Анализа изолационог материјала ламинираних сабирница: Како флексибилна и крута изолација утиче на перформансе система?

Са брзим развојем нових енергетских возила, система за складиштење енергије, шинског транзита и индустријске опреме за претварање фреквенције, ламиниране сабирнице су постале кључне проводне компоненте за повезивање у електронским системима велике{0}}е снаге. Било да се ради о ламинираној сабирници за електричне аутомобиле, ламинираној сабирници у претварачу велике-снаге или прилагођеној ламинираној сабирници за ИГБТ, њене перформансе зависе не само од дизајна проводника већ и од избора изолационих материјала.

 

Изолациони систем директно утиче на отпорни напон сабирнице, перформансе делимичног пражњења, радни век и укупну поузданост. Разумевање карактеристика флексибилне и круте изолације је кључно за пројектовање ламинираних сабирница високих{1}}ниских{2}}сабирница високих перформанси.

 

 

 

Ламинирана сабирница је проводљиви систем повезивања састављен од више слојева проводника и изолационих материјала, који припада типичној структури вишеслојне композитне структуре прикључне шипке.

 

Чврстим слагањем позитивних и негативних проводника и њиховим изоловањем изолационим слојем, индуктивност петље се може ефикасно смањити, побољшати перформансе електромагнетне компатибилности система и смањити губитак енергије. Због тога се широко користи у:

 

Погонски системи електричних возила
Конвертори за складиштење енергије (ПЦС)
Индустријски претварачи фреквенције
Фотонапонски претварачи
Железнички транзитни енергетски системи
Опрема за напајање{0} велике снаге

 

У више-слојним структурама као што су трослојне ламиниране сабирнице, изолациони материјал не само да обезбеђује електричну изолацију већ и механичку заштиту и заштиту животне средине.

 

 

 

Тренутно, већина делимично ламинираних сабирница користи флексибилне изолационе фолије ламиниране на бакарне проводнике.

 

Флексибилни изолациони материјали се обично чврсто везују за проводник кроз процес врућег{0}}прешања, формирајући потпуно заптивање на ивицама проводника, чиме се побољшава отпорност на влагу и топлоту, загађење и старење.

 

ПЕТ полиестер изолациони материјал

PET is one of the most common insulating materials for multilayer busbars.

Његове главне карактеристике укључују:

Дуготрајна{0}}радна температура до 105 степени;
Одлична дуктилност; Мање склон пуцању током савијања.
Одличан квалитет површине;
Добра својства успорења пламена; Релативно економичан трошак.

Због свог високог ЦТИ (релативног индекса праћења), ПЕТ је посебно погодан за апликације високог{0}}напона.

ПЕТ материјали се широко користе у ламинираним сабирницама метроа и индустријским енергетским системима.

ПИ полиимид изолациони материјал

ПИ је изолациони материјал високих-перформанси и високе{1}}температуре-отпоран.

Његове главне предности укључују:

Дуготрајна{0} отпорност на температуру преко 200 степени;
Одлична термичка стабилност;
Добра заварљивост; Висока инхерентна отпорност на ватру.

Стога, ПИ материјали имају значајне предности у ИГБТ ламинираним сабирницама и апликацијама које захтевају лемљење кондензатора, индуктора и других компоненти.

Међутим, ПИ материјали имају релативно слабија својства праћења површине и скупљи су од ПЕТ-а. Обично се користе у специјалним апликацијама, а не у конвенционалним дизајнима.

 

 

Флексибилна изолација првенствено покрива проводник, док крута изолација углавном служи као структурална изолација између слојева проводника.

 

У системима високог{0}}напона, сама-изолација од танког филма често није довољна да испуни захтеве делимичног пражњења и пузне стазе, што захтева додавање чврстих изолационих слојева.

 

Уобичајени чврсти изолациони материјали укључују:

Полиестерска плоча ојачана стакленим влакнима

Епоксидна плоча од фибергласа

Изолациони композитни материјали{0}}високе чврстоће

Дебљина круте изолације се обично одређује на основу радног напона система.

