Wysokoprądowe, elastyczne miedziane złącza rozszerzeń do elektrolizerów i ciężkiego wytapiania

Szyny zbiorczej elektrolizera 5000A+ nie można traktować jako sztywnego przewodu miedzianego, gdy powtarzające się cykle termiczne zmieniają odległość pomiędzy stałymi zaciskami. Elastyczne miedziane złącze kompensacyjne zbudowane z cienkich folii miedzianych pochłania ruch osiowy, zachowując ścieżkę prądu o niskiej-oporności; spawanie dyfuzyjne molekularne może łączyć folie miedziane o grubości 0,1 mm bez topnika lub lutowia. W przypadku elektrolizerów-wysokoprądowych i sprzętu do ciężkiego wytapiania celem projektowym nie jest sama elastyczność, ale kontrolowana rezystancja, gęstość prądu, wzrost temperatury, skok mechaniczny i integralność połączenia.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Straty elektryczne w połączeniu-wysokoprądowym są następujące:

P = I²R

Przy 5000 A nawet rezystancja 20 μΩ wytwarza na złączu około 500 W ciepła. To sprawia, że ​​spadek napięcia na poziomie miliwoltów i rezystancja na poziomie mikro-omów- są istotnymi zmiennymi projektowymi, a nie drugorzędnymi elementami kontroli.

 

Ścieżki prądowe 5000A+ i przewodność miedzi w 100% IACS

W przypadku wysoko-wysokoprądowych systemów elektrolizerów prądu stałego zazwyczaj wybiera się miedź, ponieważ miedź elektryczna-o wysokiej czystości zapewnia bardzo wysoką przewodność i obsługuje zwarte ścieżki prądowe.

 

Parametr	Typowe rozważania inżynierskie
Aktualna ocena	5000 A+ ciągła lub-specyficzna dla aplikacji
Materiał miedziany	C1100 / miedź-o wysokiej przewodności
Przewodność	Do około 100% IACS dla odpowiedniego materiału C1100
Grubość folii	0,1 mm na warstwę folii
Wspólna struktura	Wiele równoległych folii miedzianych
Główna funkcja	Kompensacja rozszerzalności cieplnej i przepływ prądu
Straty elektryczne	Określany na podstawie rezystancji, powierzchni styku i rozkładu prądu
Kontrola	Sprawdzanie wymiarów, rezystancji elektrycznej i integralności spoin

 

Wielowarstwowa-struktura folii rozkłada naprężenia mechaniczne na wiele cienkich warstw miedzi. Zamiast zmuszać sztywny pręt miedziany do pochłaniania przemieszczeń cieplnych, poszczególne folie wyginają się niezależnie.

 

Jest to szczególnie istotne w przypadku stosów elektrolizerów, połączeń prostowników, systemów szyn prądu stałego i-wysokoprądowych urządzeń piecowych, w których temperatura przewodu może znacznie zmieniać się pomiędzy uruchomieniem, stałą pracą i wyłączeniem.

 

Folie miedziane o grubości 0,1 mm i spawanie dyfuzyjne molekularne bez topnika

Zgrzewany dyfuzyjnie miedziany bocznik wykorzystuje ułożone w stos folie miedziane, które są łączone za pomocą kontrolowanego ciśnienia i energii cieplnej. Celem jest utworzenie wiązania metalurgicznego na powierzchni folii, zamiast polegania na oddzielnym lutowiu lub stopie lutowniczym.

 

W przypadku folii miedzianej o grubości 0,1 mm kontrola procesu staje się ważna, ponieważ folia jest wystarczająco cienka, aby stan powierzchni, płaskość, rozkład ciśnienia i utlenienie wpływały na połączoną powierzchnię styku.

 

Kontrolowany proces spawania dyfuzyjnego-zwykle uwzględnia:

Czystość miedzi i przewodność elektryczna
Grubość folii i liczba warstw
Czystość powierzchni przed połączeniem
Docisk na całej powierzchni klejenia
Temperatura zgrzewania i czas przebywania
Lokalne odkształcenie stosu folii
Tworzenie się tlenku podczas ogrzewania
Ciągłość-obszaru sklejonego
Opór elektryczny po spawaniu
Wytrzymałość mechaniczna i zachowanie zmęczeniowe

 

Powstałe połączenie nie zawiera konwencjonalnej warstwy lutowniczej, która mogłaby wprowadzić dodatkowy interfejs elektryczny lub termiczny.

