Анализ изоляционного материала ламинированных шин: как гибкая и жесткая изоляция влияет на производительность системы?

С быстрым развитием новых энергетических транспортных средств, систем хранения энергии, железнодорожного транспорта и промышленного оборудования для преобразования частоты ламинированные шины стали ключевыми проводящими соединительными компонентами в силовых электронных системах большой-мощности. Будь то ламинированная шина для электромобилей, ламинированная шина в преобразователе высокой-мощности или индивидуальная ламинированная шина для IGBT, ее характеристики зависят не только от конструкции проводника, но и во многом от выбора изоляционных материалов.

 

Система изоляции напрямую влияет на выдерживаемое напряжение шины, характеристики частичного разряда, срок службы и общую надежность. Понимание характеристик гибкой и жесткой изоляции имеет решающее значение для проектирования высокопроизводительных ламинированных шин с низкой-индуктивностью.

 

 

 

Ламинированная шина — это проводящая система соединений, состоящая из нескольких слоев проводников и изолирующих материалов, относящаяся к типичной много-структуре соединительной шины многослойной композитной структуры.

 

Плотно укладывая положительные и отрицательные проводники и изолируя их изолирующим слоем, можно эффективно уменьшить индуктивность контура, улучшить характеристики электромагнитной совместимости системы и снизить потери энергии. Поэтому его широко используют:

 

Системы привода электромобилей
Преобразователи энергии (ПКС)
Промышленные преобразователи частоты
Фотоэлектрические инверторы
Энергетические системы железнодорожного транспорта
Оборудование-источники питания высокой мощности

 

В много-структурах, таких как трех-ламинированные шины, изоляционный материал обеспечивает не только электрическую изоляцию, но также механическую защиту и защиту от воздействия окружающей среды.

 

 

 

В настоящее время в большинстве частично ламинированных шин используются гибкие изолирующие пленки, ламинированные на медные проводники.

 

Гибкие изоляционные материалы обычно плотно прикрепляются к проводнику посредством процесса горячего-прессования, образуя полное уплотнение по краям проводника, тем самым повышая устойчивость к влаге и теплу, загрязнению и старению.

 

Изоляционный материал из полиэстера ПЭТ

ПЭТ – один из наиболее распространенных изоляционных материалов для многослойных шин.

К его основным характеристикам относятся:

Длительная-рабочая температура до 105 градусов;
Отличная пластичность; Меньше склонен к растрескиванию при изгибе.
Отличное качество поверхности;
Хорошие огнезащитные свойства; Сравнительно экономичная стоимость.

Благодаря высокому CTI (относительному индексу отслеживания) ПЭТ особенно подходит для применений с высоким-напряжением.

ПЭТ-материалы широко используются в ламинированных шинах метрополитена и промышленных энергосистемах.

Полиимидный изоляционный материал PI

PI – это высокоэффективный-изоляционный материал, устойчивый к высоким-температурам-.

К его основным преимуществам относятся:

Длительная-стойкость к температуре, превышающей 200 градусов;
Отличная термическая стабильность;
Хорошая свариваемость; Высокая огнестойкость.

Таким образом, материалы PI имеют значительные преимущества в ламинированных шинах IGBT и в приложениях, требующих пайки конденсаторов, катушек индуктивности и других компонентов.

Однако материалы ПИ имеют относительно более слабые свойства отслеживания поверхности и дороже, чем ПЭТ. Они обычно используются в специальных приложениях, а не в обычных конструкциях.

 

 

Гибкая изоляция в первую очередь покрывает проводник, а жесткая изоляция в основном служит структурной изоляцией между слоями проводника.

 

В системах высокого-напряжения одной лишь тонко-пленочной изоляции часто недостаточно для удовлетворения требований по частичному разряду и длине пути утечки, что приводит к необходимости добавления жестких изоляционных слоев.

 

К распространенным жестким изоляционным материалам относятся:

Плита из полиэстера, армированного стекловолокном

Эпоксидная плита из стекловолокна

Высокопрочные-изоляционные композиционные материалы

Толщина жесткой изоляции обычно определяется в зависимости от рабочего напряжения системы.

