Was ist der Unterschied zwischen einer starren und einer flexiblen IGBT-Stromschiene?

Als erfahrener Lieferant von IGBT-Sammelschienen habe ich die Entwicklung und Bedeutung dieser Komponenten in der modernen Leistungselektronik aus erster Hand miterlebt. Eine der häufigsten Fragen, die mir gestellt werden, betrifft den Unterschied zwischen starren und flexiblen IGBT-Sammelschienen. In diesem Blogbeitrag werde ich auf die Eigenschaften, Vorteile und Anwendungen beider Typen eingehen und Ihnen dabei helfen, eine fundierte Entscheidung für Ihre spezifischen Anforderungen zu treffen.

IGBT-Sammelschienen verstehen

Bevor wir uns mit den Unterschieden befassen, wollen wir kurz verstehen, was IGBT-Sammelschienen sind. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) ist eine Schlüsselkomponente in der Leistungselektronik, die für Hochleistungsschaltanwendungen verwendet wird. Sammelschienen hingegen sind elektrische Leiter, die den Strom von einer Quelle auf mehrere Verbraucher verteilen. IGBT-Sammelschienen sind speziell dafür konzipiert, IGBT-Module mit anderen Komponenten in einem Stromnetz zu verbinden und so eine effiziente und zuverlässige Stromübertragung zu gewährleisten.

Starre IGBT-Sammelschienen

Aufbau und Eigenschaften

Starre IGBT-Sammelschienen bestehen typischerweise aus Kupfer- oder Aluminiumblechen, die geschnitten, gebogen und gestanzt werden, um eine bestimmte Form zu erhalten. Diese Stromschienen werden anschließend mit Isoliermaterialien laminiert, um Kurzschlüsse zu verhindern. Die starre Struktur sorgt für eine hervorragende mechanische Stabilität, was bei Anwendungen von entscheidender Bedeutung ist, bei denen die Stromschiene Vibrationen oder mechanischer Belastung ausgesetzt sein kann.

Eines der Hauptmerkmale starrer Stromschienen ist ihre hohe Stromtragfähigkeit. Die dicken Kupfer- oder Aluminiumleiter können große Strommengen ohne nennenswerten Leistungsverlust verarbeiten. Dadurch sind sie ideal für Hochleistungsanwendungen wie industrielle Motorantriebe, Systeme für erneuerbare Energien und Hochspannungsnetzteile.

Vorteile

• Mechanische Stabilität: Wie bereits erwähnt, sind diese Stromschienen aufgrund ihrer starren Struktur resistent gegen mechanische Vibrationen und Stöße. Dies ist besonders wichtig in Industrieumgebungen, in denen Maschinen erhebliche Vibrationen erzeugen können.
• Niedrige Induktivität: Starre Sammelschienen können so ausgelegt werden, dass sie eine niedrige Induktivität aufweisen, was für Hochgeschwindigkeitsschaltanwendungen unerlässlich ist. Eine niedrige Induktivität trägt dazu bei, Spannungsspitzen und elektromagnetische Störungen (EMI) zu reduzieren und so die Gesamtleistung und Zuverlässigkeit des Stromversorgungssystems zu verbessern.
• Einfache Installation: Sobald die Form der starren Sammelschiene entworfen und hergestellt ist, kann sie problemlos in das System eingebaut werden. Die feste Form sorgt dafür, dass die Sammelschiene genau in den vorgesehenen Raum passt, was die Installationszeit und -komplexität reduziert.

Anwendungen

Starre IGBT-Sammelschienen werden häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen hohe Leistung und mechanische Stabilität erforderlich sind. Einige häufige Anwendungen sind:

• Industrielle Motorantriebe: Bei Motorantrieben werden starre Stromschienen verwendet, um die IGBT-Module mit der Stromversorgung und dem Motor zu verbinden. Die hohe Strombelastbarkeit und die geringe Induktivität dieser Stromschienen sorgen für eine effiziente Leistungsübertragung und einen reibungslosen Betrieb des Motors.
• Erneuerbare Energiesysteme: In Solarwechselrichtern und Windkraftanlagenkonvertern werden starre Sammelschienen verwendet, um die aus erneuerbaren Quellen erzeugte elektrische Energie zu sammeln und zu verteilen. Die mechanische Stabilität der Stromschienen ist bei diesen Außenanwendungen, wo sie rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sein können, wichtig.

Flexible IGBT-Sammelschienen

Aufbau und Eigenschaften

Flexible IGBT-Sammelschienen bestehen aus dünnen Kupfer- oder Aluminiumfolien, die mit flexiblen Isoliermaterialien laminiert sind. Durch die Verwendung dünner Folien kann die Stromschiene entsprechend den Anforderungen der Anwendung gebogen und geformt werden. Diese Flexibilität ist einer der Hauptvorteile flexibler Stromschienen, da sie den Einsatz in komplexen und platzbeschränkten Umgebungen ermöglicht.

Auch flexible Stromschienen weisen eine gute elektrische Leitfähigkeit auf, allerdings ist ihre Stromtragfähigkeit im Allgemeinen geringer als die von starren Stromschienen. Sie können jedoch immer noch moderate Strommengen verarbeiten und eignen sich daher für ein breites Anwendungsspektrum.

