22/09/2014. EC&C Srl -

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2 Tutti i progettisti di elettronica di potenza conoscono perfettamente le conseguenze dell'induttanza dispersa dei collegamenti sulla commutazione dei moderni semiconduttori... E' sufficiente ricordare che un'induttanza di 1μH ( 1m di cavo) comporta una sovratensione di 1000V nel caso, per nulla raro, di una corrente di 100A e di un Fall-time di 100ns! Quando i collegamenti a circuito stampato sono irrealizzabili, o per le correnti elevate o per la necessità di geometrie su livelli differenti, le bus-bar si presentano come la migliore soluzione. 2

3 Valore induttivo di un collegamento in cavo lungo 1m Valore induttivo di un collegamento in cavo lungo 1m con cavo di andata strettamente accoppiato con quello di ritorno Valore induttivo di un collegamento in Busbar lungo 1m 1.2mH 0.85mH mH Inoltre: Maggior "pulizia" nel cablaggio Aumento della capacità tra i singoli layer Massima compattazione dei collegamenti Drastica riduzione dei tempi di manodopera Montaggio semplificato e fattibile anche da personale poco addestrato Drastica riduzione dei codici da gestire a magazzino (unico sottoassieme) Perchè scegliere le Bus-Bar EC&C? Soluzione tradizionale Soluzione EC&C 3

4 La resina di copertura Ciascun layer è ricoperto separatamente da uno strato di resina poliammidica, così da evitare il problema delle scariche superficiali. La polvere poliammidica è prodotta a partire da un vegetale, il Ricinus Communis (olio di ricino), quindi non causa inquinamento negli ambienti di lavoro e non sprigiona alcuna sostanza volatile, ne tossica, ne maleodorante. Dopo una pulizia iniziale, i layer vengono ricoperti di un apposito primer per migliorare l'adesione della polvere ai pezzi. La polvere è applicata al pezzo tramite pistola elettrostatica. Lo spessore dello strato può essere accuratamente controllato dai 75 ai 200 µm. La polvere aderisce alla superficie metallica e il pezzo viene introdotto in un forno riscaldato a una temperatura di 220C, dove la polvere fonde fino a formare uno strato di resina uniforme resistentissimo. Caratteristiche della resina Ottima resistenza ai graffi. Ottima resistenza all'urto. Ottima flessibilità. Ottima resistenza all'usura e all'abrasione. Ottima resistenza alla temperatura. Buona resistenza agli agenti chimici. Piacevole finitura estetica della superficie. Ottimo isolamento elettrico Il punto di fusione della polvere è intorno ai 180 C: è quindi possibile garantire una temperatura di lavoro continuativo di almeno 100 C. Per spessori inferiori ai 200mm, il rivestimento in polvere poliammidica garantisce un isolamento di 52,8KV/mm, cioè 100mm garantiscono una rigidità dieletrica pari a 5kV. La realizzazione proposta da EC&C prevede, come isolamento degli strati conduttori, non solo i due strati di resina poliammidica, ma anche uno strato di isolante a film. 4

5 I film isolanti Forse il film plastico che garantisce le migliori caratteristiche dielettriche e termiche è la pellicola poliammide (nota col nome commerciale di Kapton ) che presenta una rigidità elettrica pari a circa V/mm, una costate dielettrica relativa pari a 3,4 e una temperatura di esercizio fino a 200 C. Per garantire una tenuta in tensione 6kV, sarebbe sufficiente uno spessore di 20µm; purtroppo tale spessore è, per esperienza, incompatibile con le bave e gli spigoli taglienti che, pur a fronte di una lavorazione accurata, sono sempre presenti nei pezzi meccanici. Per sopperire a tali problemi si è adottato un sandwich composto da un film poliammidico, uno strato adesivo e un film di poliestere (commercialmente conosciuto col nome di Mylar ). I film isolanti In questo modo è possibile garantire le necessarie caratteristiche meccaniche ed elettriche pur mantenendo uno spessore considerevolmente ridotto. Ad esempio un film composito avente spessore 70µm garantisce una rigidità dielettrica di circa 20kV ed una costante dielettrica relativa pari a 3,6. La temperatura di esercizio rispetta pienamente le prescrizioni della classe H (180 C). Se occorre sottoporre i layer ad un test di rigidità dielettrica a tensioni alternate maggiori di 4kV, uno spessore così ridotto determina una densità di campo elettrico molto elevata, con possibile conseguente generazione di ozono e creazione di scariche superficiali (nel funzionamento reale queste condizioni non sono mai verificate). Di conseguenza in alcuni casi si preferisce aumentare lo spessore dell interstrato isolante (attualmente sono in regolare produzione Busbar con isolanti aventi spessore 0,25mm e 0,5mm). In sostituzione del film composito poliammide/poliestere, ove non sono richieste caratteritiche di isolamento particolari, possono essere utilizzati materiali differenti, come ad esempio la carta aramidica (nota col nome commerciale di Nomex ) o altri materiali isolanti accoppiati; è anche possibile adottare spessori differenti secondo l esigenze del cliente. 5

