تجزیه و تحلیل مواد عایق شینه های چند لایه: عایق انعطاف پذیر و صلب چگونه بر عملکرد سیستم تأثیر می گذارد؟

با توسعه سریع وسایل نقلیه انرژی جدید، سیستم‌های ذخیره انرژی، حمل‌ونقل ریلی و تجهیزات تبدیل فرکانس صنعتی، شین‌های چند لایه به اجزای کلیدی اتصال رسانا در سیستم‌های الکترونیکی با قدرت{{0} بالا تبدیل شده‌اند. چه یک شینه چند لایه برای خودروهای الکتریکی، چه یک شینه چند لایه در مبدل‌های-قدرت بالا، چه یک شینه چند لایه سفارشی برای IGBT، عملکرد آن نه تنها به طراحی هادی بلکه به انتخاب مواد عایق نیز بستگی دارد.

 

سیستم عایق به طور مستقیم بر ولتاژ مقاومت شین، عملکرد تخلیه جزئی، عمر مفید و قابلیت اطمینان کلی تأثیر می گذارد. درک ویژگی‌های عایق انعطاف‌پذیر و صلب برای طراحی شینه‌های القایی-لمینیت پایین{2}}با کارایی بالا بسیار مهم است.

 

 

 

شینه چند لایه یک سیستم اتصال رسانا است که از چندین لایه هادی و مواد عایق تشکیل شده است که متعلق به ساختار نوار اتصال ساختار مرکب چند لایه معمولی است.

 

با قرار دادن محکم هادی های مثبت و منفی و جداسازی آنها با یک لایه عایق، می توان اندوکتانس حلقه را به طور موثر کاهش داد، عملکرد سازگاری الکترومغناطیسی سیستم را بهبود بخشید و اتلاف انرژی را کاهش داد. بنابراین، به طور گسترده ای در موارد زیر استفاده می شود:

 

سیستم های محرک خودروهای الکتریکی
مبدل های ذخیره انرژی (PCS)
مبدل فرکانس صنعتی
اینورترهای فتوولتائیک
سیستم های برق ترانزیت ریلی
تجهیزات منبع تغذیه{0}بالا

 

در سازه‌های چند لایه مانند شینه‌های سه لایه لایه‌ای، مواد عایق نه تنها ایزوله الکتریکی بلکه حفاظت مکانیکی و محیطی را نیز فراهم می‌کنند.

 

 

 

در حال حاضر، بیشتر شینه‌های نیمه‌لامینیت‌شده از فیلم‌های عایق انعطاف‌پذیر استفاده می‌کنند که روی هادی‌های مسی لمینت شده‌اند.

 

مواد عایق انعطاف پذیر معمولاً از طریق یک فرآیند فشار{0} داغ به هادی چسبانده می شوند و یک مهر و موم کامل در لبه های هادی ایجاد می کنند و در نتیجه مقاومت در برابر رطوبت و گرما، آلودگی و پیری را بهبود می بخشند.

 

مواد عایق پلی استر PET

PET یکی از رایج ترین مواد عایق برای شینه های چند لایه است.

ویژگی های اصلی آن عبارتند از:

دمای کارکرد طولانی مدت تا 105 درجه ;
شکل پذیری عالی؛ کمتر در معرض ترک خوردن در هنگام خم شدن است.
کیفیت سطح عالی؛
خواص ضد شعله خوب؛ هزینه نسبتا اقتصادی

به دلیل CTI (شاخص ردیابی نسبی) بالا، PET مخصوصاً برای کاربردهای ولتاژ بالا مناسب است.

مواد PET به طور گسترده در باسبارهای چند لایه مترو و سیستم های قدرت صنعتی استفاده می شود.

مواد عایق پلی آمید PI

PI یک ماده عایق-با عملکرد بالا،-درجه حرارت- بالا است.

مزایای اصلی آن عبارتند از:

مقاومت درازمدت دمایی بیش از 200 درجه؛
پایداری حرارتی عالی؛
جوش پذیری خوب؛ بازدارندگی ذاتی بالا در شعله

بنابراین، مواد PI دارای مزایای قابل توجهی در شین‌های چند لایه IGBT و کاربردهایی هستند که نیاز به لحیم کاری خازن‌ها، سلف‌ها و سایر اجزا دارند.

با این حال، مواد PI خواص ردیابی سطحی نسبتا ضعیف‌تری دارند و گران‌تر از PET هستند. آنها معمولا در برنامه های خاص به جای طرح های معمولی استفاده می شوند.

 

 

عایق انعطاف پذیر در درجه اول هادی را می پوشاند، در حالی که عایق صلب عمدتاً به عنوان جداسازی ساختاری بین لایه های هادی عمل می کند.

 

در سیستم‌های ولتاژ بالا، عایق لایه نازک به تنهایی اغلب برای برآورده کردن الزامات تخلیه جزئی و فاصله خزشی کافی نیست و نیاز به افزودن لایه‌های عایق صلب دارد.

 

مواد عایق سفت و سخت رایج عبارتند از:

تخته پلی استر تقویت شده با الیاف شیشه

تخته فایبرگلاس اپوکسی

مواد کامپوزیت عایق-با استحکام بالا

ضخامت عایق صلب معمولاً بر اساس ولتاژ عملکرد سیستم تعیین می شود.