Vorteile

• Flexibilität: Die Möglichkeit, die Sammelschiene zu biegen und zu formen, ermöglicht den Einsatz in Anwendungen, bei denen der Platz begrenzt ist oder bei denen die Sammelschiene einem nichtlinearen Pfad folgen muss. Beispielsweise können in einigen kompakten elektronischen Geräten flexible Stromschienen platzsparend um andere Komponenten herumgeführt werden.
• Reduzierte Montagezeit: In einigen Fällen können flexible Sammelschienen die Montagezeit des Energiesystems verkürzen. Da sie sich leicht biegen und anpassen lassen, können sie schnell in das System eingebaut werden, ohne dass aufwändige mechanische Vorrichtungen erforderlich sind.
• Kostengünstig für kleine Anwendungen: Für Anwendungen mit geringerem Leistungsbedarf können flexible Sammelschienen im Vergleich zu starren Sammelschienen eine kostengünstigere Lösung sein. Die dünneren Leiter und der einfachere Herstellungsprozess können zu niedrigeren Produktionskosten führen.

Anwendungen

• Unterhaltungselektronik: Flexible IGBT-Sammelschienen werden häufig in der Unterhaltungselektronik wie Laptops, Smartphones und Tablets verwendet. Die Flexibilität dieser Sammelschienen ermöglicht die Integration in die kompakten Designs dieser Geräte und sorgt so für eine effiziente Stromverteilung.
• Medizinische Geräte: In medizinischen Geräten, wo der Platz oft begrenzt ist und Zuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung ist, sind flexible Stromschienen eine beliebte Wahl. Über sie lässt sich die Stromversorgung an verschiedene Komponenten im Gerät anschließen und so ein stabiler und sicherer Betrieb gewährleisten.

Vergleich starrer und flexibler IGBT-Sammelschienen

Strom - Tragfähigkeit

Wie bereits erwähnt, haben starre Stromschienen im Allgemeinen eine höhere Strombelastbarkeit als flexible Stromschienen. Dies ist auf die dickeren Leiter zurückzuführen, die in starren Sammelschienen verwendet werden. Für Anwendungen mit geringerem Leistungsbedarf kann jedoch die Stromtragfähigkeit flexibler Sammelschienen ausreichend sein.

Flexibilität vs. mechanische Stabilität

Flexible Stromschienen bieten den Vorteil, dass sie sich biegen und formen lassen, was ideal für platzbeschränkte und komplexe Anwendungen ist. Andererseits bieten starre Stromschienen eine hervorragende mechanische Stabilität und eignen sich daher für Anwendungen, bei denen die Stromschiene mechanischer Belastung ausgesetzt sein kann.

Kosten

Die Kosten für die Herstellung starrer und flexibler Stromschienen können je nach verwendeten Materialien, Komplexität des Designs und Produktionsvolumen variieren. Im Allgemeinen können bei der Großserienproduktion von einfach geformten Stromschienen aufgrund der Skaleneffekte starre Stromschienen kostengünstiger sein. Bei Kleinserienfertigungen oder komplexen Designs können flexible Sammelschienen jedoch eine wirtschaftlichere Wahl sein.

Anwendungen und Überlegungen

Bei der Wahl zwischen starren und flexiblen IGBT-Sammelschienen ist es wichtig, die spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung zu berücksichtigen. Wenn Sie eine Sammelschiene für eine Hochleistungsanwendung mit hoher Stabilität benötigen, beispielsweise für einen industriellen Motorantrieb, ist eine starre Sammelschiene möglicherweise die beste Wahl. Wenn Sie hingegen an einem kompakten elektronischen Gerät oder einem medizinischen Gerät arbeiten, bei dem der Platz begrenzt ist und Flexibilität erforderlich ist, wäre eine flexible Stromschiene besser geeignet.

Es ist auch wichtig, mit einem zuverlässigen Lieferanten zusammenzuarbeiten, der maßgeschneiderte Lösungen anbieten kann. In unserem Unternehmen verfügen wir über umfangreiche Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung sowohl starrer als auch flexibler IGBT-Stromschienen. Wir können Ihnen bei der Auswahl des richtigen Stromschienentyps für Ihre Anwendung helfen und qualitativ hochwertige Produkte liefern, die Ihren Spezifikationen entsprechen.

Wenn Sie daran interessiert sind, mehr über uns zu erfahrenMehrschichtige Sammelschiene,Lösungen für die Stromversorgung mit laminierten Sammelschienen, oderMotorcontroller-Sammelschieneoder wenn Sie spezielle Anforderungen an Ihr IGBT-Sammelschienenprojekt haben, würden wir uns freuen, von Ihnen zu hören. Unser Expertenteam unterstützt Sie gerne bei der Suche nach der besten Lösung für Ihre Anforderungen an die Leistungselektronik. Ganz gleich, ob Sie sich in der ersten Entwurfsphase befinden oder ein bestehendes System aufrüsten möchten, wir können Ihnen den technischen Support und die hochwertigen Produkte bieten, die Sie benötigen. Kontaktieren Sie uns noch heute, um eine Diskussion über Ihre IGBT-Sammelschienenanforderungen zu beginnen und lassen Sie uns gemeinsam an der Schaffung eines zuverlässigen und effizienten Stromversorgungssystems arbeiten.

Referenzen

• „Power Electronics Handbook“, dritte Auflage, von Muhammad H. Rashid
• „Electrical Busbar Design Handbook“ von ABB Group
• Technische Dokumente zu IGBT-Sammelschienen von IEEE Xplore