Analiza izolacijskega materiala laminiranih zbiralk: Kako prožna in toga izolacija vplivata na delovanje sistema?

S hitrim razvojem novih energetskih vozil, sistemov za shranjevanje energije, železniškega tranzita in opreme za pretvorbo industrijske frekvence so laminirane zbiralke postale ključne prevodne povezovalne komponente v močnostnih-elektronskih sistemih visoke moči. Ne glede na to, ali gre za laminirano zbiralko za električne avtomobile, laminirano zbiralko v visoko-pretvorniku moči ali prilagojeno laminirano zbiralko za IGBT-je, njena zmogljivost ni odvisna samo od zasnove prevodnika, ampak tudi močno od izbire izolacijskih materialov.

 

Izolacijski sistem neposredno vpliva na vzdržljivo napetost zbiralke, zmogljivost delne razelektritve, življenjsko dobo in splošno zanesljivost. Razumevanje značilnosti prožne in toge izolacije je ključnega pomena za načrtovanje visoko{1}}zmogljivih laminiranih nizko{2}}induktivnih vodil.

 

 

 

Laminirana zbiralka je prevodni povezovalni sistem, sestavljen iz več plasti prevodnikov in izolacijskih materialov, ki pripada tipični več-slojni strukturi povezovalne palice.

 

S tesnim zlaganjem pozitivnih in negativnih vodnikov ter njuno izolacijo z izolacijsko plastjo je mogoče učinkovito zmanjšati induktivnost zanke, izboljšati delovanje elektromagnetne združljivosti sistema in zmanjšati izgubo energije. Zato se pogosto uporablja v:

 

Pogonski sistemi električnih vozil
Pretvorniki za shranjevanje energije (PCS)
Industrijski frekvenčni pretvorniki
Fotovoltaični pretvorniki
Električni sistemi železniškega tranzita
Visok{0}}napajalna oprema

 

V več-plastnih strukturah, kot so tri-slojne laminirane zbiralke, izolacijski material ne zagotavlja samo električne izolacije, temveč tudi mehansko in okoljsko zaščito.

 

 

 

Trenutno večina delno laminiranih vodil uporablja fleksibilne izolacijske folije, laminirane na bakrene vodnike.

 

Fleksibilni izolacijski materiali so običajno tesno pritrjeni na prevodnik s postopkom vročega-stiskanja, kar tvori popolno tesnjenje na robovih prevodnika, s čimer se izboljša odpornost proti vlagi in toploti, onesnaženju in staranju.

 

PET poliestrski izolacijski material

PET je eden najpogostejših izolacijskih materialov za večplastne zbiralke.

Njegove glavne značilnosti vključujejo:

Dolgotrajna-delovna temperatura do 105 stopinj;
Odlična duktilnost; Manj nagnjeni k pokanju med upogibanjem.
Odlična kakovost površine;
Dobre lastnosti zaviranja gorenja; Relativno ekonomičen strošek.

Zaradi visokega CTI (relativnega indeksa sledenja) je PET še posebej primeren za-napetostne aplikacije.

PET materiali se pogosto uporabljajo v podzemnih laminiranih zbiralkah in industrijskih energetskih sistemih.

PI poliimidni izolacijski material

PI je visoko{0}}zmogljiv, visoko{1}}temperaturno-odporen izolacijski material.

Njegove glavne prednosti vključujejo:

Dolgotrajna temperaturna-obstojnost nad 200 stopinj;
Odlična toplotna stabilnost;
Dobra varivost; Visoka inherentna zaviranje gorenja.

Zato imajo PI materiali znatne prednosti pri IGBT laminiranih zbiralkah in aplikacijah, ki zahtevajo spajkanje kondenzatorjev, induktorjev in drugih komponent.

Vendar imajo PI materiali razmeroma slabše lastnosti sledenja površini in so dražji od PET. Običajno se uporabljajo v posebnih aplikacijah in ne v običajnih oblikah.

 

 

Fleksibilna izolacija pokriva predvsem prevodnik, medtem ko toga izolacija služi predvsem kot strukturna izolacija med sloji prevodnika.

 

V visoko{0}}napetostnih sistemih samo tanko{1}}izolacija pogosto ne zadošča za izpolnjevanje zahtev glede delne razelektritve in plazilne poti, zato je treba dodati toge izolacijske plasti.

 

Običajni togi izolacijski materiali vključujejo:

Poliestrska plošča, ojačana s steklenimi vlakni

Plošča iz epoksi steklenih vlaken

Visok{0}}izolacijski kompozitni materiali

Debelina toge izolacije se običajno določi na podlagi delovne napetosti sistema.

