مواد عایق برای شینه های چند لایه - بحث مختصری در مورد عایق انعطاف پذیر و صلب و پارامترهای آنها

شینه چند لایه یک جزء اتصال الکتریکی است که از چندین لایه هادی و مواد عایق تشکیل شده است. این به طور گسترده در-قدرت-چگالی بالا و سیستم‌های الکترونیکی با قدرت فشرده، مانند میله‌های اتوبوس القایی چند لایه و میله‌های اتوبوس چند لایه مسی استفاده می‌شود. هدف اصلی طراحی آن بهبود کارایی و قابلیت اطمینان کلی سیستم با بهینه سازی توزیع میدان الکتریکی و اندوکتانس انگلی از طریق یک ساختار سه بعدی و در عین حال برآورده کردن الزامات انتقال ولتاژ بالا و جریان بالا است. کاربردهای معمولی عبارتند از شینه‌های چند لایه در مبدل‌های{6} قدرت بالا و شینه‌های چند لایه برای سیستم‌های توزیع برق DC.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

از نظر ساختاری، شینه‌های چند لایه معمولاً از مواد عایق انعطاف‌پذیر استفاده می‌کنند که با هادی‌ها لمینت شده‌اند تا واحدهای رسانا اولیه را تشکیل دهند. این ساختار همچنین به‌عنوان یک گذرگاه چند لایه یا نوار اتصال ساختار ترکیبی چندلایه نیز شناخته می‌شود. در طی یک فرآیند پرس داغ، مواد عایق انعطاف پذیر از طریق لایه های چسبنده محکم به هادی متصل می شود و یک مهر و موم موثر در لبه های هادی ایجاد می کند، بنابراین عملکرد عایق پایدار را حتی در محیط های پیچیده حفظ می کند. مواد عایق انعطاف پذیر رایج عبارتند از پلی استر (PET) و پلی آمید (PI) که PET به دلیل مزایای عملکردی جامع، بیشترین استفاده را در شین‌های سه لایه چند لایه و محصولات شینه استاندارد دارد.

 

مواد پلی استر دارای مقاومت دمایی متوسطی هستند (معمولاً 105 درجه)، که خواص مکانیکی و الکتریکی پایدار را در شرایط چرخه حرارتی طولانی مدت حفظ می‌کنند. ازدیاد طول آن می تواند بیش از 100 درصد باشد و باعث می شود در حین خمش و اتصال لبه کمتر مستعد پارگی یا کاهش ضخامت باشد. علاوه بر این، PET دارای شاخص ردیابی نسبی (CTI) بالایی است که به طور موثر خطر خزش را کاهش می‌دهد، که به‌ویژه برای برنامه‌های{5} ولتاژ بالا مانند گذرگاه‌های اینورتر مقاوم در برابر ولتاژ بالا بسیار مهم است. در حالی که رتبه‌بندی‌های بازدارنده شعله (مثلاً V0) را برآورده می‌کند، PET در ضخامت‌های مختلف (مثلاً 50 میکرومتر تا 350 میکرومتر) برای انطباق با سطوح مختلف ولتاژ و الزامات طراحی ساختاری موجود است، بنابراین تطبیق‌پذیری بالایی در برنامه‌هایی مانند گذرگاه‌های چند لایه برای سه{15}}سطح اینورترهای IGBT و Bubars سفارشی‌شده برای Lamin ارائه می‌کند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

در مقابل، مواد پلی‌آمید (PI) مواد عایق با کارایی بالا با مقاومت دمایی بالاتر هستند (RTI معمولاً بیش از 200 درجه است) که آنها را برای کاربردهایی که شامل جوشکاری در دمای بالا یا بارهای حرارتی موضعی بالا می‌شوند، مانند سازه‌های مربوط به جوشکاری خازن یا اجزای الکترونیکی در Busbars Elec Laminated مناسب می‌سازد. مواد PI استحکام مکانیکی بیشتری دارند و کمتر مستعد شل شدن تحت تنش طولانی مدت هستند که به حفظ پایداری ساختار مهر و موم شده کمک می کند. با این حال، عملکرد CTI آن‌ها نسبتاً پایین است، معمولاً به طراحی فاصله خزشی بزرگ‌تری نیاز دارد، که آنها را برای محیط‌های ولتاژ متوسط{{6} و-مناسب‌تر می‌سازد، مانند برخی از میله‌های گذرگاه لایه‌ای با خازن DC یا برنامه‌های باس میله‌های چند لایه خازن پشتیبانی DC.

