Lamineeritud siinide isolatsioonimaterjalide analüüs: kuidas painduv ja jäik isolatsioon süsteemi jõudlust mõjutab?

Uute energiasõidukite, energiasalvestussüsteemide, raudteetransiidi ja tööstuslike sagedusmuundamisseadmete kiire arenguga on lamineeritud siinidest saanud suure võimsusega{0}}elektrooniliste süsteemide juhtivad ühenduskomponendid. Olenemata sellest, kas tegemist on elektriautode lamineeritud siiniga, suure-võimsusega muunduri lamineeritud siiniga või IGBT-de kohandatud lamineeritud siiniga, ei sõltu selle jõudlus mitte ainult juhtme konstruktsioonist, vaid ka isolatsioonimaterjalide valikust.

 

Isolatsioonisüsteem mõjutab otseselt siini vastupidavuspinget, osalist tühjenemist, kasutusiga ja üldist töökindlust. Painduva ja jäiga isolatsiooni omaduste mõistmine on ülioluline suure jõudlusega-lamineeritud madala-induktiivsiinide projekteerimiseks.

 

 

 

Lamineeritud siinid on juhtiv ühendussüsteem, mis koosneb mitmest juhtide ja isolatsioonimaterjalide kihist ning kuulub tüüpilise mitmekihilise komposiitstruktuuriga ühendusriba struktuuri.

 

Positiivsete ja negatiivsete juhtide tihedalt virnastamise ja isolatsioonikihiga isoleerimisega saab tõhusalt vähendada ahela induktiivsust, parandada süsteemi elektromagnetilist ühilduvust ja vähendada energiakadu. Seetõttu kasutatakse seda laialdaselt:

 

Elektrisõidukite ajamisüsteemid
Energiasalvestavad muundurid (PCS)
Tööstuslikud sagedusmuundurid
Fotogalvaanilised inverterid
Raudteetransiidi elektrisüsteemid
Suure-võimsusega toiteallika seadmed

 

Mitmekihilistes konstruktsioonides, nagu kolmekihilised lamineeritud siinid, ei taga isolatsioonimaterjal mitte ainult elektriisolatsiooni, vaid ka mehaanilist ja keskkonnakaitset.

 

 

 

Praegu kasutatakse enamikus osaliselt lamineeritud siinides painduvaid isoleerkilesid, mis on lamineeritud vaskjuhtmetele.

 

Painduvad isoleermaterjalid seotakse tavaliselt tihedalt juhi külge kuumpressimise teel{0}}, moodustades juhtme servadele täieliku tihendi, parandades seeläbi vastupidavust niiskusele ja kuumusele, reostusele ja vananemisele.

 

PET polüester isolatsioonimaterjal

PET on üks levinumaid mitmekihiliste siinide isoleermaterjale.

Selle peamised omadused hõlmavad järgmist:

Pikaajaline{0}}töötemperatuur kuni 105 kraadi ;
Suurepärane elastsus; Vähem altid pragunemisele painutamisel.
Suurepärane pinna kvaliteet;
Head leegiaeglustavad omadused; Suhteliselt ökonoomne kulu.

Tänu oma kõrgele CTI-le (relatiivne jälgimisindeks) sobib PET eriti kõrge{0}}pingerakenduste jaoks.

PET-materjale kasutatakse laialdaselt metroo lamineeritud siinides ja tööstuslikes elektrisüsteemides.

PI polüimiidi isolatsioonimaterjal

PI on suure -jõudlusega,-kõrge temperatuuri-kindel isolatsioonimaterjal.

Selle peamised eelised hõlmavad järgmist:

Pikaajaline{0}}temperatuurikindlus üle 200 kraadi;
Suurepärane termiline stabiilsus;
Hea keevitatavus; Kõrge omane leegiaeglustus.

Seetõttu on PI-materjalidel märkimisväärsed eelised IGBT-lamineeritud siinides ja rakendustes, mis nõuavad kondensaatorite, induktiivpoolide ja muude komponentide jootmist.

PI materjalidel on aga suhteliselt nõrgemad pinnajälgimise omadused ja need on kallimad kui PET. Neid kasutatakse tavaliselt erirakendustes, mitte tavapärastes disainides.

 

 

Paindlik isolatsioon katab peamiselt juhi, samas kui jäik isolatsioon toimib peamiselt konstruktsiooniisolatsioonina juhi kihtide vahel.

 

Kõrgepingesüsteemides-ainuüksi õhukesest-kile isolatsioonist ei piisa sageli osalise tühjenemise ja roomamiskauguse nõuete täitmiseks, mistõttu on vaja lisada jäigad isolatsioonikihid.

 

Levinud jäigad isolatsioonimaterjalid on järgmised:

Klaaskiuga tugevdatud polüesterplaat

Epoksiidklaaskiudplaat

Väga{0}}tugevad isoleerivad komposiitmaterjalid

Jäiga isolatsiooni paksus määratakse tavaliselt süsteemi tööpinge alusel.