 

W przypadku zastosowań wysokoprądowych celem jest szerokie połączenie metalurgiczne ze stałym przepływem prądu w zaprojektowanym obszarze nakładania się.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IEC 60269 i IATF 16949-Kontrola procesu w oparciu o złącza wysokoprądowe

 

Ścieżka produkcji powinna oddzielać kontrolę materiału, formowanie, łączenie i kontrolę końcową. W przypadku odbiorców przemysłowych odpowiednie dowody jakości powinny być powiązane z rzeczywistymi wymaganiami dotyczącymi zastosowania i rysunku, a nie z ogólnym certyfikatem materiałowym.

 

Typowe elementy sterujące obejmują:

Weryfikacja materiału - gatunek miedzi, grubość i przewodność.
Przygotowanie folii - dokładność wymiarowa, stan powierzchni i czystość.
Kontrola układania - liczby folii, orientacji i zaprojektowanego nakładania się.
Zgrzewanie dyfuzyjne - kontrola ciśnienia, temperatury i cyklu.
Formowanie - końcowej długości, szerokości, położenia otworu i geometrii końcówki.
Kontrola elektryczna - pomiar rezystancji lub-spadku napięcia.
Kontrola mechaniczna - integralności spoin i weryfikacja wymiarów.
Końcowa kontrola jakości - CMM, kontrola wizualna i-specyficzna dla klienta dokumentacja PPAP.

 

W przypadku-motoryzacyjnych systemów jakości pochodzących z branży motoryzacyjnej można zastosować dyscyplinę procesową IATF 16949 i dokumentację PPAP poziomu 3, jeśli tak określi klient. W przypadku projektów elektrolizerów przemysłowych plan inspekcji powinien być dostosowany do zatwierdzonego rysunku, specyfikacji technicznej i obowiązujących norm elektrycznych.

 

Poproś o bezpłatną ocenę i wycenę DFM

 

 

Sztywny pręt miedziany ma określony współczynnik rozszerzalności cieplnej. Kiedy dwa punkty mocowania są powiązane mechanicznie, zmiana temperatury powoduje przemieszczenie i naprężenia, a nie swobodny ruch.

 

Dla przewodnika o długości L przybliżona rozszerzalność cieplna wynosi:

ΔL = × L × ΔT

Gdzie:

 

ΔL=przemieszczenie termiczne
= współczynnik rozszerzalności cieplnej
L=pierwotna długość przewodu
ΔT=zmiana temperatury

 

W przypadku miedzi współczynnik wynosi około 16–17 × 10⁻⁶/K w zależności od materiału i zakresu temperatur.

Na przykład przewodnik miedziany o średnicy 500 mm poddany wzrostowi temperatury o 100 K może doznać w przybliżeniu:

ΔL ≈ 0,82 mm

Sztywne połączenie musi uwzględniać ten ruch przez otaczającą konstrukcję, otwory montażowe, odkształcenie zacisku lub naprężenie przewodu. Zamiast tego elastyczne miedziane złącze kompensacyjne zapewnia zgodność mechaniczną bezpośrednio z połączeniem elektrycznym.

 

16–17 × 10⁻⁶/K Rozszerzalność miedzi i-kompensacja cyklu cieplnego

Sekcja elastyczna jest zwykle projektowana jako stos cienkich folii miedzianych, a nie pojedyncza gruba płyta miedziana.

 

Budowa	Zachowanie mechaniczne	Ścieżka elektryczna	Typowe rozważania dotyczące zastosowania
Sztywny pręt miedziany C1100	Niska elastyczność	Bezpośredni dyrygent	Stała geometria
Stos laminowanej folii miedzianej	Wysoka elastyczność osiowa	Równoległe ścieżki folii	Ruch termiczny
Złącze miedziane w oplocie	Wysoka elastyczność	Wiele pasm	Dynamiczny ruch
Bocznik-spawany dyfuzyjnie z miedzi	Elastyczny odcinek folii z wklejonymi końcówkami	Złącze metalurgiczne o dużej-powierzchni	Wysoko-systemy prądu stałego

 

Stos folii umożliwia zginanie i ruch osiowy bez konieczności deformacji całej konstrukcji terminala.

