考慮，從而優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)。（圖 9）。

　　圖 9.用于 3D 模型定義的母線設(shè)計(jì)元素。圖片由 Bodo's Power Systems 提供

　　Bus Bar Calculator 中的輸入編譯只需 10 到 30 秒。顯示的個(gè)信息是圖 10 中轉(zhuǎn)換器的電氣原理圖。

　　圖 10.由 GT-PF 生成的 3 電平 T 型轉(zhuǎn)換器拓?fù)涞碾姎庠韴D。圖片由 Bodo's Power Systems 提供

　　母線計(jì)算器?的輸出

　　單擊每個(gè)節(jié)點(diǎn)，提供通過所考慮節(jié)點(diǎn)的交流和直流電壓和電流。它還顯示通過每個(gè)導(dǎo)體的 RMS 電流值，如圖 11 和傅里葉變換所示，考慮到集膚和鄰近效應(yīng)對(duì)熱的影響，這是非常必要的。

　　圖 11.通過所有導(dǎo)體的 RMS 電流表值。圖片由 Bodo's Power Systems 提供

　　互連中每個(gè)導(dǎo)體之間的和重復(fù)峰值電壓（用于計(jì)算絕緣距離和電氣測試）總結(jié)在一個(gè)表格中，以簡化和加快設(shè)計(jì)階段，如圖 12 所示。

　　為了介紹 PD 測試，圖 13 中提出了 PD 測試計(jì)算和圖形測試的尋址標(biāo)準(zhǔn)，以解釋將應(yīng)用于 LBB 的電氣約束。

　　圖 12.轉(zhuǎn)換器每個(gè)導(dǎo)體之間的電壓。圖片由 Bodo's Power Systems 提供

　　考慮到導(dǎo)體和轉(zhuǎn)換器應(yīng)用之間的電壓，可以計(jì)算 PD 測試電壓的 2 個(gè)步驟，以告知用戶測試是否是強(qiáng)制性的。（圖 14）。

　　圖 13. 局部放電標(biāo)準(zhǔn)和圖表。圖片由 Bodo's Power Systems 提供

　　圖 14.局部放電測試電壓計(jì)算。圖片由 Bodo's Power Systems 提供