Laminēto kopņu izolācijas materiālu analīze: kā elastīga un stingra izolācija ietekmē sistēmas veiktspēju?

Strauji attīstoties jauniem enerģijas transportlīdzekļiem, enerģijas uzglabāšanas sistēmām, dzelzceļa tranzītam un rūpnieciskajām frekvences pārveidošanas iekārtām, laminētās kopnes ir kļuvušas par galvenajiem vadošajiem savienojumu komponentiem lielas jaudas{0}}elektroniskajās sistēmās. Neatkarīgi no tā, vai tā ir laminēta kopne elektromobiļiem, laminēta kopne lielas-jaudas pārveidotājā vai pielāgota laminēta kopne IGBT ierīcēm, tās veiktspēja ir atkarīga ne tikai no vadītāja konstrukcijas, bet arī no izolācijas materiālu izvēles.

 

Izolācijas sistēma tieši ietekmē kopnes noturības spriegumu, daļējas izlādes veiktspēju, kalpošanas laiku un kopējo uzticamību. Izpratne par elastīgas un stingras izolācijas īpašībām ir ļoti svarīga, lai izstrādātu augstas veiktspējas{1}}laminātas zemas{2}induktīvas kopnes.

 

 

 

Laminēta kopne ir vadoša savienojumu sistēma, kas sastāv no vairākiem vadītāju un izolācijas materiālu slāņiem, kas pieder pie tipiskas daudzslāņu kompozītu struktūras savienojuma stieņu struktūras.

 

Cieši sakraujot pozitīvos un negatīvos vadītājus un izolējot tos ar izolācijas slāni, var efektīvi samazināt cilpas induktivitāti, uzlabot sistēmas elektromagnētiskās saderības veiktspēju un samazināt enerģijas zudumus. Tāpēc to plaši izmanto:

 

Elektrisko transportlīdzekļu piedziņas sistēmas
Enerģijas uzglabāšanas pārveidotāji (PCS)
Rūpnieciskie frekvences pārveidotāji
Fotoelektriskie invertori
Dzelzceļa tranzīta energosistēmas
Lieljaudas{0}}barošanas aprīkojums

 

Daudzslāņu konstrukcijās, piemēram, trīs-slāņu laminētās kopnēs, izolācijas materiāls nodrošina ne tikai elektrisko izolāciju, bet arī mehānisko un vides aizsardzību.

 

 

 

Pašlaik lielākajā daļā daļēji laminētu kopņu tiek izmantotas elastīgas izolācijas plēves, kas laminētas uz vara vadītājiem.

 

Elastīgie izolācijas materiāli parasti tiek cieši savienoti ar vadītāju karstās -presēšanas procesā, veidojot pilnīgu blīvējumu pie vadītāja malām, tādējādi uzlabojot izturību pret mitrumu un karstumu, piesārņojumu un novecošanos.

 

PET poliestera izolācijas materiāls

PET ir viens no visizplatītākajiem izolācijas materiāliem daudzslāņu kopnēm.

Tās galvenās īpašības ietver:

Ilgstoša{0}}darba temperatūra līdz 105 grādiem ;
Lieliska elastība; Mazāk pakļauti plaisāšanai lieces laikā.
Lieliska virsmas kvalitāte;
Labas liesmas slāpēšanas īpašības; Salīdzinoši ekonomiskas izmaksas.

Tā kā PET ir augsts CTI (relatīvais izsekošanas indekss), tas ir īpaši piemērots augstsprieguma{0}}lietotājiem.

PET materiāli tiek plaši izmantoti metro laminētajās kopnēs un rūpnieciskajās energosistēmās.

PI poliimīda izolācijas materiāls

PI ir augstas -veiktspējas, augstas-temperatūras-izturīgs izolācijas materiāls.

Tās galvenās priekšrocības ietver:

Ilgtermiņa temperatūras noturība, kas pārsniedz 200 grādus;
Lieliska termiskā stabilitāte;
Laba metināmība; Augsta raksturīgā liesmas slāpēšana.

Tāpēc PI materiāliem ir būtiskas priekšrocības IGBT laminētajās kopnēs un lietojumos, kuros nepieciešama kondensatoru, induktoru un citu komponentu lodēšana.

Tomēr PI materiāliem ir salīdzinoši vājākas virsmas izsekošanas īpašības un tie ir dārgāki nekā PET. Tos parasti izmanto īpašos lietojumos, nevis parastos dizainos.

 

 

Elastīgā izolācija galvenokārt aptver vadītāju, savukārt cietā izolācija galvenokārt kalpo kā konstrukcijas izolācija starp vadītāju slāņiem.

 

Augstsprieguma -sistēmās ar plānās-plēves izolāciju bieži vien nepietiek, lai izpildītu daļējas izlādes un šļūdes attāluma prasības, tādēļ ir jāpievieno stingri izolācijas slāņi.

 

Izplatītākie cietie izolācijas materiāli ir:

Stikla šķiedras pastiprināta poliestera plāksne

Epoksīda stikla šķiedras plāksne

Augstas{0}}izturības izolācijas kompozītmateriāli

Stingras izolācijas biezumu parasti nosaka, pamatojoties uz sistēmas darba spriegumu.

