匯流條

匯流條，又稱為層壓匯流條，是一種多層層壓結構的功率模組電連線部件，可以連線多個電路的電力分配處。

具有可重複電氣性能、低感抗、抗干擾、可靠性好、節省空間、裝配簡潔快捷等特點，匯流條作為功率轉換裝置部件，廣泛套用於航空電力系統、通訊基站、軍工、交通運輸系統、能源等領域。

基本介紹

• 中文名：匯流條
• 外文名：busbar
• 類屬：航空電力電子
• 別名：層壓匯流條
• 功能：電力分配
• 特點：低感抗、抗干擾等

發展特點

匯流條是一種多層層壓結構的導電連線部件。採用匯流條式的結構可以大幅減少線纜連線的數量， 解決電子系統高密度布局的難題。匯流條具有感抗低、抗干擾、 高頻濾波效果好、 可靠性高、 節省空間、 裝配簡潔快捷等優異特點。從 20 世紀 60 年代開始， 匯流條就作為饋電線在計算機、 通訊以及軍用電子設備中得到了廣泛套用。20 世紀 80 年代， 該饋線方式還作為對付電磁干擾的一項措施得到了進一步的發展。目前匯流條在電力系統、 通訊基站、 軍工、 交通運輸系統、 能源等領域均得到了重要的套用。隨著匯流條套用領域的不斷拓展，匯流條研究的突破， 匯流條由最初實現電氣連線到向著承擔結構支撐、 抑制電磁干擾、 增加系統可靠性和輔助設備散熱等多用途方向發展， 尤其是航空電子系統中先進飛機的匯流條控制器的研究將是下一代先進飛機配電系統的發展趨勢。

結構與材料

匯流條由匯流片( 導電層)與絕緣層構成，結構形式為兩者依次組合疊裝、鉚接及封裝而成。匯流片上設計引出腳與電纜焊接。

匯流條導電基體通常選用導電率優良的金屬， 如純銅、 黃銅和鋁合金。絕緣層選用介電係數高、 擊穿電壓高的材料，如環氧、 聚酯， 芳綸等。杜邦公司生產的特種絕緣高分子材料薄膜是作為匯流條絕緣夾層的比較理想的材料。目前選用匯流片的材料基本上有兩類：純銅板( T2) 或黃銅板( H 62)。純銅板具有較高的導電導熱性，並有良好的耐蝕性， 但材質較軟 ， σ b ≥196 Mpa( M狀態)，加工後平直性較差，可套用於長度較短或豎直放置的匯流條。對於一些長度較長且水平位置放置的匯流條來講純銅板由於變形大， 不宜採用 。而黃銅板除導電性略低於純銅板外 ，其他性能與純銅板相似 ，但強度比純銅板高得多 ，σ b ≥294 M pa( M 狀態)，適用於長度較長(>2 000 mm) 及各种放置場合。

匯流條常用的絕緣層材料有環氧玻璃布層壓板( 3420) 及聚酯薄膜( 6020) 和聚醯亞胺薄膜( JM) 三種。環氧玻璃布層壓板具有較高的機械和介電性能，厚度從0.5mm 起都可選用，膠結性能也很好，適用於需要一定機械強度及隔離層數較少的場合。聚醯亞胺薄膜具有很高的介電性能及絕緣性能，厚度0.1mm，層厚較薄，適用於匯流片層數較多且結構緊湊的場合。聚酯薄膜的電氣性能不及聚醯亞胺薄膜，套用較少。

設計要點

截面參數設計

作為電流傳輸的載體， 匯流條傳輸路徑上的阻抗Z( 電阻 R、 電容 C 和電感 L) 是電氣設計中需要最佳化的重要參數，它與匯流條的截面尺寸休戚相關。

熱設計

匯流條的載流量與允許溫升有關， 這與導線載流量計算類似。在電力系統中通常採用的經驗公式為：單位平方毫米所容納的電流約為 4 A。然而經驗數據沒有考慮多層匯流條的疊加情況， 因而在實際使用過程中，在允許溫升相同的情況下，必須適當降低匯流條許用載流量或增加匯流條的截面積。

電磁抗干擾設計

減少匯流條中的電磁干擾(EMI)或射頻干擾(RFI) ，可參考類似於同軸電纜禁止的方法， 即採用地線層包裹，再對地線層進行共線連線的布局方式。這種布局方法的原理建立在法拉第電磁籠理論之上。 採用這樣的幾何對稱布局方式可以非常有效地抑制共模和差模電流，降低電磁干擾。

可靠性設計

根據匯流條套用環境不同，從可靠性角度出發，其邊緣處理方式有邊緣開放式、 邊緣壓接密封和絕緣材
料邊緣填充 3 種。

套用案例

B737NG電氣系統

B737NG電氣系統主要包括三個部分，交流電系統，直流電系統以及備用電源系統。匯流條貫穿每一個系統的角落，對飛機的電氣系統發揮巨大作用。

1. 交流電系統：每個交流電源系統由一個交流轉換匯流條、一個主匯流條、兩個廚房匯流條以及一個地面勤務匯流條組成；
   
2. 直流電系統：28伏直流電源系統由三個變壓整流器組件供電，變壓整流器由交流轉換匯流條供電。無其它電源可用時，電瓶向必須工作的負載提供28伏直流電。1號和2號變壓整流器分別由相應的1號和2號轉換匯流條提供交流電。3號變壓整流器通常由2號轉換匯流條提供交流電，並由1號轉換匯流條提供備用電源。任何兩個變壓整流器均可向全部連線的負載供電。
   