6 L assemblaggio L assemblaggio delle bus-bar EC&c viene effettuato completamente a secco. I layer (ricoperti in resina) e gli strati isolanti sono impacchettati tra loro tramite clip isolanti Nel caso in cui occorra poter riaprire la bus-bar o nel caso di bus-bar particolarmente pesanti si utilizza un sitema basato su viti e dadi isolanti La progettazione Taglio laser + punzonatura secondo + imbutitura + EC&C filettatura in linea Piegatura Normalmente l'iter prevede una prima fase di Rivettatura inquadramento del progetto in collaborazione Isolamento Spazzolatura con l ufficio tecnico tenendo conto non solo Rigidità Punzonatrice degli combinata aspetti tecnici, con taglio ma anche laser, Plotter di taglio ecc di quelli imbutitura Portata in e economici, corrente filettatura gestionali, in linea di facilità di montaggio, Mappa Stampaggio termica di riparabilità dei layer metallici e di mantenibilità anche con dell'intero ecc stampi progressivi apparato. Stampaggio di particolari plastici o metallici custom Sviluppo del progetto tramite CAD 3D, con successivo Lavorazioni confronto a controllo interattivo numerico col cliente Elettroerosione Fotoincisione e marcatura laser Prototipo meccanico Prototipo elettrico Test elettrici Test in macchina Industrializzazione 6

7 Spunti di progettazione. 7

8 Spunti di progettazione. Spunti di progettazione. 8

9 Spunti di progettazione. Spunti di progettazione. 9

10 Spunti di progettazione. Realizzazione: Multistrato di alluminio o rame ottenuto da foglio tramite taglio laser o punzonatura. Barra multistrato a larghezza variabile per la semplice connessione elettrica e meccanica dei trasduttori di corrente. Collegamento dei segnali di tensione tramite fast-on. Possibilità di realizzare pressoché qualsiasi configurazione Razionalizzazione del cablaggio Qualche realizzazione. Bus-Bar per inverter ad IGBT fino a 500kVA Uso: Busbar per il collegamento dei semiconduttori di potenza al filtro in continua costituito da un banco di condensatori elettrolitici connessi in serie/parallelo. Minima induttanza di collegamento Massima capacità tra gli strati Razionalizzazione del cablaggio Test rigidità dielettrica 5kVac e 6kVdc Possibilità di montare direttamente sulla busbar componenti come condensatori di clamping e resistori. Possibilità di montare direttamente sulla busbar schede e trasduttori Realizzazione: Sandwich di 4 layer conduttori in rame ed alluminio con spessore 2mm. Isolamento: Strato isolante in polietilene tereftalato accoppiato ad un film poliammidico (Classe termica: H): spessore totale 0,075mm. Coperture delle barre: resina poliammidica nera o grigia Sistema di impacchettamento degli strati: tramite viti e rondelle isolanti 10

