Analýza izolačného materiálu laminovaných prípojníc: Ako flexibilná a tuhá izolácia ovplyvňuje výkon systému?

S rýchlym vývojom nových energetických vozidiel, systémov na skladovanie energie, železničnej dopravy a zariadení na priemyselnú konverziu frekvencie sa laminované prípojnice stali kľúčovými vodivými spojovacími komponentmi vo vysokovýkonných elektronických systémoch{0}}. Či už je to laminovaná prípojnica pre elektrické autá, laminovaná prípojnica vo vysokovýkonnom meniči- alebo prispôsobená laminovaná prípojnica pre IGBT, jej výkon závisí nielen od konštrukcie vodiča, ale aj od výberu izolačných materiálov.

 

Izolačný systém priamo ovplyvňuje výdržné napätie prípojnice, výkon pri čiastočnom vybíjaní, životnosť a celkovú spoľahlivosť. Pochopenie charakteristík flexibilnej a tuhej izolácie je kľúčové pre navrhovanie vysokovýkonných laminovaných nízko{2}}indukčných prípojníc.

 

 

 

Vrstvená prípojnica je vodivý spojovací systém zložený z viacerých vrstiev vodičov a izolačných materiálov, ktorý patrí k typickej viacvrstvovej štruktúre spojovacej lišty s kompozitnou štruktúrou.

 

Pevným naskladaním kladných a záporných vodičov a ich izoláciou izolačnou vrstvou možno účinne znížiť indukčnosť slučky, zlepšiť výkon elektromagnetickej kompatibility systému a znížiť straty energie. Preto je široko používaný v:

 

Systémy pohonu elektrických vozidiel
Konvertory na ukladanie energie (PCS)
Priemyselné frekvenčné meniče
Fotovoltaické invertory
Železničné tranzitné energetické systémy
Zariadenia s vysokým{0}}napájaním

 

Vo viac{0}}vrstvových štruktúrach, ako sú troj{1}}vrstvové laminované prípojnice, izolačný materiál poskytuje nielen elektrickú izoláciu, ale aj mechanickú ochranu a ochranu životného prostredia.

 

 

 

V súčasnosti väčšina čiastočne laminovaných prípojníc používa flexibilné izolačné fólie nalaminované na medené vodiče.

 

Flexibilné izolačné materiály sú zvyčajne pevne spojené s vodičom pomocou procesu lisovania za horúca-, čím sa vytvorí úplné utesnenie na okrajoch vodiča, čím sa zlepší odolnosť voči vlhkosti a teplu, znečisteniu a starnutiu.

 

PET Polyesterový izolačný materiál

PET je jedným z najbežnejších izolačných materiálov pre viacvrstvové prípojnice.

Medzi jeho hlavné charakteristiky patrí:

Dlhodobá{0} prevádzková teplota až 105 stupňov ;
Vynikajúca ťažnosť; Menej náchylné na praskanie pri ohýbaní.
Vynikajúca kvalita povrchu;
Dobré vlastnosti spomaľujúce horenie; Relatívne ekonomické náklady.

Vďaka vysokému indexu CTI (relative tracking index) je PET obzvlášť vhodný pre vysokonapäťové aplikácie.

PET materiály sú široko používané v Subway Laminated Busbars a priemyselných energetických systémoch.

PI Polyimidový izolačný materiál

PI je vysoko{0}}výkonný izolačný materiál odolný voči vysokým-teplotám-.

Medzi jeho hlavné výhody patrí:

dlhodobá-teplotná odolnosť presahujúca 200 stupňov;
Vynikajúca tepelná stabilita;
Dobrá zvárateľnosť; Vysoká prirodzená retardácia horenia.

Preto majú PI materiály významné výhody v IGBT laminovaných prípojniciach a aplikáciách vyžadujúcich spájkovanie kondenzátorov, induktorov a iných komponentov.

Avšak PI materiály majú relatívne slabšie vlastnosti na sledovanie povrchu a sú drahšie ako PET. Zvyčajne sa používajú skôr v špeciálnych aplikáciách ako v konvenčných dizajnoch.

 

 

Pružná izolácia primárne pokrýva vodič, zatiaľ čo tuhá izolácia slúži hlavne ako konštrukčná izolácia medzi vrstvami vodičov.

 

Vo vysokonapäťových{0} systémoch samotná tenkovrstvová izolácia často nestačí na splnenie požiadaviek na čiastočný výboj a povrchovú vzdialenosť, čo si vyžaduje pridanie pevných izolačných vrstiev.

 

Bežné pevné izolačné materiály zahŕňajú:

Polyesterová doska vystužená sklenenými vláknami

Epoxidová doska zo sklenených vlákien

Vysokopevnostné izolačné kompozitné materiály

Hrúbka tuhej izolácie sa zvyčajne určuje na základe prevádzkového napätia systému.

