什麼是電氣匯流排？

電氣匯流排 (也稱為匯流排) 是一種金屬棒、金屬條、管線、線管或桿，能夠以安全的方式將電流從一個位置傳導至另一個位置，同時將能源能量損耗降至最低。它們通常用於取代高電流配電、高電壓設備和低電壓電池應用的電線或纜線。大多數匯流排組態都未絕緣，以改善對流冷卻，並便於進行新連接。由於大多數匯流排都使用較高電壓的三相電源，因此，許多電氣匯流排系統都包含三個獨立導體，旨在安全且高效地協同運作。 

設計電力應用匯流排的工程師必須在空間、成本、安全性、電阻、電容、電感、相鄰導電材料之間的相互影響、安裝選項以及冷卻需求之間取得平衡。這些經常發生衝突的要求會造成電氣、磁性、熱量和結構模擬成為設計過程中的關鍵。 

工程師會將匯流排置於電力系統中，以提供比電線或纜線更好的設計優勢。一些最常見的應用為：

電力開關裝置

開關裝置可在電力系統中作為開關、保險絲和斷路器使用，以保護、控制和隔離電氣設備，通常用於發電設施或變電所。匯流排可連接 變壓器、保險絲和工業機械等元件。它們也可以在裝置內分配電力。

匯流導管或匯流排

匯流導管是包含匯流排或纜線的長型外殼，可作為從一個位置到另一個位置的電源連接器使用。匯流排包含金屬導管或含有匯流排的鑄造樹脂結構。在電力應用中，它們通常由嵌入混凝土的導管構成。

配電板 

配電板用於建築物的配電，可將外來電力進行分配並分成不同的電路。垂直或水平電路板經過精心放置，且電路透過分接頭連接。本系統可置於接地機櫃中，或是放置於高處。 

電池配電

匯流排因其剛性和薄形的幾何設計，而成為電動車和電力儲存應用中連接電池組的最佳首選。與大多數應用不同，EV 電池系統有時會因為重量較輕，而使用鋁製的絕緣匯流排，而不是非絕緣銅匯流排。 

再生能源系統

效率對於太陽能、風力、水力發電和其他再生能源系統至關重要。匯流排提供高效、可靠且堅固耐用的方法，用於在可再生能源應用的設備中傳輸和輸送電力，從而提高效率並增加靈活性。 

工業機械

工業設備可從匯流排配電板取得電力，並在內部使用匯流排將電力從電源饋線分配至系統內供電元件的各個饋線。 

電子裝置

雖然我們通常認為匯流排用於電源傳輸和高功率設備，但設計人員在電子裝置中使用匯流排的原因是相同的，尤其是在電力電子產品中。輕薄的外形和較輕的重量使其成為解決包裝問題或處理熱分佈的理想選擇。 

供應商開發了各種匯流排類型，以滿足越來越多的應用需求。匯流排可依下列特性分組：

材料

供應商使用任何導電材料製造匯流排，但大多數使用銅或鋁。銅金屬的導電性僅次於銀，排列第二。鋁是第四大導電金屬，但比銅更輕、更便宜。鋁與銅棒通常電鍍錫、鎳或銀塗層，以減少腐蝕並改善整體效能。 

形狀

匯流排的形狀會因集膚效應和熱傳遞而影響其導電性。在大多數情況下，目標是使表面積與截面積的比率提高。 

以下是最常見的形狀清單：

• 剛性匯流排 (平板)：最常用的形狀是細長的剛性桿。它們通常在製造時成形，以符合特定需求。 
• 特殊橫截面匯流排：有些匯流排使用「U」、「T」或「L」形的橫截面，以提供更高的彎曲硬度，增加表面積，並提供更多連接選項。 
• 層壓或彈性匯流排：彈性匯流排透過層壓薄金屬條或箔製成。這不僅能使匯流排更具彈性，也能增加總表面積，進而提高傳導性。 
• 圓形匯流排：具有實心或空心圓柱形橫截面的匯流排可用於需要更高剛性、旋轉或安裝彈性的高電流應用。 
• 絕緣：區分匯流排類型的另一個方法是，透過其與周圍結構的絕緣方式來判斷。在某些情況下，它會包覆絕緣聚合物，或者可能透過絕緣固定座或絕緣體進行絕緣和固定。

載流容量和類型

單相匯流排有兩個電路：一個通電，另一個為中性。三相匯流排使用四個導體，每個相位使用一個導體，另一個導體則作為中性運作。單相與三相類型主要用於交流電 (AC) 應用，部分匯流排則用於傳輸直流電 (DC)。

工程師選擇匯流排有許多原因，通常是因為成本、效能和安全性。在大多數情況下，下列特性決定匯流排的選擇是否優於其他配電選項：

• 簡化配電：匯流排將許多電力連接結合為中央集線器。這比複雜的配線更容易設計和維護。
• 幾何彈性：匯流排可建構為幾乎任何形狀，適用於幾乎任何應用。 
• 輕鬆連接：匯流排不需要複雜的電力連接。如果需要電力，您只需要將電線連接到表面即可。
• 外形規格：匯流排的薄型拓撲有助於在狹小空間中分配電力，常見於電池組、電子產品或工業機械中。 
• 剛性：匯流排的結構硬度消除了纜線管理的需求。這有助於提高結構的整體強度，並橋接更長的距離。 
• 成本效益：匯流排的成本可能低於配線選項。此外，安裝、維護和維修的成本也較低。 
• 永續性：由於匯流排大多數以實心銅或鋁製成，因此易於回收。 

從不同類型的匯流排可以看出，工程師在材料、組態、塗層和幾何方面有許多選擇。多重物理量模擬工具是設計過程的完美輔助工具，因為它們提供快速且準確的方式來讓您瞭解電磁場、熱產生、熱傳遞和結構回應的交互作用。 

工程師想要最佳化其匯流排設計，以實現最大效率、安全操作，並將成本降至最低。他們瞭解電路的佈線方式之後，便可在 Ansys Maxwell® 進階電磁場求解器等程式中建立低頻率電磁模型，以計算電磁場、熱產生，以及電阻、電容和電感導致的損耗。他們可以自動最佳化幾何，或進行假設性研究，以確定其匯流排中每個模組的最佳形狀。 

使用 Ansys Maxwell 模擬三相匯流排的電流密度

如果應用涉及多個電路，例如三相應用，工程師可以使用 Ansys Q3D Extractor® 寄生萃取電磁模擬軟體來快速建模整個系統，並計算頻率相關電阻、電感、電容和電導 (RLCG) 的寄生參數。

然後，部署 如Ansys Mechanical™ 結構有限元素分析軟體的結構／熱工具來查看熱應力，確保沒有任何自然頻率是操作電頻率的倍數，並評估整體系統剛性。

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