روش محاسبه دقیق ظرفیت عبور جریان از باسبار در طراحی

انتخاب ابعاد مناسب باس‌بار با محاسبه دقیق ظرفیت جریان حمل آن آغاز می‌شود. اگر ابعاد باس‌بار کوچک‌تر از حد لازم باشد، دمای آن افزایش یافته، تلفات انرژی رخ می‌دهد و در نهایت ممکن است منجر به خرابی سیستم شود. از سوی دیگر، باس‌باری با ابعاد بزرگ‌تر از حد لازم نیز نامطلوب است، زیرا منجر به هدررفت مواد، افزایش وزن غیرضروری و افزایش هزینه‌های تولید می‌شود. عوامل متعددی در تعیین ابعاد بهینه باس‌بار مسی یا آلومینیومی برای حمل ایمن جریان معینی نقش دارند. این راهنما چهار عامل کلیدی را خلاصه می‌کند. در محاسبه رتبه جریان باس‌بار و ارائه راهنمایی عملی برای ساخت کردن تصمیم‌های مهندسی دقیق و قابل اعتماد.

درک رابطه بین سطح مقطع و ظرفیت جریان

مساحت سطح مقطع باسبار اساسی‌ترین پارامتر برای تعیین ظرفیت عبور جریان است. سطح مقطع بزرگ‌تر، عبور جریان بیشتری را امکان‌پذیر می‌سازد. به جریان ,به دلیل افزایش تعداد مسیرهای الکترونی و سطح تماس بیشتر برای دفع گرما یون . با این حال، رابطه بین سطح مقطع و ظرفیت جریان خطی نیست. دو برابر کردن سطح مقطع، ظرفیت جریان را دو برابر نمی‌کند، زیرا تولید گرما یون با مجذور جریان (تلفات I²R) متناسب است. در عمل، مهندسان اغلب به جداول استاندارد ظرفیت جریان مراجعه می‌کنند. که ارائه مقادیر مرجع جریان نامی برای رساناهای معمولی. به عنوان مثال، در شرایط معمولی هوای آزاد، یک رسانای مسی کوچک با سطح مقطع حدود ۱۰ میلی‌متر مربع می‌تواند جریانی در حد ده‌ها آمپر را حمل کند، در حالی که یک رسانای مسی با سطح مقطع ۱۰۰ میلی‌متر مربع اغلب قادر به حمل چند صد آمپر است. با این حال، مقدار دقیق جریان نامی نه تنها به سطح مقطع، بلکه به ابعاد رسانا، دمای محیط، افزایش مجاز دما، روش نصب، فاصله‌گذاری و شرایط خنک‌کنندگی نیز بستگی دارد. هدایت الکتریکی آلومینیوم تقریباً ۶۰ درصد هدایت مس است؛ بنابراین سطح مقطع رسانای آلومینیومی که جریان معادلی را منتقل می‌کند، بزرگ‌تر است. برای رساناهای سفارشی، کینتو با مشتریان خود همکاری می‌کند تا بهترین سطح مقطع را تعیین نماید. که ملاقات اس نیازمندی‌های عملکرد الکتریکی را در نظر بگیرید، در عین حال محدودیت‌های فضایی و وزنی را نیز مد نظر قرار دهید.

افزایش دما و شرایط محیطی را در نظر بگیرید

ظرفیت عبور جریان یک مقدار ثابت نیست. این مقدار با افزایش حداکثر مجاز دمای شین‌بار و دمای محیط اطراف شین‌بار تغییر می‌کند. هر شین‌بار دارای تلفات مقاومتی است که منجر به تولید گرما می‌شود. این گرما باید به محیط اطراف منتقل شود، بدون اینکه رده عایقی تجاوز شود یا خطرات ایمنی ایجاد گردد. افزایش دمای طراحی معمولی معمولاً بین ۳۰ تا ۶۵ درجه سانتی‌گراد بالاتر از دمای محیط است. اگر دمای محیط داخل پوشش از پیش ۵۰ درجه سانتی‌گراد باشد، ظرفیت جریان باید به‌طور قابل‌توجهی کاهش یابد. دماهای بالاتر محیط عموماً ظرفیت عبور جریان مجاز را کاهش می‌دهند، در حالی که شرایط بهبود یافته خنک‌سازی می‌توانند آن را به‌طور قابل‌توجهی افزایش دهند. از سوی دیگر، در صورت بهبود خنک‌سازی با استفاده از جریان هوای اجباری یا انتقال مستقیم گرما به سینک حرارتی، ظرفیت عبور جریان قابل افزایش است. در مرحله طراحی، کینتو توصیه می‌کند که مشتریان محیط عملیاتی پیش‌بینی‌شده شین‌بار و حداکثر دمای مجاز را تعیین کنند تا محصول نهایی شین‌بار بر اساس شرایط واقعی، نه شرایط ایده‌آل، طراحی شود.

