Laminerede samleskinner isoleringsmaterialeanalyse: Hvordan påvirker fleksibel og stiv isolering systemets ydeevne?

Med den hurtige udvikling af nye energikøretøjer, energilagringssystemer, jernbanetransit og industrielt frekvenskonverteringsudstyr er laminerede samleskinner blevet vigtige ledende forbindelseskomponenter i elektroniske systemer med høj-effekt. Uanset om det er en lamineret samleskinne til elbiler, en lamineret samleskinne i en høj-effektkonverter eller en tilpasset lamineret samleskinne til IGBT'er, afhænger dens ydeevne ikke kun af lederdesignet, men også nøje af valget af isoleringsmaterialer.

 

Isoleringssystemet påvirker direkte samleskinnens modstå spænding, delvis afladningsydelse, levetid og overordnede pålidelighed. At forstå egenskaberne ved fleksibel og stiv isolering er afgørende for at designe høj-ydeevne laminerede lav-induktive samleskinner.

 

 

 

En lamineret samleskinne er et ledende forbindelsessystem, der er sammensat af flere lag af ledere og isoleringsmaterialer, der tilhører den typiske multi-lags sammensatte strukturforbindelsesstangstruktur.

 

Ved at stable de positive og negative ledere tæt og isolere dem med et isolerende lag, kan sløjfeinduktansen effektivt reduceres, systemets elektromagnetiske kompatibilitetsydelse forbedres og energitab reduceres. Derfor er det meget brugt i:

 

Drivsystemer til elektriske køretøjer
Energilagringsomformere (PCS)
Industrielle frekvensomformere
Fotovoltaiske invertere
Jernbanetransitstrømsystemer
Høj-strømforsyningsudstyr

 

I flerlagsstrukturer som f.eks. trelags laminerede samleskinner giver det isolerende materiale ikke kun elektrisk isolering, men også mekanisk og miljømæssig beskyttelse.

 

 

 

I øjeblikket bruger de fleste delvist laminerede samleskinner fleksible isoleringsfilm lamineret på kobberledere.

 

Fleksible isoleringsmaterialer bindes typisk tæt til lederen gennem en varm-presningsproces, der danner en komplet forsegling ved lederkanterne, og derved forbedrer modstanden mod fugt og varme, forurening og ældning.

 

PET polyester isoleringsmateriale

PET er et af de mest almindelige isoleringsmaterialer til flerlags skinner.

Dens vigtigste egenskaber omfatter:

Langtids-driftstemperatur op til 105 grader ;
Fremragende duktilitet; Mindre tilbøjelig til at revne under bøjning.
Fremragende overfladekvalitet;
Gode ​​flammehæmmende egenskaber; Relativ økonomisk omkostning.

På grund af dets høje CTI (relative tracking index) er PET særligt velegnet til højspændingsapplikationer.

PET-materialer er meget udbredt i Subway Laminated Busbars og industrielle kraftsystemer.

PI polyimid isoleringsmateriale

PI er et høj-, høj-temperatur-bestandigt isoleringsmateriale.

Dens vigtigste fordele omfatter:

Langtids-temperaturmodstand over 200 grader ;
Fremragende termisk stabilitet;
God svejsbarhed; Høj iboende flammehæmning.

Derfor har PI-materialer betydelige fordele i IGBT-laminerede samleskinner og applikationer, der kræver lodning af kondensatorer, induktorer og andre komponenter.

Imidlertid har PI-materialer relativt svagere overfladesporingsegenskaber og er dyrere end PET. De bruges typisk i specielle applikationer frem for konventionelle designs.

 

 

Fleksibel isolering dækker primært lederen, mens stiv isolering primært tjener som strukturel isolering mellem lederlagene.

 

I højspændingssystemer er tynd-filmisolering alene ofte utilstrækkelig til at opfylde kravene til delvis udladning og krybeafstand, hvilket nødvendiggør tilføjelse af stive isoleringslag.

 

Almindelige stive isoleringsmaterialer omfatter:

Glasfiberforstærket polyesterplade

Epoxy glasfiberplade

Høj-isolerende kompositmaterialer

Tykkelsen af ​​stiv isolering bestemmes typisk ud fra systemets driftsspænding.

