匯流條（可連接多個電路的電力分配處）

發(fā)展特點(diǎn)

匯流條是一種多層層壓結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電連接部件。采用匯流條式的結(jié)構(gòu)可以大幅減少線纜連接的數(shù)量，解決電子系統(tǒng)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(jié)省空間、裝配簡潔快捷等優(yōu)異特點(diǎn)。從 20 世紀(jì) 60 年代開始，匯流條就作為饋電線在計算機(jī)、通訊以及軍用電子設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。20 世紀(jì) 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(jìn)一步的發(fā)展。目前匯流條在電力系統(tǒng)、通訊基站、軍工、交通運(yùn)輸系統(tǒng)、能源等領(lǐng)域均得到了重要的應(yīng)用。隨著匯流條應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，匯流條研究的突破，匯流條由最初實現(xiàn)電氣連接到向著承擔(dān)結(jié)構(gòu)支撐、抑制電磁干擾、增加系統(tǒng)可靠性和輔助設(shè)備散熱等多用途方向發(fā)展，尤其是航空電子系統(tǒng)中先進(jìn)飛機(jī)的匯流條控制器的研究將是下一代先進(jìn)飛機(jī)配電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

結(jié)構(gòu)與材料

匯流條由匯流片( 導(dǎo)電層)與絕緣層構(gòu)成，結(jié)構(gòu)形式為兩者依次組合疊裝、鉚接及封裝而成。匯流片上設(shè)計引出腳與電纜焊接。

匯流條導(dǎo)電基體通常選用導(dǎo)電率優(yōu)良的金屬，如純銅、黃銅和鋁合金。絕緣層選用介電系數(shù)高、擊穿電壓高的材料，如環(huán)氧、聚酯，芳綸等。杜邦公司生產(chǎn)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(dǎo)電導(dǎo)熱性，并有良好的耐蝕性，但材質(zhì)較軟， σ b ≥196 Mpa( M狀態(tài))，加工后平直性較差，可應(yīng)用于長度較短或豎直放置的匯流條。對于一些長度較長且水平位置放置的匯流條來講純銅板由于變形大，不宜采用。而黃銅板除導(dǎo)電性略低于純銅板外，其他性能與純銅板相似，但強(qiáng)度比純銅板高得多，σ b ≥294 M pa( M 狀態(tài))，適用于長度較長(>2 000 mm) 及各種放置場合。

匯流條常用的絕緣層材料有環(huán)氧玻璃布層壓板( 3420) 及聚酯薄膜( 6020) 和聚酰亞胺薄膜( JM) 三種。環(huán)氧玻璃布層壓板具有較高的機(jī)械和介電性能，厚度從0.5mm 起都可選用，膠結(jié)性能也很好，適用于需要一定機(jī)械強(qiáng)度及隔離層數(shù)較少的場合。聚酰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，適用于匯流片層數(shù)較多且結(jié)構(gòu)緊湊的場合。聚酯薄膜的電氣性能不及聚酰亞胺薄膜，應(yīng)用較少。

設(shè)計要點(diǎn)

截面參數(shù)設(shè)計

作為電流傳輸?shù)妮d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(shè)計中需要優(yōu)化的重要參數(shù)，它與匯流條的截面尺寸休戚相關(guān)。

熱設(shè)計

匯流條的載流量與允許溫升有關(guān)，這與導(dǎo)線載流量計算類似。在電力系統(tǒng)中通常采用的經(jīng)驗公式為：單位平方毫米所容納的電流約為 4 A。然而經(jīng)驗數(shù)據(jù)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(dāng)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(shè)計

減少匯流條中的電磁干擾(EMI)或射頻干擾(RFI) ，可參考類似于同軸電纜屏蔽的方法，即采用地線層包裹，再對地線層進(jìn)行共線連接的布局方式。這種布局方法的原理建立在法拉第電磁籠理論之上。采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(shè)計

根據(jù)匯流條應(yīng)用環(huán)境不同，從可靠性角度出發(fā)，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。

應(yīng)用案例

B737NG電氣系統(tǒng)

B737NG電氣系統(tǒng)主要包括三個部分，交流電系統(tǒng)，直流電系統(tǒng)以及備用電源系統(tǒng)。匯流條貫穿每一個系統(tǒng)的角落，對飛機(jī)的電氣系統(tǒng)發(fā)揮巨大作用。

交流電系統(tǒng)：每個交流電源系統(tǒng)由一個交流轉(zhuǎn)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(wù)匯流條組成；

直流電系統(tǒng)：28伏直流電源系統(tǒng)由三個變壓整流器組件供電，變壓整流器由交流轉(zhuǎn)換匯流條供電。無其它電源可用時，電瓶向必須工作的負(fù)載提供28伏直流電。1號和2號變壓整流器分別由相應(yīng)的1號和2號轉(zhuǎn)換匯流條提供交流電。3號變壓整流器通常由2號轉(zhuǎn)換匯流條提供交流電，并由1號轉(zhuǎn)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接的負(fù)載供電。

備用電源系統(tǒng)：所有發(fā)動機(jī)或 APU 驅(qū)動的交流電源失效時，備用電源向主要系統(tǒng)提供115伏交流和24伏直流電。該備用系統(tǒng)包括：靜變流機(jī)，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(zhuǎn)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(hù)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(zhuǎn)換為電瓶電源。通常，備用交流匯流條由1號交流轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(guān)）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(guān)）燈 亮-表示相應(yīng)轉(zhuǎn)換匯流條不是被人工選擇的電源供電，而是通過電源轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換匯流條供電，兩個轉(zhuǎn)換匯流條均有電。