 

У општем инжењерском дизајну:

За сваки пораст радног напона од 1 кВ потребно је приближно 1 мм изолационог растојања.
Што је виши ниво напона, већа је дебљина круте изолације.
Системи високог{0}}напона могу захтевати изолационе структуре од 3-6 мм или чак и дебље.

 

Због тога, у високо{0}}напонским апликацијама као што је инверторска сабирница отпорна на експлозију{1}}напона, крута изолација је постала незаменљива и кључна компонента.

 

 

РТИ{0}}Индекс релативне температуре

РТИ (Релативе Тхермал Индек) представља највишу температуру на којој изолациони материјал може да ради непрекидно током дужег периода.

Овај индекс се користи за процену способности материјала да одржи механичку чврстоћу и електрична својства у условима дуготрајног-термичног старења.

генерално:

 

Више температуре скраћују век трајања материјала.

За сваких 10 степени повећања температуре, животни век материјала се може преполовити.

За сваких 10 степени смањења температуре, животни век материјала се може удвостручити.

Стога, за дуготрајно{0}}радне ламиниране сабирнице за сложене инсталације сабирница, РТИ (Релативни индекс праћења) је кључни фактор у избору материјала.

 

ЦТИ{0}}Релативни индекс праћења

ЦТИ процењује отпорност површине изолационог материјала на праћење.

Више вредности ЦТИ:

Захтеви за мање пузне стазе;
Јача отпорност на контаминацију;
Сигурнији и стабилнији рад на високим напонима.

За апликације изнад 1000В, ЦТИ је често критичан параметар који одређује дизајн изолације.

 

Издужење

Издужење одражава способност материјала да се одупре пуцању и стањивању током истезања.

Високо издужење значи:

Боља погодност за сложене процесе савијања;
Лакше заптивање ивица проводника;
Већа поузданост изолације.

ПЕТ материјали обично имају истезање веће од 100%, док ПИ материјали генерално имају ниже издужење од ПЕТ-а.

 

 

Индустриал Повер Системс

Индустријске примене обично укључују:

Радни напони од 1000В до 6000В;
Дугорочни{0}}оперативни захтеви;
Високи захтеви за делимично пражњење;
Строге спецификације пузне стазе.

Због тога, ламиниране сабирнице за тро-инверторе и велики системи сабирница претварача често користе комбинацију флексибилне и круте изолације.

 

Нове енергетске апликације за возила

Системи нових енергетских возила обично раде на напонима концентрисаним у:

400В платформе

800В платформе

Због релативно нижих нивоа напона:

Нижи захтеви за делимично пражњење;
Чврста изолација није потребна у већини сценарија.
Фокус је на лаганом дизајну и коришћењу простора.

Због тога, ламиниране сабирнице за електричне аутомобиле често користе лагане ламиниране структуре како би испуниле захтеве високе густине снаге.

 

 

 

Поред традиционалне ламиниране изолације, прашкасти премаз и епоксидни премаз су такође уобичајене методе изолације.

 

Ови процеси су погодни за сложене структуре или апликације са једним{0}}проводником, постижући:

Заштита површинске изолације;
Заштита од корозије;
Заптивање животне средине.

Међутим, за системе сабирница који захтевају ниску индуктивност и високу поузданост, ламинирана изолација остаје главно решење.

 

 

Уз континуирани развој технологије енергетске електронике, ламиниране сабирнице су еволуирале од једноставних проводних конектора у кључне компоненте које интегришу проводљивост, дисипацију топлоте, изолацију и електромагнетну оптимизацију. Било да се примењује на нова енергетска возила, шински транзит или индустријску опрему за претварање енергије, одговарајући избор изолационих материјала директно утиче на безбедност, поузданост и животни век система.

 

За модернеламинирана сабирницадизајна, флексибилна изолација је одговорна за постизање ефикасне инкапсулације проводника, док крута изолација испуњава захтеве високог{0}}напонског отпора. Заједно, они обезбеђују дуготрајан-стабилан рад целог електроенергетског система.