Dlatego też w przypadku szyny zbiorczej elektrolizera złącze kompensacyjne powinno być określone na prąd większy niż jego znamionowy prąd znamionowy. Rysunek techniczny powinien określać:

Prąd ciągły
Prąd szczytowy
Temperatura otoczenia
Temperatura przewodnika
Oczekiwany cykl termiczny
Maksymalny ruch
Minimalny promień zgięcia
Geometria otworu końcowego-
Kierunek montażu
Dostępna koperta instalacyjna
Wymagany opór elektryczny lub spadek napięcia

Gęstość prądu i rozpraszanie ciepła 5000A+

Przy 5000 A rozkład prądu w elastycznym złączu zależy od efektywnego przekroju poprzecznego-przewodzącego i geometrii interfejsu.

Zwiększanie liczby warstw folii miedzianej zwiększa dostępną powierzchnię przewodzącą. Jednak samo dodanie folii nie gwarantuje równomiernego rozkładu prądu.

Szczególnie ważne jest przejście końcowe. Jeżeli prąd wpływa do stosu folii przez wąski obszar, lokalna gęstość prądu może wzrosnąć w pobliżu obszaru przejściowego.

Z tego powodu szerokość końcówki, zachodzenie folii, obszar spoiny i geometrię-otworu montażowego należy oceniać łącznie.

 

Praktyczny przegląd projektu powinien zbadać:

Prąd → terminal → strefa łączona → stos folii → strefa łączona → terminal

zamiast oceniać sekcję folii w izolacji.

 

Rezystancja 20 μΩ i strata I²R przy 5000A

Wpływ oporu złącza staje się znaczący przy dużym prądzie.

 

Wspólny opór	Spadek napięcia przy 5000A	Strata mocy przy 5000A
5 μΩ	25 mV	125 W
10 μΩ	50 mV	250 W
20 μΩ	100 mV	500 W
30 μΩ	150 mV	750 W
50 μΩ	250 mV	1,250 W

 

Wartości te pokazują, dlaczego rezystancja styku i rezystancja spoiny powinny zostać uwzględnione w planie weryfikacji projektu.

 

Redukcja z 20 μΩ do 10 μΩ nie powoduje jedynie zmniejszenia zmierzonego spadku napięcia o 50 mV. Przy 5000 A zmniejsza również teoretyczną stratę rezystancyjną o około 250 W na tym połączeniu.

 

Rzeczywista wydajność pola zależy również od temperatury przewodu, nacisku styku, stanu powierzchni, kształtu fali prądu i geometrii instalacji.

 

Pobierz specyfikację projektu szyn zbiorczych

 

 

 

Zespoły cienkiej folii miedzianej wymagają innej kontroli wymiarów niż konwencjonalne obrobione maszynowo pręty miedziane.

 

Wymiary krytyczne nie ograniczają się do całkowitej długości i szerokości. W przypadku złącza rozprężnego grubość folii, wysokość stosu, płaskość końcówki, położenie otworu, szerokość spoiny i geometria swobodnej-długości mają wpływ na instalację i parametry elektryczne.

 

Kontrola ±0,01 mm CMM dla zacisków miedzianych

W przypadku precyzyjnych komponentów terminali wybrane wymiary można kontrolować z dokładnością do ±0,01 mm, jeśli wymaga tego zatwierdzony rysunek i możliwości produkcyjne.

Inspekcja CMM może zweryfikować:

Pozycja otworu montażowego-
Szerokość terminala
Długość całkowita
Równoległość
Płaskość
Odległość otworu-do-krawędzi
Spawana geometria terminala
Uformowany profil

 

Strategia inspekcji powinna rozróżniać wymiary wpływające na instalację elektryczną i wymiary wpływające na luz mechaniczny.

 

Na przykład tolerancja położenia-otworu montażowego może bezpośrednio wpływać na wyrównanie zespołu, podczas gdy wymiar długości-bez folii wpływa na dostępny ruch termiczny.

