Анализ на изолационния материал на ламинирани шини: Как гъвкавата и твърда изолация влияят на производителността на системата?

С бързото развитие на нови енергийни превозни средства, системи за съхранение на енергия, железопътен транспорт и промишлено оборудване за преобразуване на честота, ламинираните шини се превърнаха в ключови проводящи свързващи компоненти в мощни-мощни електронни системи. Независимо дали става въпрос за ламинирана шина за електрически автомобили, ламинирана шина във високо-преобразувател на мощност или персонализирана ламинирана шина за IGBT, нейната работа зависи не само от дизайна на проводника, но и в голяма степен от избора на изолационни материали.

 

Изолационната система влияе пряко върху издържаното напрежение на шината, производителността на частичен разряд, експлоатационния живот и цялостната надеждност. Разбирането на характеристиките на гъвкавата и твърда изолация е от решаващо значение за проектирането на високо-производителни ламинирани ниско-индуктивни шини.

 

 

 

Ламинираната шина е проводяща свързваща система, съставена от множество слоеве проводници и изолационни материали, принадлежащи към типичната много-слойна композитна структура на свързваща шина.

 

Чрез плътното подреждане на положителните и отрицателните проводници и изолирането им с изолационен слой може ефективно да се намали индуктивността на контура, да се подобри ефективността на електромагнитната съвместимост на системата и да се намалят загубите на енергия. Поради това той се използва широко в:

 

Системи за задвижване на електрически автомобили
Конвертори за съхранение на енергия (PCS)
Индустриални честотни преобразуватели
Фотоволтаични инвертори
Енергийни системи за железопътен транспорт
Високо{0}}мощно захранващо оборудване

 

В много-слойни структури, като три-слойни ламинирани шини, изолационният материал не само осигурява електрическа изолация, но и механична защита и защита на околната среда.

 

 

 

Понастоящем повечето частично ламинирани шини използват гъвкави изолационни филми, ламинирани върху медни проводници.

 

Гъвкавите изолационни материали обикновено се свързват плътно към проводника чрез процес на горещо-пресоване, образувайки пълно уплътнение по краищата на проводника, като по този начин се подобрява устойчивостта на влага и топлина, замърсяване и стареене.

 

PET полиестерен изолационен материал

PET е един от най-разпространените изолационни материали за многослойни шини.

Основните му характеристики включват:

Дългосрочна-работна температура до 105 градуса;
Отлична пластичност; По-малко склонни към напукване по време на огъване.
Отлично качество на повърхността;
Добри свойства за забавяне на горенето; Сравнително икономичен разход.

Поради високия си CTI (относителен индекс на проследяване), PET е особено подходящ за приложения с високо{0}}напрежение.

PET материалите се използват широко в ламинирани шини на Subway и промишлени енергийни системи.

PI полиимиден изолационен материал

PI е високо{0}}ефективен изолационен материал, устойчив на висока-температура-.

Основните му предимства включват:

Дългосрочна температурна устойчивост над 200 градуса;
Отлична термична стабилност;
Добра заваряемост; Висока присъща устойчивост на горене.

Следователно, PI материалите имат значителни предимства в IGBT ламинирани шини и приложения, изискващи запояване на кондензатори, индуктори и други компоненти.

Въпреки това, PI материалите имат относително по-слаби свойства за проследяване на повърхността и са по-скъпи от PET. Те обикновено се използват в специални приложения, а не в конвенционални дизайни.

 

 

Гъвкавата изолация покрива предимно проводника, докато твърдата изолация служи главно като структурна изолация между слоевете на проводника.

 

В-системите с високо напрежение изолацията от тънък-слой често е недостатъчна, за да отговори на изискванията за частичен разряд и път на пълзене, което налага добавянето на твърди изолационни слоеве.

 

Общите твърди изолационни материали включват:

Полиестерна плоскост, подсилена със стъклени влакна

Епоксидна плоскост от фибростъкло

Високо{0}}изолационни композитни материали

Дебелината на твърдата изолация обикновено се определя въз основа на работното напрежение на системата.