 

Generelt ingeniørdesign:

Der kræves ca. 1 mm isolationsafstand for hver 1 kV stigning i driftsspændingen.
Jo højere spændingsniveauet er, jo større er den stive isoleringstykkelse.
Høj-spændingssystemer kan kræve isoleringsstrukturer på 3-6 mm eller endnu tykkere.

 

Derfor er stiv isolering i højspændingsapplikationer som f.eks. højspændingseksplosions-sikker vekselretterskinne blevet en uundværlig og afgørende komponent.

 

 

RTI-Relativt temperaturindeks

RTI (Relative Thermal Index) repræsenterer den højeste temperaturklassificering, ved hvilken et isolerende materiale kan fungere kontinuerligt i længere perioder.

Dette indeks bruges til at evaluere materialets evne til at opretholde mekanisk styrke og elektriske egenskaber under langsigtede termiske ældningsforhold.

Generelt:

 

Højere temperaturer forkorter materialets levetid.

For hver 10 graders stigning i temperaturen kan materialets levetid halveres.

For hver 10 graders fald i temperaturen kan materialets levetid fordobles.

Derfor er RTI (Relative Tracking Index) for langtidsdrevne laminerede skinner til komplekse samleskinneinstallationer en afgørende faktor i materialevalg.

 

CTI-Relativt sporingsindeks

CTI evaluerer modstanden af ​​en isoleringsmaterialeoverflade mod sporing.

Højere CTI-værdier:

Mindre krav til krybeafstand;
Stærkere modstandsdygtighed over for forurening;
Sikker og mere stabil drift ved høje spændinger.

For applikationer over 1000V er CTI ofte en kritisk parameter, der bestemmer isoleringsdesign.

 

Forlængelse

Forlængelse afspejler et materiales evne til at modstå revner og udtynding under strækning.

Høj forlængelse betyder:

Bedre egnethed til komplekse bukkeprocesser;
Lettere forsegling af lederkanter;
Højere isoleringssikkerhed.

PET-materialer har typisk en forlængelse, der overstiger 100 %, mens PI-materialer generelt har lavere forlængelse end PET.

 

 

Industrielle kraftsystemer

Industrielle applikationer involverer typisk:

Driftsspændinger fra 1000V til 6000V;
Langsigtede driftskrav-;
Høje krav til delvis udledning;
Strenge krybeafstandsspecifikationer.

Derfor anvender laminerede samleskinner til vekselrettere med tre niveauer- og store konverterbussystemer ofte en kombination af fleksibel og stiv isolering.

 

Nye energikøretøjsapplikationer

Nye energikøretøjssystemer fungerer typisk ved spændinger koncentreret i:

400V platforme

800V platforme

På grund af de relativt lavere spændingsniveauer:

Lavere krav til delvis udledning;
Stiv isolering er ikke påkrævet i de fleste scenarier.
Fokus er på letvægtsdesign og pladsudnyttelse.

Derfor anvender laminerede samleskinner til elbiler ofte lette laminerede strukturer for at opfylde kravene til høj effekttæthed.

 

 

 

Ud over traditionel lamineret isolering er pulverlakering og epoxybelægning også almindelige isoleringsmetoder.

 

Disse processer er velegnede til komplekse strukturer eller enkeltlederapplikationer, der opnår:

Overfladeisoleringsbeskyttelse;
Korrosionsbeskyttelse;
Miljøtætning.

For samleskinnesystemer, der kræver lav induktans og høj pålidelighed, er lamineret isolering dog fortsat den almindelige løsning.

 

 

Med den kontinuerlige udvikling af kraftelektronikteknologi har laminerede samleskinner udviklet sig fra simple ledende konnektorer til afgørende komponenter, der integrerer ledningsevne, varmeafledning, isolering og elektromagnetisk optimering. Uanset om det anvendes til nye energikøretøjer, jernbanetransit eller industrielt energikonverteringsudstyr, påvirker det passende udvalg af isoleringsmaterialer systemets sikkerhed, pålidelighed og levetid.

 

Til modernelamineret samleskinnedesign er fleksibel isolering ansvarlig for at opnå effektiv lederindkapsling, mens stiv isolering opfylder høje-spændingsmodstandskrav. Tilsammen sikrer de den langsigtede{2}}stabile drift af hele elsystemet.