 

در سیستم شینه‌های چند لایه، عایق انعطاف‌پذیر عمدتاً برای جداسازی الکتریکی و آب‌بندی بین لایه‌های هادی استفاده می‌شود، در حالی که از مواد عایق صلب برای پشتیبانی ساختاری و ایزولاسیون الکتریکی بین مجموعه‌های شینه استفاده می‌شود. ضخامت عایق صلب معمولاً مستقیماً با سطح ولتاژ سیستم مرتبط است. یک اصل طراحی کلی تقریباً 1 میلی متر از مواد عایق صلب در هر کیلو ولت است. در سیستم‌های ولتاژ بالا، مانند شینه‌های چند لایه برای مبدل‌های با ظرفیت بزرگ-به{6} یا شینه‌های اینورتر برای ترافیک ریلی و سیستم‌های مترو، لایه‌های عایق صلب با ضخامت‌های بین 1 میلی‌متر تا 6 میلی‌متر معمولاً برای برآورده کردن الزامات عملکرد طولانی مدت و کنترل تخلیه جزئی{9} مورد نیاز هستند.

 

با توجه به پارامترهای کلیدی عملکرد، شاخص دمای نسبی (RTI) و شاخص ردیابی نسبی (CTI) شاخص‌های مهمی برای ارزیابی مواد عایق هستند. RTI توانایی یک ماده برای حفظ عملکرد در شرایط پیری حرارتی طولانی مدت را اندازه گیری می کند. ارزیابی طول عمر آن معمولاً بر اساس آزمایش‌های پیری سریع بیش از 20000 ساعت است و از یک رابطه نمایی بین دما و طول عمر پیروی می‌کند. CTI منعکس کننده مقاومت یک ماده در برابر ردیابی در محیط های آلوده است و برای طراحی فاصله خزشی در سیستم های{5} ولتاژ بالا بسیار مهم است. علاوه بر این، ازدیاد طول ماده به طور مستقیم بر سازگاری آن در طول پردازش تأثیر می گذارد و یکی از پارامترهای کلیدی برای ارزیابی عملکرد آب بندی و قابلیت اطمینان مکانیکی است.

 

الزامات عملکرد برای مواد عایق در شینه های چند لایه به طور قابل توجهی در مناطق مختلف کاربرد متفاوت است. در کاربردهای صنعتی ولتاژ بالا، مانند گذرگاه‌های اینورتر ولتاژ بالا یا سیستم‌های تبدیل قدرت در مقیاس بزرگ، ولتاژهای عملیاتی معمولاً از 1000 ولت تا 6000 ولت متغیر است. این برنامه ها استانداردهای بسیار بالایی را برای کنترل تخلیه جزئی، عملکرد عایق الکتریکی و طول عمر طولانی-می طلبند. بنابراین، ترکیبی از طرح‌های عایق انعطاف‌پذیر و سفت و سخت مورد نیاز است، با مواد CTI بالا انتخاب ارجح است. در بخش خودروهای انرژی جدید، مانند گذرگاه‌های خازن فیلم فلزی با رسانایی حرارتی بالا برای سیستم‌های کنترل EV، ولتاژ سیستم معمولاً کمتر از 800 ولت است. الزامات عملکرد عایق نسبتا کمتر است، با تاکید بیشتر بر طراحی سبک وزن، مقاومت در برابر حرارت، و سازگاری با فرآیند مونتاژ. بنابراین، مواد PI مزایای خاصی را در سازه های جوش داده شده خاص ارائه می دهند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

علاوه بر این، در برخی از سازه‌های غیرلایه‌ای یا کاربردهای یک هادی، می‌توان از عایق‌های پوشش پودری استفاده کرد، مثلاً میله‌های اتوبوسی چند لایه رنگ‌شده پودری با محدوده ضخامت پوشش دی‌الکتریک بین 0.2 میلی‌متر تا 3.00 میلی‌متر. این فرآیند برای عایق کاری هادی هایی با اشکال پیچیده، دستیابی به پوشش سطحی خوب و آب بندی مناسب است. با این حال، به دلیل دشواری در کنترل قوام عایق در لبه‌های هادی و گوشه‌های تیز، معمولاً در سیستم‌های شینه‌های چند لایه با دقت بالا، مانند برنامه‌های کاربردی مانند شینه‌های چند لایه اینورتر مسی سفارشی برای نصب الکتریکی، استفاده نمی‌شود.

 

به طور کلی، به عنوان قطعات الکترونیکی غیرفعال شینه چند لایه، عملکرد شینه های چند لایه به شدت به انتخاب مواد عایق و طراحی ساختاری بستگی دارد. با تطبیق مناسب مواد عایق انعطاف پذیر و صلب و در نظر گرفتن سناریوهای کاربردی خاص (مانندشینه های چند لایه برای نصب و راه اندازی شینه های پیچیده، چگالی توان بالاتر و یکپارچگی سیستم را می توان با اطمینان از ایمنی الکتریکی به دست آورد.