Изолационни материали за ламинирани шини – Кратка дискусия на гъвкавата и твърда изолация и техните параметри

Ламинираната шина е електрически свързващ компонент, съставен от множество слоеве проводници и изолационни материали. Използва се широко в системи с висока-мощност-и компактни силови електронни системи, като ламинирани шини с ниска индуктивност и медни ламинирани шини. Неговата основна цел на дизайна е да подобри цялостната ефективност и надеждност на системата чрез оптимизиране на разпределението на електрическото поле и паразитната индуктивност чрез три-измерна структура, като същевременно отговаря на изискванията за високо напрежение и високотоково предаване. Типичните приложения включват ламинирани шини в преобразуватели с висока-мощност и ламинирани шини за системи за разпределение на постоянен ток.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В структурно отношение ламинираните шини обикновено използват гъвкави изолационни материали, ламинирани с проводници, за да образуват основни проводими единици. Тази структура е известна още като частично ламинирана шина или много-слойна свързваща шина от композитна структура. По време на процес на горещо пресоване, гъвкавият изолационен материал е плътно свързан към проводника чрез адхезивни слоеве, образувайки ефективно уплътнение по краищата на проводника, като по този начин поддържа стабилни изолационни характеристики дори в сложни среди. Обичайните гъвкави изолационни материали включват полиестер (PET) и полиимид (PI), като PET е най-широко използваният в три-слойни ламинирани шини и стандартизирани продукти за шини поради всеобхватните си предимства в производителността.

 

Полиестерните материали притежават умерена температурна устойчивост (обикновено 105 градуса), като поддържат стабилни механични и електрически свойства при дългосрочни-условия на термичен цикъл. Неговото удължение може да надхвърли 100%, което го прави по-малко склонен към разкъсване или намаляване на дебелината по време на огъване и свързване на ръбове. Освен това, PET има висок относителен индекс на проследяване (CTI), ефективно намалявайки риска от пълзене, което е особено критично за приложения с високо-напрежение, като -устойчиви на високо напрежение инверторни шини. Въпреки че отговаря на рейтинги за забавяне на горенето (напр. V0), PET също се предлага в различни дебелини (напр. 50 μm до 350 μm), за да се адаптира към различни нива на напрежение и изисквания за структурен дизайн, като по този начин предлага висока гъвкавост в приложения като ламинирани шини за инвертори с три- нива и персонализирани ламинирани шини за IGBT.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

За разлика от това, полиимидните (PI) материали са високо{0}}ефективни изолационни материали с по-висока температурна устойчивост (RTI обикновено надвишава 200 градуса), което ги прави подходящи за приложения, включващи високо-температурно заваряване или високи локализирани топлинни натоварвания, като например структури, включващи заваряване на кондензатор или електронни компоненти в ламинирани шини за електрически автомобили. PI материалите имат по-голяма механична твърдост и са по-малко склонни към отпускане при дългосрочно-напрежение, което спомага за поддържането на стабилността на запечатаната структура. Въпреки това, тяхната CTI производителност е сравнително ниска, обикновено изисква по-голямо разстояние на пълзене, което ги прави по-подходящи за среди със средно- и ниско-напрежение, като например някои приложения с ламинирани шини с кондензатор за връзка DC- или приложения с ламинирани шини с поддържащ кондензатор DC.

 

В цялостна система от ламинирани шини гъвкавата изолация се използва главно за електрическа изолация и уплътнение между проводниковите слоеве, докато твърдите изолационни материали се използват за структурна опора и електрическа изолация между модулите на шини. Дебелината на твърдата изолация обикновено е пряко свързана с нивото на напрежението на системата; общият принцип на проектиране е приблизително 1 mm твърд изолационен материал на киловолт. В системи с високо-напрежение, като ламинирани шини за голям{4}}капацитет обратно--преобразуватели или инверторни шини за железопътен трафик и системи на метрото, обикновено се изискват твърди изолационни слоеве с дебелина между 1 mm и 6 mm, за да отговарят на изискванията за контрол на частичен разряд и дългосрочна-надеждна работа.

 

По отношение на ключовите експлоатационни параметри, индексът на относителната температура (RTI) и индексът на относително проследяване (CTI) са важни показатели за оценка на изолационните материали. RTI измерва способността на материала да поддържа производителност при дългосрочни -условия на термично стареене; оценката на неговия живот обикновено се основава на ускорени тестове за стареене, надвишаващи 20 000 часа, и следва експоненциална връзка между температура и продължителност на живота. CTI отразява устойчивостта на материала на проследяване в замърсена среда и е от решаващо значение за проектиране на пътя на пълзене в системи с високо-напрежение. Освен това, удължението на материала пряко влияе върху неговата адаптивност по време на обработка и е един от ключовите параметри за оценка на ефективността на уплътняване и механичната надеждност.

 

Изискванията за ефективност на изолационните материали в ламинирани шини варират значително в различните области на приложение. В промишлени приложения с високо-напрежение, като високоволтови взривозащитени-инверторни шини или широкомащабни-системи за преобразуване на енергия, работните напрежения обикновено варират от 1000V до 6000V. Тези приложения изискват изключително високи стандарти за контрол на частичен разряд, електрическа изолация и дългосрочен-живот. Следователно е необходима комбинация от гъвкави и твърди изолационни конструкции, като материалите с висок CTI са предпочитаният избор. В сектора на новите енергийни превозни средства, като например метализирани филмови кондензаторни шини с висока топлопроводимост за системи за управление на EV, системните напрежения обикновено са под 800V. Изискванията за ефективност на изолацията са относително по-ниски, с по-голям акцент върху лекия дизайн, топлоустойчивостта и съвместимостта на процеса на сглобяване. Следователно, PI материалите предлагат определени предимства в специфични заварени конструкции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Освен това, в някои не-ламинирани конструкции или приложения с един-проводник може също да се използва изолация с прахово покритие, т.е. прахово{4}}боядисани ламинирани шини с дебелина на диелектричното покритие между 0,2 mm ~ 3,00 mm. Този процес е подходящ за изолиране на проводници със сложни форми, като се постига добро повърхностно покритие и уплътнение. Въпреки това, поради трудностите при контролиране на консистенцията на изолацията в краищата на проводника и острите ъгли, той обикновено не се използва в високо-прецизни ламинирани шинни системи, като например в взискателни приложения като персонализирана медна инверторна ламинирана шина за електрическа инсталация.

 

Като цяло, като типични пасивни електронни компоненти на ламинирани шини, работата на ламинираните шини е силно зависима от избора на изолационни материали и структурния дизайн. Чрез подходящо съчетаване на гъвкави и твърди изолационни материали и разглеждане на специфични сценарии на приложение (като напрЛаминирани шини за сложни шинни инсталации), може да се постигне по-висока плътност на мощността и системна интеграция, като същевременно се гарантира електрическа безопасност.