 

Vispārējā inženiertehniskajā projektēšanā:

Katram darba sprieguma pieaugumam par 1kV ir nepieciešams aptuveni 1 mm izolācijas attālums.
Jo augstāks sprieguma līmenis, jo lielāks ir stingras izolācijas biezums.
Augstsprieguma{0}}sistēmām var būt nepieciešamas 3–6 mm vai pat biezākas izolācijas konstrukcijas.

 

Tāpēc augstsprieguma{0}}lietotnēs, piemēram, High Voltage Explosion-Proof Inverter kopne, stingra izolācija ir kļuvusi par neaizstājamu un būtisku sastāvdaļu.

 

 

RTI-Relatīvās temperatūras indekss

RTI (relatīvais termiskais indekss) ir augstākais temperatūras rādītājs, pie kura izolācijas materiāls var darboties nepārtraukti ilgu laiku.

Šis indekss tiek izmantots, lai novērtētu materiāla spēju saglabāt mehānisko izturību un elektriskās īpašības ilgstošas ​​termiskās novecošanas apstākļos.

Vispārīgi:

 

Augstāka temperatūra saīsina materiāla kalpošanas laiku.

Par katru 10 grādu temperatūras paaugstināšanos materiāla kalpošanas laiks var samazināties uz pusi.

Par katru 10 grādu temperatūras pazemināšanos materiāla kalpošanas laiks var dubultot.

Tāpēc ilgstoši darbināmām laminētajām kopnēm-, kas paredzētas sarežģītām kopņu instalācijām, RTI (relatīvais izsekošanas indekss) ir būtisks faktors materiāla izvēlē.

 

CTI{0}}Relatīvais izsekošanas indekss

CTI novērtē izolācijas materiāla virsmas izturību pret izsekošanu.

Augstākas CTI vērtības:

Mazākas šļūdes attāluma prasības;
Spēcīgāka izturība pret piesārņojumu;
Drošāka un stabilāka darbība pie augsta sprieguma.

Lietojumprogrammām virs 1000 V CTI bieži ir kritisks parametrs, kas nosaka izolācijas dizainu.

 

Pagarinājums

Pagarinājums atspoguļo materiāla spēju pretoties plaisāšanai un retināšanai stiepšanās laikā.

Augsts pagarinājums nozīmē:

Labāka piemērotība sarežģītiem lieces procesiem;
Vieglāka vadītāja malu blīvēšana;
Augstāka izolācijas uzticamība.

PET materiāliem parasti ir pagarinājums, kas pārsniedz 100%, savukārt PI materiāliem parasti ir mazāks pagarinājums nekā PET.

 

 

Rūpnieciskās energosistēmas

Rūpnieciskie lietojumi parasti ietver:

Darba spriegumi no 1000V līdz 6000V;
Ilgtermiņa-darbības prasības;
Augstas daļējas izlādes prasības;
Stingras šļūdes attāluma specifikācijas.

Tāpēc laminētās kopnes trīs{0}}līmeņu invertoriem un lielām pārveidotāju kopņu sistēmām bieži izmanto elastīgas un stingras izolācijas kombināciju.

 

Jaunas enerģijas transportlīdzekļu lietojumprogrammas

Jaunās enerģijas transportlīdzekļu sistēmas parasti darbojas ar spriegumiem, kas koncentrēti:

400 V platformas

800V platformas

Salīdzinoši zemāka sprieguma dēļ:

Zemākas daļējas izlādes prasības;
Stingra izolācija vairumā gadījumu nav nepieciešama.
Galvenā uzmanība tiek pievērsta vieglam dizainam un telpas izmantošanai.

Tāpēc elektrisko automobiļu laminētās kopnes bieži izmanto vieglas laminētas konstrukcijas, lai atbilstu augsta jaudas blīvuma prasībām.

 

 

 

Papildus tradicionālajai laminētajai izolācijai izplatītas izolācijas metodes ir arī pulvera pārklājums un epoksīda pārklājums.

 

Šie procesi ir piemēroti sarežģītām struktūrām vai viena{0}}vadītāja lietojumiem, panākot:

Virsmas izolācijas aizsardzība;
Korozijas aizsardzība;
Vides blīvējums.

Tomēr kopņu sistēmām, kurām nepieciešama zema induktivitāte un augsta uzticamība, laminēta izolācija joprojām ir galvenais risinājums.

 

 

Nepārtraukti attīstoties jaudas elektronikas tehnoloģijai, laminētās kopnes no vienkāršiem vadošiem savienotājiem ir kļuvušas par būtiskām sastāvdaļām, kas integrē vadītspēju, siltuma izkliedi, izolāciju un elektromagnētisko optimizāciju. Neatkarīgi no tā, vai tos izmanto jauniem enerģijas transportlīdzekļiem, dzelzceļa tranzītam vai rūpnieciskām jaudas pārveidošanas iekārtām, atbilstoša izolācijas materiālu izvēle tieši ietekmē sistēmas drošību, uzticamību un kalpošanas laiku.

 

Mūsdienīgailaminēta kopnekonstrukcijās elastīga izolācija ir atbildīga par efektīvu vadītāju iekapsulēšanu, savukārt stingrā izolācija atbilst augstām -sprieguma izturības prasībām. Kopā tie nodrošina visas energosistēmas ilgtermiņa stabilu darbību.