 

Üldises insenerprojektis:

Iga 1 kV tööpinge tõusu kohta on vaja umbes 1 mm isolatsioonikaugust.
Mida kõrgem on pingetase, seda suurem on jäiga isolatsiooni paksus.
Kõrgepingesüsteemid võivad vajada 3–6 mm või isegi paksemat isolatsioonikonstruktsiooni.

 

Seetõttu on kõrgepingerakendustes, nagu High Voltage Explosion-Proof Inverter Busbar, jäik isolatsioon muutunud asendamatuks ja oluliseks komponendiks.

 

 

RTI-Suhtelise temperatuuri indeks

RTI (suhteline soojusindeks) tähistab kõrgeimat temperatuurimäära, mille juures isolatsioonimaterjal võib pikema aja jooksul pidevalt töötada.

Seda indeksit kasutatakse selleks, et hinnata materjali võimet säilitada mehaanilist tugevust ja elektrilisi omadusi pikaajalises -termilise vananemise tingimustes.

Üldiselt:

 

Kõrgem temperatuur lühendab materjali eluiga.

Iga 10 kraadise temperatuuritõusu korral võib materjali eluiga poole võrra lüheneda.

Iga 10 kraadise temperatuuri languse korral võib materjali eluiga kahekordistuda.

Seetõttu on keerukate siinipaigaldiste jaoks{0}}kasutatud lamineeritud siinide puhul RTI (relative Tracking Index) materjali valikul ülioluline tegur.

 

CTI{0}}Suhteline jälgimisindeks

CTI hindab isolatsioonimaterjali pinna vastupidavust jälgimisele.

Kõrgemad CTI väärtused:

väiksemad nõuded roomamiskaugusele;
Tugevam vastupidavus saastumisele;
Ohutum ja stabiilsem töö kõrgepingel.

Üle 1000 V rakenduste puhul on CTI sageli kriitiline parameeter, mis määrab isolatsiooni disaini.

 

Pikendamine

Venivus peegeldab materjali võimet seista venitamise ajal pragunemisele ja hõrenemisele vastu.

Kõrge pikenemine tähendab:

Parem sobivus keerukateks painutusprotsessideks;
Lihtsam juhtme servade tihendamine;
Suurem isolatsioonikindlus.

PET-materjalide venivus ületab tavaliselt 100%, samas kui PI-materjalidel on tavaliselt väiksem venivus kui PET-il.

 

 

Tööstuslikud elektrisüsteemid

Tööstuslikud rakendused hõlmavad tavaliselt järgmist:

Tööpinged 1000V kuni 6000V;
Pikaajalised{0}}operatsiooninõuded;
Kõrged osalise tühjendamise nõuded;
Ranged roomamiskauguse spetsifikatsioonid.

Seetõttu kasutavad kolme{0}}tasemeinverterite lamineeritud siinid ja suured muunduriga siinisüsteemid sageli paindliku ja jäiga isolatsiooni kombinatsiooni.

 

Uued energiasõidukite rakendused

Uued energiasõidukite süsteemid töötavad tavaliselt pingetel, mis on koondunud:

400 V platvormid

800V platvormid

Suhteliselt madalamate pingetasemete tõttu:

Madalamad osalise tühjendamise nõuded;
Enamikul juhtudel pole jäik isolatsioon vajalik.
Keskendutakse kergele disainile ja ruumikasutusele.

Seetõttu kasutavad elektriautode lamineeritud siinid sageli kergeid lamineeritud struktuure, et täita kõrge võimsustiheduse nõudeid.

 

 

 

Lisaks traditsioonilisele lamineeritud isolatsioonile on levinud isolatsioonimeetodid ka pulbervärvimine ja epoksüvärvimine.

 

Need protsessid sobivad keerukate struktuuride või{0}}ühejuhiga rakenduste jaoks, saavutades:

Pinna isolatsiooni kaitse;
Korrosioonikaitse;
Keskkonnakaitseline tihendus.

Madalat induktiivsust ja kõrget töökindlust nõudvate siinisüsteemide puhul jääb siiski peamiseks lahenduseks lamineeritud isolatsioon.

 

 

Jõuelektroonika tehnoloogia pideva arenguga on lamineeritud siinid arenenud lihtsatest juhtivatest pistikutest olulisteks komponentideks, mis integreerivad juhtivuse, soojuse hajumise, isolatsiooni ja elektromagnetilise optimeerimise. Olenemata sellest, kas neid kasutatakse uute energiasõidukite, raudteetransiidi või tööstuslike energiamuundurite puhul, mõjutab sobiv isolatsioonimaterjalide valik otseselt süsteemi ohutust, töökindlust ja eluiga.

 

Kaasaegsetelelamineeritud siinidkonstruktsioonide puhul vastutab paindlik isolatsioon juhtme tõhusa kapseldamise saavutamise eest, samas kui jäik isolatsioon vastab kõrgetele -pingetaluvusnõuetele. Üheskoos tagavad need kogu elektrisüsteemi pikaajalise stabiilse töö-.