 

Miedź C1100 i mosiądz C2680: dobór materiałów przy 100% IACS

Miedzi i mosiądzu nie należy traktować jako materiałów wymiennych końcówek.
 

Nieruchomość	Czysta miedź C1100	Mosiądz C2680
Przewodność elektryczna	Wysoki; odpowiednie stopnie mogą zbliżać się do 100% IACS	Niższy niż C1100
Główna zaleta	Niski opór elektryczny	Wyższa wytrzymałość mechaniczna i zachowanie przy formowaniu
Przewodnik wysoko-prądowy	Preferowane	Zależnie od aplikacji-
Przewodność cieplna	Wysoki	Niżej
Typowe zastosowanie	Szyny zbiorcze, folie, boczniki	Zaciski, konstrukcyjne części elektryczne
Wysoka-strata prądu	Niższy dla równoważnej geometrii	Wyższe dla równoważnej geometrii
Sterownik doboru materiału	Wydajność elektryczna	Wymagania mechaniczne/formowania

 

W przypadku ścieżki prądowej o natężeniu 5000 A+ C1100 jest na ogół materiałem wyjściowym, gdy w projekcie dominuje przewodność elektryczna. Mosiądz można rozważyć, jeśli sztywność końcowa, odporność na zużycie lub wymagania dotyczące formowania uzasadniają jego zastosowanie.

 

Ostateczny wybór powinien opierać się na wymaganiach elektrycznych, mechanicznych i środowiskowych klienta.

 

Wymagania dotyczące dielektryka 15 kV/mm dla izolowanych zespołów wysokoprądowych

Jeżeli elastyczne złącze miedziane jest instalowane wewnątrz izolowanej obudowy, izolację należy oceniać oddzielnie od przewodu miedzianego.

Możliwe systemy izolacji obejmują:

Powłoka proszkowa epoksydowa
Izolacja z laminowanego polimeru
Folia PET
Folia poliimidowa
PVC lub inne materiały izolacyjne-specjalistyczne

 

Odpowiednią specyfikację dielektryka należy podać jako wymaganie testowe, a nie zakładać na podstawie samej nazwy materiału.

 

Where specified, dielectric breakdown strength may be evaluated against requirements such as >15 kV/mm, wraz z grubością izolacji, drogą upływu, prześwitem i starzeniem środowiskowym.

 

W przypadku elektrolizerów-wysokonapięciowych podczas kwalifikacji dielektryka należy wziąć pod uwagę cały zespół-nie tylko materiał powłoki-.

 

 

 

Prostowniki elektrolizerów, systemy produkcji wodoru i sprzęt do ciężkiego wytapiania rzadko mają identyczne powłoki szyn zbiorczych. Dlatego elastyczne złącze może wymagać przesuniętych zacisków, nierównych szerokości zacisków, schodkowych stosów folii, kątowych powierzchni montażowych lub asymetrycznych sekcji rozszerzających.

 

Proces inżynieryjny powinien rozpocząć się od rysunku klienta i koperty instalacyjnej, a nie narzucać aplikacji standardową geometrię złącza.

 

Przegląd DFM 5000A+ dla offsetowych i asymetrycznych boczników miedzianych

Przegląd DFM powinien zbadać:

Bieżący-kierunek wejścia
Obszar styku terminala
Średnica otworu i tolerancja położenia
Liczba warstw-folii
Szerokość folii
Elastyczna, wolna długość
Wymagany ruch
Kierunek zgięcia
Przesunięcie terminala
Wymiary powierzchni spawanej-
Luz instalacyjny

Konstrukcja asymetryczna może być akceptowalna pod względem elektrycznym, powodując jednocześnie nadmierne naprężenia mechaniczne, jeśli neutralna oś ruchu jest źle ustawiona.

Z tego powodu należy rozważyć łącznie skok mechaniczny i rozkład prądu elektrycznego.

 

W-nitowaniu matrycowym i kontroli położenia końcówki ±0,01 mm

Tam, gdzie końcówki miedziane zawierają pomocnicze elementy metalowe,-w procesie produkcyjnym można uwzględnić nitowanie matrycowe, tłoczenie lub formowanie wtórne.

