什么是电母线？

电气母线/电母线（electric busbar，也写为bus bar）是一种金属棒、带、管或杆，能以安全的方式将电流从一个地方传导到另一个地方，并最大限度地降低能量损耗。在大电流配电、高压设备和低压电池应用中，它们通常用于代替电线或电缆。大多数母线配置都不是绝缘的，以改善对流冷却，并方便实现新的连接。由于大多数母线使用较高压三相电源，因此许多电气母线系统包含三个独立的导体，旨在安全高效地协同工作。 

为电力应用设计母线的工程师必须在空间、成本、安全性、电阻、电容和电感（分支间或附近导电材料之间）、安装选项和冷却之间取得平衡。这些通常相互冲突的要求，使得电气、磁性、热和结构仿真对于设计过程至关重要。 

工程师将母线应用于电气系统中，因为与电线或电缆相比，母线具有设计优势。一些最常见的应用包括：

电力开关设备

开关设备在电力系统中用作开关、熔断器和断路器，用于保护、控制和电气隔离电气设备，通常在发电设施或变电站使用。母线连接变压器、熔断器和工业机械等组件，还可以在设备内部分配功率。

母线槽或母线槽系统

母线槽是包含母线或电缆的长形外壳，用作从一个位置到另一个位置的电源连接器。母线槽系统由包含母线的金属管道或铸造树脂结构组成。在电力公用事业应用中，它们通常由嵌入混凝土中的管道构成。

配电板 

配电板用于建筑物中的电力分配，将输入电源馈线分成单独的电路。配电板可垂直或水平放置，电路通过分接头连接。该系统会被放置在接地机柜中或较高处。 

电池配电

母线是电动汽车和电力存储应用中连接电池组的首选方式，因为其具有刚性和薄几何结构。与大多数应用不同，电动汽车电池系统有时使用铝制成的绝缘母线，而不是非绝缘铜母线，因为这样可以减轻重量。 

可再生能源系统

对于太阳能、风能、水力发电和其他可再生能源系统而言，效率至关重要。母线可提供一种高效、可靠和稳健的方法，用于在可再生能源应用使用的设备内传输和输送电力，并具有更高的效率和灵活性。 

工业机械

工业设备从母线配电板获取电力，并在内部使用母线从电源馈线到通向系统内供电组件的馈线进行配电。 

电子设备

虽然我们通常认为母线用于电力传输和大功率设备，但设计人员也会在电子设备中使用它们，尤其是在电力电子产品中。因为，其纤薄的外形尺寸和轻量化设计，是解决封装问题或处理热分布的理想选择。 

为满足日益增长的应用需求，供应商开发了各种母线类型。母线可以按以下特征进行分类：

材料

供应商使用各种导电材料制造母线，但大多数使用铜或铝。铜的导电性仅次于银。铝是导电性排名第四的金属，但它比铜更轻，成本更低。铝和铜母线通常都会电镀锡、镍或银涂层，以减少腐蚀并提高整体性能。 

形状

由于趋肤效应和母线的传热，母线的形状会影响其导电性。在大多数情况下，其目标是实现表面积与横截面面积的较高比率。 

下面列出了最常见的形状：

• 刚性母线（扁平母线）：最常用的是细长形状的刚性母线，它们通常在制造时根据特定需求进行塑形。 
• 特殊横截面母线：某些母线采用“U”、“T”或“L”形横截面，以提供更大的弯曲刚度、增加表面积并提供更多的连接选项。 
• 层压或柔性母线：柔性母线是由薄金属带或箔片层压而成。这不仅使母线更灵活，而且还会增加总表面积，从而提高导电性。 
• 圆形母线：具有实心或空心圆柱形横截面的母线，可用于需要更大刚性、旋转或安装灵活性的大电流应用。 
• 绝缘：区分母线类型的另一种方法，是看母线与周围结构的绝缘方式。在某些情况下，母线会涂上一层绝缘聚合物，或者通过绝缘支架或隔离器进行绝缘并固定到位。

载流容量和类型

单相母线有两个电路：一个是带电电路，另一个是中性电路。三相母线使用四个导体，其中，每相各一个导体，余下一个作为中性电路运行。单相和三相母线处理交流电（AC）应用，而有些母线则传输直流电（DC）。

工程师选择采用母线的原因有很多，通常是出于成本、性能和安全性考虑。在大多数情况下，以下特征使得母线成为优于其他配电方案的选择：

• 简化配电：母线将许多电气连接整合到一个中央集线器中，这就比复杂的布线更易于设计和维护。
• 几何灵活性：母线几乎可以构建成任何形状，适用于几乎任何应用。 
• 连接简便：母线不需要复杂的电气连接。如果需要供电，只需将一根导线连接到表面。
• 外形尺寸：母线的薄型拓扑有助于在狭小空间中分配电力，比如在电池组、电子设备或工业机械中，都能看到这种结构。 
• 刚性：母线的结构刚度消除了电缆管理的必要性。其可以提高结构的整体强度，并连接更长的距离。 
• 成本效益：母线的成本低于布线方案，其安装、维护和维修的成本也较低。 
• 可持续性由于母线主要由固体铜或铝制成，因此易于回收利用。 

从不同类型的母线可以看出，工程师在材料、配置、涂层和几何结构方面有许多选择。多物理场仿真工具是设计流程的完美补充，因为它们提供了一种快速准确的方法来了解电磁场、热源、传热和结构响应之间的相互作用。 

工程师希望优化母线设计，以实现最高效率、安全运行并最大限度地降低成本。了解电路的布线情况后，他们就可以在诸如Ansys Maxwell®高级电磁场求解器等程序中创建低频电磁模型，以计算电磁场、热源以及由电阻、电容和电感引起的损耗。他们可以自动优化几何结构，或进行假设研究，以确定母线中每个模块的最佳形状。 

利用Ansys Maxwell进行三相母线上的电流密度仿真

如果应用涉及多个电路（如在三相应用中），工程师可以使用Ansys Q3D Extractor®寄生提取电磁仿真软件对整个系统进行快速建模，并计算与频率相关的电阻、电感、电容和电导（RLCG）寄生参数。

然后，部署Ansys Mechanical™结构有限元分析软件等通用结构-热工具，以查看热应力，确保所有固有频率都不是工作电气频率的倍数，并评估整体系统的刚度。

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