Почему алюминиевые проводники и фольга конкурируют с медью
Электропроводность-алюминия, такого как сплав 1350, составляет около 61 % от международного стандарта для отожженной меди. Полезным сравнением является не только проводимость, но и проводимость на единицу массы. Для того же тока при том же повышении температуры алюминиевый проводник требует примерно на 60 % большего поперечного сечения, чем медный, однако он весит лишь вдвое меньше и стоит значительно меньше на ампер емкости. Именно поэтому распределительные сети, аккумуляторные батареи и трансформаторы сухого-типа неуклонно переходят на алюминий.
Оксидный слой, защищающий алюминий, также создает классическую проблему заделки. Оксид алюминия является электрическим изолятором, а алюминий медленно расползается под постоянным давлением болтов, поэтому просто затянутое соединение со временем ослабнет и нагреется. Абразивная очистка контактных поверхностей, состав, ингибирующий оксид-, а также пружинные или тарельчатые шайбы под болтом обеспечивают стабильное сопротивление соединения на протяжении всего срока службы установки.
Радиаторы и управление температурным режимом
Экструдированные радиаторы обычно изготавливаются из сплава 6063, который сочетает в себе теплопроводность около 200 Вт/м·К и способность к экструзии, необходимую для прессования высоких тонких ребер за один проход. Сплав 6061 выбирают там, где механическая прочность важнее проводимости. Однако геометрия доминирует над производительностью: удвоение количества ребер внутри одной и той же площади снижает термическое сопротивление гораздо сильнее, чем замена сплава, а граница раздела ребер-с-воздухом, а не металлом, обычно является ограничивающим фактором.
Анодирование создает контролируемый слой оксида алюминия, который повышает излучательную способность поверхности и улучшает радиационное охлаждение внутри корпусов с плохим потоком воздуха. Там, где путь ограничивает проводимость, а не конвекция, тонкая алюминиевая фольга используется в качестве заполнителя зазора и защиты от излучения, поскольку лист толщиной 0,05 мм почти не добавляет термического сопротивления по всей своей толщине, блокируя при этом перенос излучения между поверхностями.
Шины и распределение высоких-токов
Шины для аккумуляторных блоков, распределительных устройств и инверторных звеньев постоянного тока экструдируются или прокатываются из проводящих марок алюминия и покрываются оловом или серебром в зонах контакта, чтобы обеспечить стабильное сопротивление соединений. Шинопроводы из ламинированной фольги, изготовленные из сложенных друг на друга тонких листов, уменьшают потери на скин-эффекте и индуктивность контура на высоких частотах, а также могут формироваться с плотными изгибами, необходимыми внутри батарейного модуля. Лазерная сварка и сварка трением с перемешиванием являются обычными способами соединения стопок фольги в межэлементные соединения.
Сплавы: 1050, 1060 и 1350 для токопроводящих свойств; 6101 и 6063 для экструдированных профилей.
Форматы: экструдированный стержень для главных путей тока, лист ламинированной фольги для гибких связей с низкой-индуктивностью.
Покрытие: олово для болтовых соединений, серебро для разъемных контактов низкого-сопротивления.
Охлаждение: естественное или принудительное воздушное со средним током, пластины с жидкостным-охлаждением и встроенные каналы с силой тока выше нескольких тысяч ампер.
Обмотки из фольги в трансформаторах и токосъёмниках аккумуляторных батарей
Производители трансформаторов заменяют круглый провод алюминиевой фольгой в сухих-типах и распределительных устройствах. Обмотка из фольги укладывается непрерывным листом по всей высоте катушки, что сокращает время намотки и снижает потери на вихревые-токи, поскольку в направлении потока утечки проводник становится тоньше. Более высокое удельное сопротивление алюминия по сравнению с медью также помогает противостоять короткому замыканию, поскольку проводник сам по себе ограничивает ток короткого замыкания.