Typowe kontrole procesu obejmują:

Tłoczenie progresywne lub wykrawanie
Kontrola wysokości zadziorów
Tworzenie się
W-nitowaniu matrycowym, tam gdzie ma to zastosowanie
Przygotowanie folii miedzianej
Zgrzewanie dyfuzyjne
Formowanie terminala
Obróbka powierzchni lub izolacja
Kontrola CMM
Weryfikacja elektryczna i mechaniczna

W przypadku precyzyjnie tłoczonych elementów zużycie narzędzi należy monitorować pod kątem wymiarów krytycznych, a nie polegać wyłącznie na nominalnym-oświadczeniu o żywotności formy.

 

Dokumentacja PPAP poziom 3 i IATF 16949 dla produkcji seryjnej

W przypadku projektów motoryzacyjnych lub pochodnych-motoryzacyjnych dokumentacja PPAP może obejmować:

Zapisy projektowe
Dokumentacja zmian technicznych
Schemat przebiegu procesu
PFMEA
Plan kontroli
Analiza systemu pomiarowego
Wyniki wymiarowe
Wyniki testów materiałów i wydajności
Wstępne badania procesu
Przykładowe części produkcyjne
Zatwierdzenie wyglądu, jeśli ma to zastosowanie
Nakaz dostarczenia części

Poziom PPAP 3 jest powszechnie używany, gdy klient żąda pełnego pakietu zgłoszeń.

W przypadku zastosowań w elektrolizerach przemysłowych i wytapianiu dokumentację można dostosować do umowy jakościowej klienta, zamiast automatycznie stosować strukturę PPAP dla branży motoryzacyjnej.

 

Poproś o bezpłatną ocenę i wycenę DFM

 

 

Wysokoprądowe złącza dylatacyjne należy sprawdzić pod kątem rzeczywistych rodzajów uszkodzeń elektrycznych i mechanicznych występujących w danym zastosowaniu.

Plan inspekcji powinien obejmować zarówno materiał miedziany, jak i gotowe złącze.

 

Opór elektryczny i temperatura 5000 A+-Weryfikacja wzrostu

Program walidacji produkcji może obejmować:

 

Test	Cel inżynieryjny
Rezystancja prądu stałego	Sprawdź rezystancję przewodu i złącza
Pomiar spadku-napięcia	Określ ilościowo straty elektryczne przy określonym prądzie
Test wzrostu temperatury-	Oceń wydajność cieplną
Cykl termiczny	Sprawdź kompensację mechaniczną
Kontrola integralności spoiny	Sprawdź ciągłość-obszaru sklejonego
Kontrola wymiarowa	Potwierdź zgodność rysunku
Pomiar CMM	Sprawdź krytyczną geometrię
Rezystancja izolacji	Sprawdź izolację elektryczną
Wytrzymałość dielektryczna	Sprawdź system izolacji
Testy środowiskowe	Oceń określone warunki pracy

 

Dokładny prąd, czas trwania testu i granice akceptacji należy ustalić na podstawie specyfikacji produktu.

 

Testowanie prądu ciągłego i-termicznego 5000 A

W przypadku wysokoprądowego złącza rozszerzeń przydatna jest następująca sekwencja sprawdzania:

Rezystancja początkowa → kontrolowane obciążenie prądem → stabilizacja temperatury → wyłączenie → chłodzenie → cykl termiczny → rezystancja końcowa

Porównanie rezystancji początkowej i po-testowej może ujawnić degradację, której kontrola jednowymiarowa nie jest w stanie wykryć.

Złącze, które pozostaje akceptowalne pod względem wymiarów, ale wykazuje rosnącą rezystancję interfejsu, może mimo to stać się punktem awarii termicznej podczas długotrwałej-pracy.
 

EN 45545 i UL 94 V-0 w zakresie doboru izolacji

W przypadku sprzętu instalowanego w środkach transportu lub zamkniętych systemach elektrycznych wymagania dotyczące izolacji mogą obejmować określone standardy-ognioodporności lub dymu/toksyczności.