3. 備用電源系統：所有發動機或 APU 驅動的交流電源失效時，備用電源向主要系統提供115伏交流和24伏直流電。該備用系統包括：靜變流機，備用交流匯流條，備用直流匯流條，電瓶匯流條，熱電瓶匯流條，轉換的熱電瓶匯流條以及電瓶或備用電瓶。正常工作時，有保護蓋的備用電源電門在自動位且電瓶電門在開位。一旦部分電源失效，此裝置提供備用電源，如所有電源失效，電源完全轉換為電瓶電源。通常，備用交流匯流條由1號交流轉換匯流條供電。備用直流匯流條由1號、2號和3 號變壓整流器供電；電瓶匯流條由3號變壓整流器供電；熱電瓶匯流條和轉換熱電瓶匯流條由電瓶/電瓶充電器供電。
   

匯流條故障舉例

STANDBY PWR OFF （ 備用電源關）燈亮-表示以下一個或多個匯流條無電源：備用交流匯流條、備用直流匯流條、電瓶匯流條。

SOUCE OFF（電源關）燈 亮-表示相應轉換匯流條不是被人工選擇的電源供電，而是通過電源轉換而供電的，或人工選擇的電源已斷開。如人工選擇的電源向相對轉換匯流條供電，兩個轉換匯流條均有電 。

匯流條保護

環網匯流條是飛機配電系統的基本單元，對匯流條保護就是對配電系統保護，對提高飛機配電系統的可靠性有著重要意義，下面以飛機 28.5V 直流環網匯流條保護進行討論分析：

分析故障

在環形配電系統中，環網匯流條發生短路等故障將對飛機產生致命性危害，要提高配電系統的可靠性就要對環網匯流條進行保護，即在發生接地故障後能進行有效隔離。對於環網匯流條的保護，具體要求是故障時，故障區間保護裝置不拒動，後備保護的裝置不誤動，為了滿足以上要求，依靠 EMTP 對故障系統進行模擬，分析故障時系統中出現的變化量。環網匯流條故障可分為短路和開路。由於開路故障時，整個配電系統不會因為開路故障而遭受大的影響，因而針對環網匯流條而設計保護裝置時，可以忽略開路故障這種情況。在設計匯流條保護裝
置時，根據短路在配電系統中產生的變數作為分析對象，再根據具體情況設定判據，在環網拓撲結構不變的情況下，做出故障分析有雙端供電情況和單端供電情況兩種。

保護裝置

匯流條兩端分別設定匯流條保護模組，對所在匯流條進行保護。保護模型如圖 7，保護模型是基於突變電流、電壓跌落和電流方向變化設定相應的啟動判據。根據突變電流設定雙重保護，突變電流+電壓跌落，突變
電流+電流方向變化。根據故障情況下配電系統中出現的電流突變和電壓跌落等變化設定保護整定值及啟動判據，並依靠 Matlab 平台做相關的仿真試驗。試驗證明：新的保護方法能實現環網故障時自動隔離，確保飛機配電系統的安全性，對提高飛機配電的可靠性具有重要意義。

匯流條控制器

飛機配電系統按控制方式可分為常規式、遙控式和多路傳輸三種。對比三種配電方式，常規配電系統的優越性在於它在技術上己經成熟，且目前套用得非常廣泛，但其缺點是電網重量大，空勤人員負擔重。遙控配電系統由於大部分電力線不需要敷設到駕駛艙，因而可大大減輕電網重量，但其缺點是離散控制線過多，自動化程度不高。多路傳輸配電系統中由於採用了分散式匯流條和負載自動管理技術，用電設備就近與配電匯流條相連，由計算機通過多路傳輸數據匯流排傳遞控制信號和狀態信息，經固態功率控制器對負載進行控制和保護，這種配電系統可以大大減輕導線重量，提高配電可靠性及自動化程度，減輕飛行人員負擔，因而是下一代先進飛機配電系統的發展趨勢。

傳統飛機供電系統的控制和保護是由專門的模擬電路和繼電器組成的，隨著飛機對供電系統性能要求的提高，傳統控制保護器在體積、重量、可靠性、可維護性等方面的問題越來越突出。當系統功能改動或擴展時，將導致硬體電路改動較大，降低了系統的可維護性。因此，西方已開發國家首先投入大量資金，研製了匯流條控器，並成功套用於F一15、F一16等飛機上。隨著微處理器技術在控制系統方面的廣泛套用，大量非航空電子產品在飛機上得到套用,對飛機上供電系統的可靠性、可測試性以及故障檢測定位等提出了更高的要求，數字式匯流條控制器應運而生，美國的Boeign767、Boeign777、歐洲的A320、A340以及這些國家新研製的軍用飛機均採用較先進的數字式匯流條控制器。

我國經過數年的研究,也終於生產出了模擬式匯流條控制器，並已在某型軍用飛機上試飛成功。目前，他們正在對這種模擬式匯流條控制器進行數位化改造。