匯流條保護(hù)

環(huán)網(wǎng)匯流條是飛機(jī)配電系統(tǒng)的基本單元，對匯流條保護(hù)就是對配電系統(tǒng)保護(hù)，對提高飛機(jī)配電系統(tǒng)的可靠性有著重要意義，下面以飛機(jī) 28.5V 直流環(huán)網(wǎng)匯流條保護(hù)進(jìn)行討論分析：

在環(huán)形配電系統(tǒng)中，環(huán)網(wǎng)匯流條發(fā)生短路等故障將對飛機(jī)產(chǎn)生致命性危害，要提高配電系統(tǒng)的可靠性就要對環(huán)網(wǎng)匯流條進(jìn)行保護(hù)，即在發(fā)生接地故障后能進(jìn)行有效隔離。對于環(huán)網(wǎng)匯流條的保護(hù)，具體要求是故障時，故障區(qū)間保護(hù)裝置不拒動，后備保護(hù)的裝置不誤動，為了滿足以上要求，依靠 EMTP 對故障系統(tǒng)進(jìn)行模擬，分析故障時系統(tǒng)中出現(xiàn)的變化量。環(huán)網(wǎng)匯流條故障可分為短路和開路。由于開路故障時，整個配電系統(tǒng)不會因為開路故障而遭受大的影響，因而針對環(huán)網(wǎng)匯流條而設(shè)計保護(hù)裝置時，可以忽略開路故障這種情況。在設(shè)計匯流條保護(hù)裝

置時，根據(jù)短路在配電系統(tǒng)中產(chǎn)生的變量作為分析對象，再根據(jù)具體情況設(shè)置判據(jù)，在環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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。

匯流條兩端分別設(shè)置匯流條保護(hù)模塊，對所在匯流條進(jìn)行保護(hù)。保護(hù)模型如圖 7，保護(hù)模型是基于突變電流、電壓跌落和電流方向變化設(shè)置相應(yīng)的啟動判據(jù)。根據(jù)突變電流設(shè)置雙重保護(hù)，突變電流+電壓跌落，突變

電流+電流方向變化。根據(jù)故障情況下配電系統(tǒng)中出現(xiàn)的電流突變和電壓跌落等變化設(shè)置保護(hù)整定值及啟動判據(jù)，并依靠 Matlab 平臺做相關(guān)的仿真試驗。試驗證明：新的保護(hù)方法能實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)故障時自動隔離，確保飛機(jī)配電系統(tǒng)的安全性，對提高飛機(jī)配電的可靠性具有重要意義。

匯流條控制器

飛機(jī)配電系統(tǒng)按控制方式可分為常規(guī)式、遙控式和多路傳輸三種。對比三種配電方式，常規(guī)配電系統(tǒng)的優(yōu)越性在于它在技術(shù)上己經(jīng)成熟，且目前應(yīng)用得非常廣泛，但其缺點(diǎn)是電網(wǎng)重量大，空勤人員負(fù)擔(dān)重。遙控配電系統(tǒng)由于大部分電力線不需要敷設(shè)到駕駛艙，因而可大大減輕電網(wǎng)重量，但其缺點(diǎn)是離散控制線過多，自動化程度不高。多路傳輸配電系統(tǒng)中由于采用了分布式匯流條和負(fù)載自動管理技術(shù)，用電設(shè)備就近與配電匯流條相連，由計算機(jī)通過多路傳輸數(shù)據(jù)總線傳遞控制信號和狀態(tài)信息，經(jīng)固態(tài)功率控制器對負(fù)載進(jìn)行控制和保護(hù)，這種配電系統(tǒng)可以大大減輕導(dǎo)線重量，提高配電可靠性及自動化程度，減輕飛行人員負(fù)擔(dān)，因而是下一代先進(jìn)飛機(jī)配電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

傳統(tǒng)飛機(jī)供電系統(tǒng)的控制和保護(hù)是由專門的模擬電路和繼電器組成的，隨著飛機(jī)對供電系統(tǒng)性能要求的提高，傳統(tǒng)控制保護(hù)器在體積、重量、可靠性、可維護(hù)性等方面的問題越來越突出。當(dāng)系統(tǒng)功能改動或擴(kuò)展時，將導(dǎo)致硬件電路改動較大，降低了系統(tǒng)的可維護(hù)性。因此，西方發(fā)達(dá)國家首先投入大量資金，研制了匯流條控器，并成功應(yīng)用于F一15、F一16等飛機(jī)上。隨著微處理器技術(shù)在控制系統(tǒng)方面的廣泛應(yīng)用，大量非航空電子產(chǎn)品在飛機(jī)上得到應(yīng)用，對飛機(jī)上供電系統(tǒng)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(shù)字式匯流條控制器應(yīng)運(yùn)而生，美國的Boeign767、Boeign777、歐洲的A320、A340以及這些國家新研制的軍用飛機(jī)均采用較先進(jìn)的數(shù)字式匯流條控制器。

我國經(jīng)過數(shù)年的研究，也終于生產(chǎn)出了模擬式匯流條控制器，并已在某型軍用飛機(jī)上試飛成功。目前，他們正在對這種模擬式匯流條控制器進(jìn)行數(shù)字化改造。