W zależności od ostatecznego zastosowania specyfikacje mogą odnosić się do:

UL 94 V-0
EN 45545
Wymagania dotyczące wytrzymałości dielektrycznej
Rezystancja izolacji
Pełzanie i prześwit
Klasa temperaturowa
Odporność chemiczna
Starzenie się środowiska

Normy te należy przypisać według kategorii sprzętu i rynku docelowego. Sam certyfikat materiałowy nie stwierdza zgodności gotowego montażu.

 

 

Prawidłowa konstrukcja zależy od prądu, ruchu, temperatury, geometrii instalacji i wymagań walidacyjnych.

 

Wymóg	Zalecany kierunek inżynierski
5000A+ ciągły prąd stały	Wielowarstwowa-folia miedziana C1100
Wysoki ruch termiczny	Dłuższa elastyczna wolna część
Ograniczona przestrzeń instalacyjna	Kompaktowa wielowarstwowa geometria folii-
Niski opór elektryczny	Miedź-o wysokiej przewodności i duża powierzchnia łączenia
Powtarzające się cykle termiczne	Elastyczny stos folii o kontrolowanym ruchu
Przesunięte punkty mocowania	Formowana/asymetryczna geometria końcówki
Obudowa wysokiego napięcia-	Zdefiniowana izolacja, prąd pełzający i prześwit
System jakości pojazdów	IATF 16949 / PPAP poziom 3 zgodnie z opisem
Precyzyjna geometria terminala	Kontrola CMM
Łączenie miedzi-bez topnika	Molekularne spawanie dyfuzyjne
Ochrona przed korozją	Zastosowanie-specyficzna obróbka powierzchni
Wysokie obciążenie mechaniczne	Optymalizacja geometrii końcówek i obszaru spoiny

 

Dlatego też elastyczne miedziane złącze kompensacyjne należy określić jako kompletny element-elektromechaniczny, a nie po prostu kawałek elastycznej miedzi.

 

 

W celu dokładnej oceny DFM pakiet zakupowy powinien zawierać:

 

Znamionowy prąd ciągły
Maksymalny prąd roboczy
Aplikacja DC lub AC
Napięcie robocze
Temperatura otoczenia
Maksymalna temperatura przewodu
Zakres cyklu-termicznego
Wymagany ruch
Wolna długość złącza
Wymiary terminala
Wzór dziury
Stopień miedzi
Grubość folii
Wymóg izolacji
Wymagania dotyczące-obróbki powierzchni
Docelowy opór elektryczny
Limit wzrostu temperatury-
Ilość i roczne zapotrzebowanie
Wymagany standard inspekcji
Wymóg PPAP
Wymagania dotyczące opakowań

 

Do wstępnej oceny wykonalności wystarczy rysunek, plik STEP lub rysunek wymiarowy 2D.

 

W przypadku zastosowań powyżej 5000 A złącze należy oceniać jako część kompletnej ścieżki prądowej. Geometria szyn zbiorczych, interfejsy zacisków, elementy montażowe i warunki chłodzenia mogą znacząco zmienić mierzoną rezystancję i wzrost temperatury.

 

 

Jakie informacje są wymagane do wyceny elastycznego miedzianego złącza kompensacyjnego 5000A+?

Podaj prąd znamionowy, napięcie, klasę miedzi, grubość folii, wymiary zacisków,-rozkład otworów montażowych, ruch cieplny, zakres temperatur, wymagania dotyczące izolacji i ilość roczną. Rysunek 2D lub plik STEP umożliwia dokładniejszą ocenę DFM.

 

Puszka 0,1 mmfolia miedziana jest zgrzewana dyfuzyjniebez lutu i topnika do lutowania twardego?

Tak. Ułożone w stos folie miedziane o grubości 0,1 mm można łączyć za pomocą kontrolowanego zgrzewania dyfuzyjnego molekularnego. W procesie tym wykorzystuje się ciśnienie i energię cieplną, aby utworzyć połączenie metalurgiczne bez konwencjonalnego lutu lub warstwy topnika.

 

Czy można dostarczyć-niestandardowe miedziane złącza kompensacyjne z PPAP poziomu 3?

Tak. Jeśli wymaga tego klient, produkcję można zorganizować w oparciu o dokumentację PPAP poziomu 3, obejmującą wyniki wymiarowe, zapisy materiałowe, przebieg procesu, PFMEA, plan kontroli i dane dotyczące walidacji wydajności.