 

Vo všeobecnom inžinierskom dizajne:

Na každé zvýšenie prevádzkového napätia o 1 kV je potrebný približne 1 mm izolačnej vzdialenosti.
Čím vyššia je úroveň napätia, tým väčšia je hrúbka tuhej izolácie.
Vysokonapäťové systémy môžu vyžadovať izolačné konštrukcie s hrúbkou 3 až 6 mm alebo dokonca hrubšie.

 

Preto sa tuhá izolácia vo vysokonapäťových aplikáciách, ako je napríklad vysokonapäťová{1}}výbuchová prípojnica meniča, stala nepostrádateľným a kľúčovým komponentom.

 

 

RTI-Index relatívnej teploty

RTI (Relative Thermal Index) predstavuje najvyššie teplotné hodnotenie, pri ktorom môže izolačný materiál pracovať nepretržite po dlhšiu dobu.

Tento index sa používa na hodnotenie schopnosti materiálu zachovať si mechanickú pevnosť a elektrické vlastnosti v podmienkach dlhodobého{0}}termálneho starnutia.

Všeobecne:

 

Vyššie teploty skracujú životnosť materiálu.

Každým zvýšením teploty o 10 stupňov sa životnosť materiálu môže skrátiť na polovicu.

Každým poklesom teploty o 10 stupňov sa životnosť materiálu môže zdvojnásobiť.

Preto pre dlhodobo{0}}prevádzkované laminované prípojnice pre zložité inštalácie prípojníc je rozhodujúcim faktorom pri výbere materiálu RTI (Relative Tracking Index).

 

CTI-Relatívny index sledovania

CTI vyhodnocuje odolnosť povrchu izolačného materiálu voči pohybu.

Vyššie hodnoty CTI:

Menšie požiadavky na povrchovú vzdialenosť;
Väčšia odolnosť voči kontaminácii;
Bezpečnejšia a stabilnejšia prevádzka pri vysokom napätí.

Pre aplikácie nad 1000 V je CTI často kritickým parametrom určujúcim dizajn izolácie.

 

Predĺženie

Predĺženie odráža schopnosť materiálu odolávať praskaniu a stenčovaniu počas rozťahovania.

Vysoká ťažnosť znamená:

Lepšia vhodnosť pre zložité ohýbacie procesy;
Jednoduchšie utesnenie okrajov vodičov;
Vyššia spoľahlivosť izolácie.

PET materiály majú typicky predĺženie presahujúce 100 %, zatiaľ čo PI materiály majú všeobecne nižšie predĺženie ako PET.

 

 

Priemyselné energetické systémy

Priemyselné aplikácie zvyčajne zahŕňajú:

Prevádzkové napätie od 1000V do 6000V;
dlhodobé-prevádzkové požiadavky;
Vysoké požiadavky na čiastočný výboj;
Prísne špecifikácie povrchovej vzdialenosti.

Preto vrstvené prípojnice pre troj{0}}úrovňové meniče a veľké zbernicové systémy s prevodníkmi často využívajú kombináciu flexibilnej a pevnej izolácie.

 

Nové aplikácie energetických vozidiel

Nové systémy energetických vozidiel zvyčajne fungujú pri napätiach sústredených v:

400V plošiny

800V platformy

Vzhľadom na relatívne nízke úrovne napätia:

Nižšie požiadavky na čiastočný výboj;
Pevná izolácia sa vo väčšine scenárov nevyžaduje.
Dôraz je kladený na ľahký dizajn a využitie priestoru.

Preto laminované prípojnice pre elektrické autá často využívajú ľahké laminované konštrukcie, aby splnili požiadavky na vysokú hustotu výkonu.

 

 

 

Okrem tradičnej laminovanej izolácie sú bežné spôsoby izolácie aj práškové lakovanie a epoxidové lakovanie.

 

Tieto procesy sú vhodné pre zložité štruktúry alebo aplikácie s jedným{0}}vodičom a dosahujú:

Ochrana povrchovej izolácie;
Ochrana proti korózii;
Environmentálne tesnenie.

Avšak pre zbernicové systémy vyžadujúce nízku indukčnosť a vysokú spoľahlivosť zostáva laminovaná izolácia hlavným riešením.

 

 

S neustálym vývojom technológie výkonovej elektroniky sa laminované prípojnice vyvinuli z jednoduchých vodivých konektorov na kľúčové komponenty integrujúce vodivosť, odvod tepla, izoláciu a elektromagnetickú optimalizáciu. Či už sa použije na nové energetické vozidlá, železničnú dopravu alebo priemyselné zariadenia na konverziu energie, vhodný výber izolačných materiálov priamo ovplyvňuje bezpečnosť, spoľahlivosť a životnosť systému.

 

Pre modernélaminovaná prípojnicaFlexibilná izolácia je zodpovedná za dosiahnutie účinného zapuzdrenia vodiča, zatiaľ čo tuhá izolácia spĺňa požiadavky na odolnosť voči vysokému-napätiu. Spoločne zaisťujú-dlhodobú stabilnú prevádzku celého energetického systému.