اثر پوستی و اثر نزدیکی را برای کاربردهای جریان متناوب در نظر بگیرید

در بسیاری از طراحی‌ها فقط جریان مستقیم یا جریان متناوب با فرکانس پایین در نظر گرفته می‌شود، که در آن جریان به‌صورت یکنواخت در سراسر مقطع عرضی باسبار توزیع می‌شود. با این حال، در فرکانس‌های بالاتر یا با اندازه‌های بزرگ‌تر موصل‌ها، اثر پوستی باعث می‌شود جریان به به سطح موصل نزدیک‌تر جریان یابد ,کاهش سطح مقطع مؤثر در دسترس برای هدایت جریان. این امر مقاومت جریان متناوب (AC) را افزایش داده و ظرفیت مؤثر حمل جریان را کاهش می‌دهد. عمق پوستی برای یک باسبار مسی در فرکانس ۶۰ هرتز تقریباً ۸٫۵ میلی‌متر است. اگر ضخامت باسبار بیش از دو برابر عمق پوستی باشد، بخش داخلی هادی تأثیر چندانی در هدایت جریان نخواهد داشت. راه‌حل این است که از چند باسبار نازک‌تر به‌صورت موازی استفاده شود یا از باسبارهای لامینه‌شده بهره گرفته شود. ظرفیت حمل جریان می‌تواند بیشتر کاهش یابد به‌دلیل اثر نزدیکی (proximity effect)، که ناشی از بازتوزیع جریان توسط میدان‌های مغناطیسی موجود در هادی‌های مجاور است. در کاربردهای توزیع توان یا اینورتر، کینتو به مشتریان کمک می‌کند تا نحوه تأثیر این اثرات بر باسبارهای جریان متناوب را درک کنند و پیکربندی‌های باسبار لامینه‌شده‌ای را توصیه می‌کند که بیشترین ایز رتبه‌های جریان را فراهم کند در حالی که تلفات جریان متناوب را به حداقل می‌رساند.

اعمال ضرایب اصلاحی برای شکل پوشش، محیط نصب و روش نصب

پراکندگی گرما به‌طور قابل‌توجهی به پیکربندی فیزیکی باسبار و روش نصب آن وابسته است. باسبار تختی که به‌صورت عمودی نصب شده باشد، معمولاً گرما را به‌طور مؤثرتری نسبت به حالتی که به‌صورت افقی نصب شده باشد، دفع می‌کند؛ زیرا جریان صعودی طبیعی هوا در این حالت بهتر انجام می‌شود. شکل باسبار، فاصله بین هادی‌ها و مساحت سطح آن نیز بر ویژگی‌های انتقال گرما تأثیر می‌گذارند.

باسباری که در محیط باز قرار گرفته باشد، از خنک‌سازی آزاد بهره می‌برد، در حالی که همین باسبار در صورت نصب درون یک محفظهٔ بسته، ممکن است ظرفیت عبور جریان آن به‌دلیل محدودیت در دفع گرما به‌طور قابل‌توجهی کاهش یابد. به‌همین ترتیب، نصب چندین باسبار در نزدیکی یکدیگر منجر به ایجاد گرمای متقابل می‌شود که این امر ظرفیت جریان مجاز را بیشتر کاهش می‌دهد.

ضرایب اصلاح استاندارد منتشرشده توسط IEC، IEEE یا دستورالعمل‌های سازندگان باید متناسب با پیکربندی نصب اعمال شوند. عواملی مانند نوع محفظه، فاصله بین هادی‌ها، جریان هوا و جهت نصب باید همه در تعیین رتبهٔ نهایی جریان در نظر گرفته شوند.

در Kinto ، تیم مهندسی ما این اصول اصلاحی را در طول هر طراحی سفارشی باربัส اعمال می‌کند تا ظرفیت حمل جریان محاسبه‌شده به‌درستی شرایط عملیاتی واقعی پس از نصب را منعکس کند.