Laminoitujen virtakiskojen eristysmateriaalien analyysi: kuinka joustava ja jäykkä eristys vaikuttaa järjestelmän suorituskykyyn?

Uusien energiaajoneuvojen, energian varastointijärjestelmien, raideliikenteen ja teollisuuden taajuudenmuunnoslaitteiden nopean kehityksen myötä laminoiduista virtakiskoista on tullut keskeisiä sähköä johtavia liitäntäkomponentteja suuritehoisissa elektroniikkajärjestelmissä. Olipa kyseessä laminoitu virtakisko sähköautoille, laminoitu virtakisko suuri-tehomuuntimessa tai räätälöity laminoitu virtakisko IGBT:ille, sen suorituskyky ei riipu pelkästään johtimien suunnittelusta vaan myös eristysmateriaalien valinnasta.

 

Eristysjärjestelmä vaikuttaa suoraan virtakiskon kestojännitteeseen, osittaisen purkauksen suorituskykyyn, käyttöikään ja yleiseen luotettavuuteen. Joustavan ja jäykän eristyksen ominaisuuksien ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää suunniteltaessa tehokkaita-laminoituja matalan{2}}induktiivisia virtakiskoja.

 

 

 

Laminoitu virtakisko on johtava liitäntäjärjestelmä, joka koostuu useista kerroksista johtimia ja eristysmateriaaleja, jotka kuuluvat tyypilliseen monikerroksiseen monikerroksiseen liitäntäpalkkirakenteeseen.

 

Pinoamalla positiiviset ja negatiiviset johtimet tiukasti ja eristämällä ne eristekerroksella voidaan tehokkaasti vähentää silmukan induktanssia, parantaa järjestelmän sähkömagneettista yhteensopivuutta ja vähentää energiahäviöitä. Siksi sitä käytetään laajasti:

 

Sähköajoneuvojen käyttöjärjestelmät
Energiaa varastoivat muuntimet (PCS)
Teollisuuden taajuusmuuttajat
Aurinkosähköiset invertterit
Rautatieliikenteen sähköjärjestelmät
Tehokas{0}}virtalähdelaitteet

 

Monikerroksisissa rakenteissa, kuten kolmikerroksisissa-laminoiduissa virtakiskoissa, eristysmateriaali tarjoaa sähköeristyksen lisäksi myös mekaanista ja ympäristönsuojelua.

 

 

 

Tällä hetkellä useimmissa osittain laminoiduissa virtakiskoissa käytetään joustavia eristekalvoja, jotka on laminoitu kuparijohtimiin.

 

Taipuisat eristysmateriaalit liimataan tyypillisesti tiukasti johtimeen kuumapuristusprosessin kautta, jolloin muodostuu täydellinen tiiviste johtimen reunoihin, mikä parantaa kosteuden ja lämmön, saastumisen ja ikääntymisen kestävyyttä.

 

PET-polyesterieristysmateriaali

PET on yksi yleisimmistä monikerroksisten virtakiskojen eristysmateriaaleista.

Sen tärkeimpiä ominaisuuksia ovat:

Pitkä{0}}käyttölämpötila jopa 105 astetta ;
Erinomainen sitkeys; Vähemmän alttiita halkeilemaan taivutuksen aikana.
Erinomainen pinnanlaatu;
Hyvät palonestoominaisuudet; Suhteellisen edullinen hinta.

Korkean CTI:n (relatiivisen seurantaindeksin) ansiosta PET soveltuu erityisen hyvin{0}}korkeajännitesovelluksiin.

PET-materiaaleja käytetään laajasti Subway-laminoiduissa virtakiskoissa ja teollisuuden voimajärjestelmissä.

PI-polyimidieristysmateriaali

PI on -suorituskykyinen,-korkean lämpötilan-kestävä eristemateriaali.

Sen tärkeimpiä etuja ovat:

Pitkäaikainen{0}}lämpötilojen kestävyys yli 200 astetta ;
Erinomainen lämmönkestävyys;
Hyvä hitsattavuus; Korkea luontainen palonestokyky.

Siksi PI-materiaaleista on merkittäviä etuja IGBT-laminoiduissa kiskoissa ja sovelluksissa, jotka vaativat kondensaattoreiden, kelojen ja muiden komponenttien juottamista.

PI-materiaaleilla on kuitenkin suhteellisen heikommat pinnan seurantaominaisuudet ja ne ovat kalliimpia kuin PET. Niitä käytetään tyypillisesti erikoissovelluksissa tavanomaisten mallien sijaan.

 

 

Joustava eristys peittää ensisijaisesti johtimen, kun taas jäykkä eristys toimii pääasiassa rakenteellisena eristyksenä johdinkerrosten välillä.

 

Korkeajännitteisissä järjestelmissä ohut-kalvoeristys ei usein riitä täyttämään osittaisen purkauksen ja ryömintäetäisyyden vaatimuksia, mikä edellyttää jäykkien eristekerrosten lisäämistä.

 

Yleisiä jäykkiä eristysmateriaaleja ovat:

Lasikuituvahvistettu polyesterilevy

Epoksi lasikuitulevy

Erittäin lujat{0}}eristyskomposiittimateriaalit

Jäykän eristeen paksuus määräytyy tyypillisesti järjestelmän käyttöjännitteen perusteella.