11 Qualche realizzazione. Bus-Bar per inverter 50kW a tre livelli ad IGBT Uso: Busbar per il collegamento dei semiconduttori di potenza al filtro in continua costituito da un banco di condensatori elettrolitici connessi in sere-parallelo. Minima induttanza di collegamento Massima capacità tra gli strati Razionalizzazione del cablaggio Montaggio diretto sulla busbar dei condensatori polipropilene metallizzato. Montaggio diretto sulla busbar delle resistenze di equiripartizione e scarica dei condensatori elettrolitici. Test rigidità dielettrica 5kVac e 6kVdc Realizzazione: Sandwich di 3 layer conduttori in alluminio con spessore 2mm. Isolamento: Strato isolante in polietilene tereftalato accoppiato ad un film poliammidico (Classe termica: H): spessore totale 0,075mm. Coperture delle barre: resina poliammidica nera o grigia Sistema di impacchettamento degli strati: tramite rondelle e clips autoggancianti. Qualche realizzazione. Bus-Bar per gamba di inverter a tre livelli ad IGBT Uso: Busbar per il collegamento dei semiconduttori di potenza al filtro in continua costituito da un banco di condensatori in polipropilene metallizzato. Minima induttanza di collegamento Massima capacità tra gli strati Razionalizzazione del cablaggio Test rigidità dielettrica 5kVac e 6kVdc Realizzazione: Sandwich di 3 layer conduttori in alluminio con spessore 2mm. Isolamento: Strato isolante in polietilene tereftalato accoppiato ad un film poliammidico (Classe termica: H): spessore totale 0,28mm.. Coperture delle barre: resina poliammidica grigia Impacchettamento degli strati: tramite viti e rondelle isolanti 11

12 Qualche realizzazione. Bus-Bar per inverter ad IGBT 300kW Realizzazione: Sandwich di 2 layer conduttori in rame ed alluminio con spessore 2mm. Uso: Busbar per il collegamento dei semiconduttori di potenza al filtro in continua costituito da un banco di condensatori in polipropilene metallizzato. Minima induttanza di collegamento Massima capacità tra gli strati Razionalizzazione del cablaggio Test rigidità dielettrica 5kVac e 6kVdc Isolamento: Strato isolante in Nomex. (carta aramidica) (Classe termica: H) spessore 0,51mm. Coperture delle barre: resina poliammidica grigia Sistema di impacchettamento degli strati: tramite clip autoaggancianti e rondelle isolanti Qualche realizzazione. Bus-Bar per modulo per 10 condensatori elettrolitici connessi in serie-parallelo Uso: Busbar per la realizzazione di un modulo di condensatori elettrolitici aventi tensione nominale 1000Vdc e capacità 17mF. Minima induttanza di collegamento Massima capacità tra gli strati Facilità nella interconnessione di più moduli in parallelo tra loro Test rigidità dielettrica 5kVac e 6kVdc Possibilità di montare direttamente sulla busbar i resistori di equiripartizione di tensione e di scarica dei condensatori. Realizzazione: Sandwich di 3 layer conduttori in alluminio con spessore 2mm. Isolamento: Strato isolante in polietilene tereftalato accoppiato ad un film poliammidico (Classe termica: H): spessore totale 0,28mm. Coperture delle barre: resina poliammidica grigia Sistema di impacchettamento degli strati: tramite viti e rondelle isolanti 12

13 Qualche realizzazione. Bus-Bar per gamba modulare di inverter per IGBT 400A-1200V Uso: Busbar per la realizzazione di una gamba di inverter modulare costituita da 1 IGBT 400A-1200V e due condensatori elettrolitici 6,8mF- 500V Realizzazione: Sandwich di 3 layer conduttori in alluminio con spessore 2mm. Minima induttanza di collegamento Razionalizzazione del cablaggio Facilità nella interconnessione di più moduli in parallelo tra loro, tramite connessioni dedicate Possibilità di montare direttamente sulla busbar i condensatori in polipropilene di clamp e i resistori di equiripartizione di tensione e di scarica dei condensatori. Punti di accesso per il montaggio di fast-on per la lettura dei segnali di tensione Test rigidità dielettrica 5kVac e 6kVdc Isolamento: Strato isolante in polietilene tereftalato accoppiato ad un film poliammidico (Classe termica: H): spessore totale 0,25mm. Coperture delle barre: resina poliammidica grigia Impacchettamento degli strati: tramite clip autobloccanti e rondelle isolanti Qualche realizzazione. Barre di interconnessione Uso: Barre a disegno per il collegamento tra componenti elettronici o elettromeccanici. Barra ricoperta in resina poliammidica grigia isolante Essendo ricavate da lastra e non da barra è possibile realizzare pressoché qualsiasi configurazione Razionalizzazione del cablaggio Realizzazione: In alluminio o rame ottenuto da foglio tramite taglio laser o punzonatura o da barra. Coperture delle barre: resina poliammidica grigia 13

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