В литий-ионных-элементах алюминиевая фольга является коллектором положительного тока. Он составляет от 0,009 мм до 0,020 мм для сплавов 1060, 1070 или 1235, при этом прочность на разрыв и удлинение контролируются так, чтобы покрытый электрод можно было наматывать или укладывать друг на друга без растрескивания. Чистота поверхности и остатки прокатного масла здесь имеют такое же значение, как и механические свойства, поскольку от них зависит адгезия покрытия.
Выбор сплава, характеристики и контроль качества
| Приложение | Сплав | Характер | Типичная толщина | Недвижимость, которая важнее всего |
|---|---|---|---|---|
| Токоприемник аккумулятора | 1060, 1070, 1235 | H18 или О | 0,009-0,020 мм | Чистота, контролируемое растяжение и удлинение |
| Обмотка трансформатора из фольги | 1050, 1060, 1350 | O | 0,100-0,500 мм | Низкое удельное сопротивление, чистые края щели. |
| Ламинированный лист шинопровода | 1050, 1060 | О или H14 | 0,200-1000 мм | Формируемость, адгезия покрытия |
| Теплоотводящая фольга и заполнитель зазоров | 8011, 1050 | O | 0,020-0,100 мм | Плоскостность, контакт с поверхностью |
| Монтажный профиль для солнечных батарей | 6061, 6005A | T6 | Экструдированный профиль | Прочность и устойчивость к коррозии |
Входной контроль электротехнической фольги обычно охватывает толщину, ширину, качество кромок, проводимость или удельное сопротивление, прочность на разрыв, удлинение и чистоту поверхности. Результаты проверяются на соответствие применимому стандарту, например GB/T 3198 для рулонной фольги или ASTM B479 для тонкой фольги, а также на соответствие значению проводимости, указанному в спецификации покупки. В сертификатах должны быть указаны сплав, состояние, номер партии и механические результаты, чтобы любую поставленную катушку можно было отследить до линии и передать на нее, где она была произведена.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Может ли алюминий проводить тот же ток, что и медь?
Да, если поперечное-сечение больше. Алюминию требуется примерно на 60 % больше площади, чем меди, для того же тока при том же повышении температуры, а полученный проводник по-прежнему весит примерно вдвое меньше.
Вопрос: Что приводит к ослаблению алюминиевых соединений?
Два эффекта действуют одновременно: слой естественного оксида, который является электроизолирующим, и холодное течение металла под постоянным давлением болта. Очистка контакта, нанесение состава,-ингибирующего оксиды, и использование пружинных шайб обеспечивают стабильное сопротивление соединения.
Вопрос: Почему для экструдированных радиаторов обычно выбирают 6063?
Он сочетает в себе теплопроводность около 200 Вт/м·К и способность к экструдированию, необходимую для прессования высоких тонких ребер за один проход. Там, где прочность важнее проводимости, вместо нее используется 6061.
Вопрос: Какая толщина фольги является стандартной для литий-ионных токосъемников?
Алюминиевая фольга аккумуляторного- качества обычно имеет толщину от 0,009 до 0,020 мм, в зависимости от формата элемента и от того, сложен ли электрод стопкой или намотан. Однородность толщины имеет большее значение, чем номинальное значение, поскольку от него зависит вес покрытия.
Вопрос: Алюминиевые обмотки трансформатора нагреваются сильнее, чем медные?
Они пропускают тот же ток в большем-сечении, поэтому потери в меди могут быть одинаковыми, но конструкция должна учитывать более низкую теплопроводность алюминия. Обмотка из фольги проводит тепло вдоль листа к концам катушки, что помогает в конструкциях сухого-типа.
Вопрос: Является ли шина из ламинированной фольги лучше, чем сплошная шина?
Для высокой-частоты или быстрого-тока переключения — да. Ламинирование тонких листов уменьшает скин-эффект и индуктивность контура, а стопку можно согнуть, чтобы разместить в ограниченном пространстве внутри модуля.