 

Yleisessä suunnittelussa:

Jokaista 1 kV käyttöjännitteen lisäystä kohden tarvitaan noin 1 mm eristysetäisyyttä.
Mitä korkeampi jännitetaso, sitä suurempi on jäykän eristeen paksuus.
Korkeajännitejärjestelmät voivat vaatia 3–6 mm tai jopa paksumpia eristysrakenteita.

 

Siksi jäykästä eristyksestä on tullut välttämätön ja tärkeä komponentti korkeajännitesovelluksissa, kuten High Voltage Explosion-Proof Invertter Busbar.

 

 

RTI-Suhteellinen lämpötilaindeksi

RTI (Relative Thermal Index) edustaa korkeinta lämpötilaluokitusta, jossa eristemateriaali voi toimia jatkuvasti pitkiä aikoja.

Tätä indeksiä käytetään arvioimaan materiaalin kykyä säilyttää mekaaninen lujuus ja sähköiset ominaisuudet pitkäaikaisissa lämpövanhenemisolosuhteissa.

Yleensä:

 

Korkeammat lämpötilat lyhentävät materiaalin käyttöikää.

Jokaista 10 asteen lämpötilan nousua kohden materiaalin käyttöikä voi puolittua.

Jokaista 10 asteen lämpötilan laskua kohden materiaalin käyttöikä voi kaksinkertaistua.

Siksi RTI (Relative Tracking Index) on ratkaiseva tekijä materiaalien valinnassa pitkäkestoisissa{0}}laminoiduissa virtakiskoissa monimutkaisiin virtakiskoasennuksiin.

 

CTI-Suhteellinen seurantaindeksi

CTI arvioi eristysmateriaalin pinnan jäljityskestävyyden.

Korkeammat CTI-arvot:

Pienemmät ryömintäetäisyysvaatimukset;
Vahvempi vastustuskyky kontaminaatiolle;
Turvallisempi ja vakaampi toiminta korkealla jännitteellä.

Yli 1000 V:n sovelluksissa CTI on usein kriittinen parametri, joka määrittää eristyssuunnittelun.

 

Pidentymä

Venymä heijastaa materiaalin kykyä vastustaa halkeilua ja ohenemista venytyksen aikana.

Suuri venymä tarkoittaa:

Soveltuu paremmin monimutkaisiin taivutusprosesseihin;
Helpompi johtimen reunan tiivistys;
Parempi eristyksen luotettavuus.

PET-materiaalien venymä on tyypillisesti yli 100 %, kun taas PI-materiaalien venymä on yleensä pienempi kuin PET.

 

 

Teollisuuden sähköjärjestelmät

Teolliset sovellukset sisältävät tyypillisesti:

Käyttöjännitteet 1000V - 6000V;
Pitkän{0}}käyttövaatimukset;
Korkeat osittaisen purkauksen vaatimukset;
Tiukat ryömintäetäisyysvaatimukset.

Siksi kolmen{0}}tason invertterien laminoidut virtakiskot ja suuret muuntajaväyläjärjestelmät käyttävät usein joustavan ja jäykän eristyksen yhdistelmää.

 

Uudet energiakäyttöiset ajoneuvosovellukset

Uudet energiaajoneuvojärjestelmät toimivat tyypillisesti jännitteillä, jotka keskittyvät:

400V alustat

800V alustat

Suhteellisen alhaisempien jännitetasojen vuoksi:

Pienemmät osittaisen purkauksen vaatimukset;
Jäykkää eristystä ei vaadita useimmissa skenaarioissa.
Painopiste on kevyessä suunnittelussa ja tilankäytössä.

Siksi sähköautojen laminoiduissa virtakiskoissa käytetään usein kevyitä laminoituja rakenteita korkeiden tehotiheysvaatimusten täyttämiseksi.

 

 

 

Perinteisen laminoidun eristyksen lisäksi jauhemaalaus ja epoksipinnoitus ovat yleisiä eristysmenetelmiä.

 

Nämä prosessit sopivat monimutkaisille rakenteille tai yksijohtimisille{0}}sovelluksille, joilla saavutetaan:

Pintaeristys suoja;
Korroosiosuojaus;
Ympäristötiivistys.

Alhaista induktanssia ja suurta luotettavuutta vaativissa virtakiskojärjestelmissä laminoitu eristys on kuitenkin edelleen yleisin ratkaisu.

 

 

Tehoelektroniikkateknologian jatkuvan kehityksen myötä laminoidut virtakiskot ovat kehittyneet yksinkertaisista johtavista liittimistä tärkeiksi komponenteiksi, jotka yhdistävät johtavuuden, lämmönpoiston, eristyksen ja sähkömagneettisen optimoinnin. Sopiva eristysmateriaalien valinta vaikuttaa suoraan järjestelmän turvallisuuteen, luotettavuuteen ja käyttöikään, sovellettiinpa niitä uusiin energiaajoneuvoihin, rautatieliikenteeseen tai teollisuuden tehonmuunnoslaitteisiin.

 

Modernillelaminoitu virtakiskojoustava eristys on vastuussa tehokkaan johtimien koteloinnista, kun taas jäykkä eristys täyttää korkeat -jännitteenkestävyysvaatimukset. Yhdessä ne varmistavat koko sähköjärjestelmän pitkäaikaisen vakaan toiminnan-.