 

در طراحی مهندسی عمومی:

برای هر 1 کیلو ولت افزایش ولتاژ کاری، تقریباً 1 میلی متر فاصله عایق مورد نیاز است.
هر چه سطح ولتاژ بالاتر باشد، ضخامت عایق صلب بیشتر است.
سیستم‌های ولتاژ بالا ممکن است به ساختارهای عایق 3-6 میلی‌متر یا حتی ضخیم‌تر نیاز داشته باشند.

 

بنابراین، در کاربردهای{0} ولتاژ بالا مانند انفجار ولتاژ بالا-شینه اینورتر مقاوم، عایق صلب به یک جزء ضروری و حیاتی تبدیل شده است.

 

 

RTI{0}}شاخص دمای نسبی

RTI (شاخص حرارتی نسبی) بالاترین درجه دمایی را نشان می دهد که در آن یک ماده عایق می تواند به طور مداوم برای دوره های طولانی کار کند.

این شاخص برای ارزیابی توانایی مواد برای حفظ استحکام مکانیکی و خواص الکتریکی تحت شرایط پیری حرارتی طولانی مدت-استفاده می‌شود.

به طور کلی:

 

دماهای بالاتر طول عمر مواد را کوتاه می کند.

به ازای هر 10 درجه افزایش دما، عمر مواد ممکن است به نصف کاهش یابد.

به ازای هر 10 درجه کاهش دما، طول عمر مواد ممکن است دو برابر شود.

بنابراین، برای -شیشه‌های چند لایه کارکرده برای نصب شینه‌های پیچیده، RTI (شاخص ردیابی نسبی) یک عامل مهم در انتخاب مواد است.

 

CTI{0}}شاخص ردیابی نسبی

CTI مقاومت یک سطح ماده عایق را در برابر ردیابی ارزیابی می کند.

مقادیر بالاتر CTI:

الزامات فاصله خزش کوچکتر؛
مقاومت قوی در برابر آلودگی؛
عملکرد ایمن تر و پایدارتر در ولتاژهای بالا.

برای کاربردهای بالای 1000 ولت، CTI اغلب یک پارامتر حیاتی است که طراحی عایق را تعیین می کند.

 

ازدیاد طول

کشیدگی نشان دهنده توانایی یک ماده برای مقاومت در برابر ترک خوردن و نازک شدن در طول کشش است.

کشیدگی زیاد یعنی:

مناسب بودن بهتر برای فرآیندهای خمشی پیچیده؛
آب بندی لبه هادی آسان تر؛
قابلیت اطمینان عایق بالاتر

مواد PET معمولاً دارای کشیدگی بیش از 100٪ هستند، در حالی که مواد PI معمولاً از PET کشیدگی کمتری دارند.

 

 

سیستم های برق صنعتی

کاربردهای صنعتی معمولاً شامل:

ولتاژهای کاری از 1000 ولت تا 6000 ولت؛
الزامات عملیاتی بلندمدت-.
نیاز به تخلیه جزئی بالا؛
مشخصات دقیق فاصله خزش.

بنابراین، شینه‌های چند لایه برای اینورترهای سه سطح-و سیستم‌های باس مبدل بزرگ اغلب از ترکیبی از عایق‌های انعطاف‌پذیر و صلب استفاده می‌کنند.

 

کاربردهای خودروهای انرژی جدید

سیستم های خودروهای انرژی جدید معمولاً با ولتاژهای متمرکز در موارد زیر کار می کنند:

سکوهای 400 ولت

سکوهای 800 ولت

با توجه به سطوح ولتاژ نسبتا پایین:

نیاز به تخلیه جزئی کمتر؛
عایق صلب در بیشتر حالات مورد نیاز نیست.
تمرکز بر طراحی سبک وزن و استفاده از فضا است.

بنابراین، باسبارهای چند لایه برای خودروهای الکتریکی اغلب از ساختارهای چند لایه سبک وزن برای برآوردن نیازهای چگالی توان بالا استفاده می کنند.

 

 

 

علاوه بر عایق های سنتی لمینت، پوشش پودری و پوشش اپوکسی نیز از روش های رایج عایق کاری هستند.

 

این فرآیندها برای ساختارهای پیچیده یا کاربردهای یک هادی-منفرد مناسب هستند و به این موارد دست می‌یابند:

حفاظت از عایق سطحی؛
حفاظت در برابر خوردگی؛
آب بندی محیطی.

با این حال، برای سیستم های باس بار که به اندوکتانس کم و قابلیت اطمینان بالا نیاز دارند، عایق چند لایه راه حل اصلی باقی می ماند.

 

 

با توسعه مداوم فناوری الکترونیک قدرت، شینه های چند لایه از اتصال دهنده های رسانای ساده به اجزای حیاتی تبدیل شده اند که رسانایی، اتلاف گرما، عایق و بهینه سازی الکترومغناطیسی را یکپارچه می کنند. انتخاب مناسب مواد عایق چه برای وسایل نقلیه انرژی جدید، حمل و نقل ریلی یا تجهیزات تبدیل برق صنعتی اعمال شود، به طور مستقیم بر ایمنی، قابلیت اطمینان و طول عمر سیستم تأثیر می گذارد.

 

برای مدرنشینه چند لایهدر طرح‌ها، عایق انعطاف‌پذیر مسئول دستیابی به کپسوله‌سازی کارآمد رسانا است، در حالی که عایق صلب الزامات مقاومت در برابر ولتاژ{0} بالا را برآورده می‌کند. آنها با هم، عملکرد پایدار دراز مدت کل سیستم قدرت را تضمین می کنند.