 

В общия инженерен дизайн:

Приблизително 1 mm изолационно разстояние е необходимо за всеки 1 kV увеличение на работното напрежение.
Колкото по-високо е нивото на напрежение, толкова по-голяма е дебелината на твърдата изолация.
-Системите с високо напрежение може да изискват изолационни структури с дебелина 3-6 мм или дори по-дебели.

 

Следователно, в приложения с високо{0}}напрежение като високоволтова{1}}защитена от експлозия инверторна шина, твърдата изолация се е превърнала в незаменим и решаващ компонент.

 

 

RTI-Индекс на относителната температура

RTI (относителен термичен индекс) представлява най-високата температурна оценка, при която изолационният материал може да работи непрекъснато за продължителни периоди.

Този индекс се използва за оценка на способността на материала да поддържа механична якост и електрически свойства при дългосрочни -условия на термично стареене.

Общо взето:

 

По-високите температури съкращават живота на материала.

За всяко повишаване на температурата с 10 градуса, животът на материала може да бъде намален наполовина.

За всеки 10 градуса понижение на температурата, животът на материала може да се удвои.

Следователно, за дългосрочно експлоатирани ламинирани шини за сложни шинни инсталации, RTI (Индекс на относително проследяване) е решаващ фактор при избора на материал.

 

CTI-Относителен индекс за проследяване

CTI оценява устойчивостта на повърхността на изолационния материал на проследяване.

По-високи стойности на CTI:

Изисквания за по-малко разстояние на пълзене;
По-силна устойчивост на замърсяване;
По-безопасна и по-стабилна работа при високо напрежение.

За приложения над 1000 V, CTI често е критичен параметър, определящ дизайна на изолацията.

 

Удължение

Удължението отразява способността на материала да устои на напукване и изтъняване по време на разтягане.

Високо удължение означава:

По-добра пригодност за сложни процеси на огъване;
По-лесно запечатване на ръба на проводника;
По-висока надеждност на изолацията.

PET материалите обикновено имат удължение над 100%, докато PI материалите обикновено имат по-ниско удължение от PET.

 

 

Индустриални енергийни системи

Индустриалните приложения обикновено включват:

Работни напрежения от 1000V до 6000V;
Дългосрочни{0}}оперативни изисквания;
Високи изисквания за частичен разряд;
Строги спецификации за разстоянието на пълзене.

Следователно ламинираните шини за три{0}}степенни инвертори и големите преобразувателни шинни системи често използват комбинация от гъвкава и твърда изолация.

 

Приложения за нови енергийни превозни средства

Новите енергийни системи за превозни средства обикновено работят при напрежения, концентрирани в:

400V платформи

800V платформи

Поради относително по-ниските нива на напрежение:

По-ниски изисквания за частичен разряд;
В повечето сценарии не се изисква твърда изолация.
Фокусът е върху лекия дизайн и оползотворяването на пространството.

Следователно ламинираните шини за електрически автомобили често използват леки ламинирани конструкции, за да отговорят на високите изисквания за плътност на мощността.

 

 

 

В допълнение към традиционната ламинирана изолация, прахово боядисване и епоксидно покритие също са често срещани методи за изолация.

 

Тези процеси са подходящи за сложни структури или приложения с един-проводник, като постигат:

Повърхностна изолационна защита;
Защита от корозия;
Екологично запечатване.

Въпреки това, за шинни системи, изискващи ниска индуктивност и висока надеждност, ламинираната изолация остава основното решение.

 

 

С непрекъснатото развитие на технологията за силова електроника, ламинираните шини са еволюирали от прости проводящи съединители в ключови компоненти, интегриращи проводимост, разсейване на топлината, изолация и електромагнитна оптимизация. Независимо дали се прилага за нови енергийни превозни средства, железопътен транспорт или промишлено оборудване за преобразуване на енергия, подходящият избор на изолационни материали пряко влияе върху безопасността, надеждността и продължителността на живота на системата.

 

За модернителаминирана шинадизайни, гъвкавата изолация е отговорна за постигането на ефективно капсулиране на проводника, докато твърдата изолация отговаря на изискванията за издръжливост на високо-напрежение. Заедно те осигуряват дългосрочната-стабилна работа на цялата енергийна система.