 

В общем инженерном проектировании:

На каждое увеличение рабочего напряжения на 1 кВ требуется изоляционное расстояние примерно 1 мм.
Чем выше уровень напряжения, тем больше толщина жесткой изоляции.
Для систем высокого-напряжения могут потребоваться изоляционные конструкции толщиной 3–6 мм или даже толще.

 

Поэтому в приложениях с высоким-напряжением, таких как высоковольтные взрывозащищенные-шины инверторов, жесткая изоляция стала незаменимым и важным компонентом.

 

 

RTI-Индекс относительной температуры

RTI (относительный термический индекс) представляет собой наивысший температурный диапазон, при котором изоляционный материал может работать непрерывно в течение продолжительных периодов времени.

Этот индекс используется для оценки способности материала сохранять механическую прочность и электрические свойства в условиях длительного-термического старения.

В целом:

 

Более высокие температуры сокращают срок службы материала.

При повышении температуры на каждые 10 градусов срок службы материала может сократиться вдвое.

На каждые 10 градусов снижения температуры срок службы материала может удваиваться.

Таким образом, для долгосрочно-эксплуатируемых ламинированных шин для сложных монтажных сборок RTI (индекс относительного отслеживания) является решающим фактором при выборе материала.

 

CTI-Относительный индекс отслеживания

CTI оценивает устойчивость поверхности изоляционного материала к трекингу.

Более высокие значения CTI:

Меньшие требования к пути утечки;
Повышенная устойчивость к загрязнениям;
Более безопасная и стабильная работа при высоких напряжениях.

Для приложений с напряжением выше 1000 В CTI часто является критическим параметром, определяющим проект изоляции.

 

Удлинение

Удлинение отражает способность материала противостоять растрескиванию и истончению во время растяжения.

Высокое удлинение означает:

Лучшая пригодность для сложных процессов гибки;
Более легкая герметизация краев проводника;
Повышенная надежность изоляции.

Материалы ПЭТ обычно имеют удлинение, превышающее 100%, тогда как материалы ПИ обычно имеют меньшее удлинение, чем ПЭТ.

 

 

Промышленные энергетические системы

Промышленные применения обычно включают:

Рабочие напряжения от 1000В до 6000В;
Долгосрочные-операционные требования;
Высокие требования к частичному разряду;
Строгие требования к длине пути утечки.

Поэтому в ламинированных шинах для трех-инверторов уровня и больших преобразовательных шинных системах часто используется сочетание гибкой и жесткой изоляции.

 

Применение транспортных средств на новой энергии

Системы транспортных средств на новой энергии обычно работают при напряжениях, сосредоточенных в:

Платформы 400 В

Платформы 800 В

Из-за относительно более низких уровней напряжения:

Более низкие требования к частичному разряду;
В большинстве случаев жесткая изоляция не требуется.
Основное внимание уделяется легкому дизайну и использованию пространства.

Поэтому в ламинированных шинах для электромобилей часто используются легкие ламинированные конструкции, отвечающие требованиям высокой удельной мощности.

 

 

 

Помимо традиционной ламинированной изоляции, распространенными методами изоляции также являются порошковое покрытие и эпоксидное покрытие.

 

Эти процессы подходят для сложных структур или приложений с одним-проводником, обеспечивая:

Защита изоляции поверхности;
Защита от коррозии;
Экологическая герметизация.

Однако для систем шин, требующих низкой индуктивности и высокой надежности, ламинированная изоляция остается основным решением.

 

 

Благодаря постоянному развитию технологий силовой электроники ламинированные шины превратились из простых проводящих разъемов в важнейшие компоненты, объединяющие проводимость, рассеивание тепла, изоляцию и оптимизацию электромагнитных полей. Правильный выбор изоляционных материалов напрямую влияет на безопасность, надежность и срок службы системы, независимо от того, применяется ли она к новым энергетическим транспортным средствам, железнодорожному транспорту или промышленному оборудованию для преобразования энергии.

 

Для современныхламинированная шинаВ конструкциях гибкая изоляция обеспечивает эффективную герметизацию проводника, а жесткая изоляция отвечает требованиям по выдерживанию высокого-напряжения. Вместе они обеспечивают долгосрочную-стабильную работу всей энергосистемы.