 

V splošnem inženirskem načrtovanju:

Za vsak dvig delovne napetosti za 1 kV je potreben približno 1 mm izolacijske razdalje.
Višja kot je napetost, večja je debelina toge izolacije.
Visok{0}}napetostni sistemi lahko zahtevajo izolacijske strukture debeline 3–6 mm ali celo debelejše.

 

Zato je pri visoko{0}}napetostnih aplikacijah, kot je visokonapetostna{1}}eksplozijsko odporna inverterska zbiralka, postala toga izolacija nepogrešljiva in ključna komponenta.

 

 

RTI-Indeks relativne temperature

RTI (relativni toplotni indeks) predstavlja najvišjo temperaturno oceno, pri kateri lahko izolacijski material neprekinjeno deluje daljša obdobja.

Ta indeks se uporablja za oceno sposobnosti materiala, da ohrani mehansko trdnost in električne lastnosti v dolgotrajnih-pogojih termičnega staranja.

Na splošno:

 

Višje temperature skrajšajo življenjsko dobo materiala.

Za vsakih 10 stopinj dviga temperature se lahko življenjska doba materiala prepolovi.

Za vsakih 10 stopinj znižanja temperature se lahko življenjska doba materiala podvoji.

Zato je za dolgoročno delujoče laminirane zbiralke za kompleksne instalacije zbiralk RTI (Relative Tracking Index) ključni dejavnik pri izbiri materiala.

 

CTI-Relativni indeks sledenja

CTI ocenjuje odpornost površine izolacijskega materiala na sledenje.

Višje vrednosti CTI:

Manjše zahteve za plazilno pot;
Močnejša odpornost proti kontaminaciji;
Varnejše in stabilnejše delovanje pri visokih napetostih.

Za aplikacije nad 1000 V je CTI pogosto kritičen parameter, ki določa zasnovo izolacije.

 

Raztezek

Raztezek odraža sposobnost materiala, da se upre razpokanju in tanjšanju med raztezanjem.

Visok raztezek pomeni:

Boljša primernost za kompleksne postopke upogibanja;
Lažje tesnjenje robov prevodnika;
Večja zanesljivost izolacije.

PET materiali imajo običajno raztezek, ki presega 100 %, medtem ko imajo PI materiali na splošno nižji raztezek kot PET.

 

 

Industrijski energetski sistemi

Industrijske aplikacije običajno vključujejo:

Delovne napetosti od 1000V do 6000V;
Dolgoročne{0}}operativne zahteve;
Visoke zahteve glede delne razelektritve;
Stroge specifikacije plazilne poti.

Zato laminirane zbiralke za tri{0}}nivojske pretvornike in sisteme vodil velikih pretvornikov pogosto uporabljajo kombinacijo prožne in toge izolacije.

 

Nove energetske aplikacije za vozila

Novi energetski sistemi vozil običajno delujejo pri napetostih, koncentriranih v:

400V platforme

800V platforme

Zaradi relativno nižjih napetostnih nivojev:

Nižje zahteve za delno praznjenje;
Toga izolacija v večini primerov ni potrebna.
Poudarek je na lahki zasnovi in ​​izkoristku prostora.

Zato laminirane zbiralke za električne avtomobile pogosto uporabljajo lahke laminirane strukture, da izpolnijo visoke zahteve glede gostote moči.

 

 

 

Poleg tradicionalne laminirane izolacije sta pogosti metodi izolacije tudi prašno barvanje in epoksi premaz.

 

Ti postopki so primerni za kompleksne strukture ali aplikacije z enim-prevodnikom in dosegajo:

Zaščita površinske izolacije;
Zaščita pred korozijo;
Tesnjenje okolja.

Vendar pa za sisteme vodil, ki zahtevajo nizko induktivnost in visoko zanesljivost, ostaja laminirana izolacija glavna rešitev.

 

 

Z nenehnim razvojem tehnologije močnostne elektronike so se laminirane zbiralke iz preprostih prevodnih konektorjev razvile v ključne komponente, ki vključujejo prevodnost, odvajanje toplote, izolacijo in elektromagnetno optimizacijo. Ustrezna izbira izolacijskih materialov neposredno vpliva na varnost, zanesljivost in življenjsko dobo sistema, ne glede na to, ali se uporablja za nova energetska vozila, železniški prevoz ali industrijsko opremo za pretvorbo električne energije.

 

Za modernolaminirana zbiralkaPri oblikovanju je fleksibilna izolacija odgovorna za doseganje učinkovite inkapsulacije prevodnika, medtem ko toga izolacija izpolnjuje zahteve glede visoko-napetostne odpornosti. Skupaj zagotavljajo-dolgoročno stabilno delovanje celotnega elektroenergetskega sistema.