Taille de conducteur
Il est très important de calculer la taille du conducteur pour les propriétés électriques et mécaniques du bus bar. Les exigences en termes de courant électrique à écouler déterminent les largeur et épaisseur minimales des conducteurs. Les considérations mécaniques incluent la rigidité, le montage des trous, des connexions et les autres éléments de sous-systèmes. La largeur du conducteur doit être au moins de trois fois l'épaisseur de celui-ci.
Les ajouts d'onglets et de trous de montage modifient la surface transversale du conducteur, créant de possibles points chauds sur le bus bar. Le courant maximal par onglet ou terminaison doit être pris en compte pour éviter ces points chauds.
La surface transversale et la largeur déterminent la taille du conducteur du bus bar. La surface transversale (..4) est égale à l'épaisseur du conducteur (t) multipliée par la largeur du conducteur (w).
Une valeur d'approximativement 400mm de circonférence par ampère est traditionnellement pris comme base pour concevoir des conducteurs simples. Depuis que les bus bars ne sont plus ronds, les mm de circonférence peuvent être convertis en mm2 (il faut simplement multiplier la valeur des mm de circonférence par 0,785).
La formule qui suit détermine la surface transversale minimum d'un conducteur. Cette valeur de surface doit être augmentée de 5% pour chaque conducteur supplémentaire laminé dans la structure du bus. Ces 5% représentent un coefficient de sécurité qui compense le gain de chaleur à l'intérieur des conducteurs.
L'équation calcule la surface transversale minimale nécessaire pour le flux de courant requis :
A = Surface transversale du conducteur en inches²
l = courant continu maximum en A
N = Nombre de conducteurs dans la structure du bus bar
Pour calculer la surface transversale du source de courant alternatif, vous devez prendre la fréquence en considération (voir section sur l'effet de peau).
Note: Cette formule est valable jusqu'à approximativement 300A. Lorsque les courants sont plus élevés, nous vous conseillons de prendre contact avec un ingénieur Mersen et de se référer à la table de courant admissible. De plus, vous pouvez trouver les courbes de courant admissible et les graphes comparatifs sur le site internet de la Copper Development Association, copper.org.
La capacité
La capacité d'un agencement de bus bardépend du matériau diélectrique et des dimensions physiques du système. La capacité varie très légèrement lorsque la fréquence change, ceci dépendant de la stabilité de la constante diélectrique. Cette variation est négligeable et sera omise dans notre analyse ici :
Augmenter la capacité a pour conséquence de réduire l'impédance caractéristique. Une basse impédance signifie une suppression efficace du signal et une élimination du bruit. Il est donc souhaitable de dévelloper une capacité maximale entre les niveaux de conducteurs. Cela peut se faire en :
- maintenant le diélectrique le plus fin possible, en respectant une bonne fabrication et les bonnes pratiques de conception.
- utilisant des diélectriques ayant une haute permittivité relative (coefficient k)
L'effet de peau
A cause de l'effet de peau, l'inductance et la résistance dépendent de la fréquence. En haute fréquence, les courants ont tendance à circuler uniquement en surface du conducteur. Donc, la profondeur de la pénétration de l'énergie électromagnétique détermine le volume de conduction efficace.
La profondeur de peau (SD) est donnée par :
Pour le cuivre :
Lorsque la fréquence croît l'inductance décroît jusqu'à une valeur limite, alors que la résistance elle croît indéfiniment lorsque la fréquence tend vers l'infini.
L'inductance
En maintenant l'inductance à des valeurs basses, l'impédance caractéristique est basse et l'atténuation du bruit améliorée. Quand l'inductance minimale est un objectif de conception, prenez en considération ces quelques leviers :
- Maximiser l'épaisseur du diélectrique
- Maximiser la largeur du conducteur
- Accroître la fréquence
Il y a deux types d'inductance à déterminer : l'inductance interne qui est le résultat des liaisons de flux à l'intérieur du conducteur, l'inductance externe qui est déterminée par l'orientation des deux conducteurs de courant.
La distribution du courant au travers d'un conducteur aux hautes fréquences est concentré près de la surface (c'est l'effet de peau). Le flux interne est réduit et on peut ne prendre en considération que l'inductance externe. Aux basses fréquences l'inductance interne peut devenir une part appréciable de l'inductance totale.La formule pour calculer l'inductance interne aux basses fréquences est extrêmement longue et est omise dans cette analyse.
La formule pour l'inductance interne est :
L'inductance haute fréquence (épaisseur t> profondeur de peau SD) :
La résistance
Pour calculer la résistance d'un conducteur en courant continu la formule suivant s'applique (résistance à 20°c) :
Si la température est supérieure à 20°c, employez cette formule :
Pour les hautes fréquences, l'effet de peau est à prendre en considération. La formule pour la résistance en courant alternatif est :
Pour (t >2SD)
Résistance en courant alternatif à 20°c :
La chute de tension
Quand le courant traverse un conducteur une chute de tension se produit. Ceci est causée par la résistivité du conducteur. Les pertes forment la chute de tension.Utilisez cette formule pour calculer la chute de tension à travers les conducteurs :
L'impédance
Dans la conception des bus bars laminés vous devez maintenir la valeur de l'impédance au niveau le plus bas possible. Cela réduira la transmission de toute forme d'interférence électromagnétique (EMI) vers la charge.
Accroître la capacité et réduire l'inductance sont les facteurs clés pour éliminer le bruit.
La formule pour calculer l'impédance caractéristique est :
