Izolační materiály pro laminované přípojnice – Stručná diskuse o flexibilní a tuhé izolaci a jejich parametrech

Vrstvená přípojnice je elektrický spojovací prvek složený z několika vrstev vodičů a izolačních materiálů. Je široce používán v elektronických systémech s vysokou-výkonovou-hustotou a kompaktními výkonovými elektronickými systémy, jako jsou laminované nízkoindukční přípojnice a měděné laminované přípojnice. Hlavním cílem návrhu je zlepšit celkovou účinnost a spolehlivost systému optimalizací distribuce elektrického pole a parazitní indukčnosti prostřednictvím trojrozměrné struktury při současném splnění požadavků na přenos vysokého napětí a vysokého proudu. Mezi typické aplikace patří vrstvené přípojnice ve vysokovýkonových měničích-a vrstvené přípojnice pro stejnosměrné rozvodné systémy.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Konstrukčně laminované přípojnice obvykle používají flexibilní izolační materiály laminované vodiči k vytvoření základních vodivých jednotek. Tato struktura je také známá jako částečně laminovaná přípojnice nebo vícevrstvá spojovací lišta kompozitní struktury. Během procesu lisování za horka- je pružný izolační materiál pevně spojen s vodičem prostřednictvím adhezivních vrstev, čímž se na okrajích vodiče vytvoří účinné těsnění, čímž se zachová stabilní izolační výkon i ve složitém prostředí. Mezi běžné flexibilní izolační materiály patří polyester (PET) a polyimid (PI), přičemž PET je nejrozšířenější u třívrstvých laminovaných přípojnic a standardizovaných přípojnicových produktů díky svým komplexním výkonnostním výhodám.

 

Polyesterové materiály mají střední teplotní odolnost (obvykle 105 stupňů) a udržují si stabilní mechanické a elektrické vlastnosti za dlouhodobých-podmínek tepelného cyklování. Jeho tažnost může přesáhnout 100 %, takže je méně náchylný k trhání nebo redukci tloušťky během ohýbání a vázání hran. PET má navíc vysoký relativní index sledování (CTI), který účinně snižuje riziko tečení, což je zvláště důležité pro vysokonapěťové aplikace, jako jsou vysokonapěťové výbušné-přípojnice invertorů. Přestože PET splňuje hodnocení zpomalující hoření (např. V0), je k dispozici také v různých tloušťkách (např. 50 μm až 350 μm), aby se přizpůsobil různým úrovním napětí a požadavkům na konstrukční provedení, a nabízí tak vysokou všestrannost v aplikacích, jako jsou vrstvené přípojnice pro tříúrovňové měniče a přizpůsobené laminované přípojnice pro IGBT.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Naproti tomu polyimidové (PI) materiály jsou vysoce-izolační materiály s vyšší teplotní odolností (RTI obvykle přesahuje 200 stupňů), díky čemuž jsou vhodné pro aplikace zahrnující vysokoteplotní svařování nebo vysoké lokální tepelné zatížení, jako jsou konstrukce zahrnující svařování kondenzátorů nebo elektronických součástek v vrstvených přípojnicích pro elektrická auta. PI materiály mají větší mechanickou tuhost a jsou méně náchylné k relaxaci při dlouhodobém-namáhání, což pomáhá udržovat stabilitu utěsněné struktury. Jejich výkon CTI je však relativně nízký a obvykle vyžaduje větší design povrchové cesty, díky čemuž jsou vhodnější pro prostředí se středním- a nízkým-napětím, jako jsou některé aplikace s vrstvenými sběrnicemi DC-Link Capacitor nebo DC Support Capacitor Laminated Bus Bars.

 

V kompletním systému vrstvených přípojnic se flexibilní izolace používá hlavně pro elektrickou izolaci a těsnění mezi vrstvami vodičů, zatímco tuhé izolační materiály se používají pro strukturální podporu a elektrickou izolaci mezi sestavami přípojnic. Tloušťka tuhé izolace obvykle přímo souvisí s úrovní napětí systému; Obecným principem návrhu je přibližně 1 mm tuhého izolačního materiálu na kilovolt. U vysokonapěťových-systémů, jako jsou vrstvené přípojnice pro velkokapacitní-zpět{6}}převodníky nebo invertorové přípojnice pro železniční dopravu a systémy metra, jsou obvykle vyžadovány tuhé izolační vrstvy o tloušťce mezi 1 mm a 6 mm, aby byly splněny požadavky na kontrolu částečného vybíjení a dlouhodobý- spolehlivý provoz.

 

Pokud jde o klíčové parametry výkonu, důležitými ukazateli pro hodnocení izolačních materiálů jsou relativní teplotní index (RTI) a relativní sledovací index (CTI). RTI měří schopnost materiálu zachovat si výkon za dlouhodobých- podmínek tepelného stárnutí; jeho hodnocení životnosti je obvykle založeno na testech zrychleného stárnutí přesahujících 20 000 hodin a sleduje exponenciální vztah mezi teplotou a životností. CTI odráží odolnost materiálu vůči sledování ve znečištěném prostředí a je zásadní pro návrh povrchové cesty ve vysokonapěťových systémech. Navíc tažnost materiálu přímo ovlivňuje jeho přizpůsobivost při zpracování a je jedním z klíčových parametrů pro hodnocení těsnícího výkonu a mechanické spolehlivosti.

 

Výkonové požadavky na izolační materiály ve vrstvených přípojnicích se v různých oblastech použití výrazně liší. V průmyslových aplikacích vysokého napětí-, jako jsou například vysokonapěťové výbušné-přípojnice invertorů nebo velké-systémy přeměny energie, se provozní napětí obvykle pohybuje od 1 000 V do 6 000 V. Tyto aplikace vyžadují extrémně vysoké standardy pro kontrolu částečného vybíjení, elektrickou izolaci a dlouhodobou-životnost. Proto je vyžadována kombinace flexibilních a tuhých izolačních konstrukcí, přičemž preferovanou volbou jsou materiály s vysokým CTI. V sektoru nových energetických vozidel, jako jsou sběrnice kondenzátorů s metalizovaným filmem s vysokou tepelnou vodivostí pro řídicí systémy EV, je napětí systému obvykle nižší než 800 V. Požadavky na izolační výkon jsou relativně nižší, s větším důrazem na lehkou konstrukci, tepelnou odolnost a kompatibilitu montážního procesu. Proto PI materiály nabízejí určité výhody ve specifických svařovaných konstrukcích.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V některých -laminovaných strukturách nebo jednovodičových aplikacích lze navíc použít i izolaci s práškovým nátěrem, tj. práškově-lakované laminované přípojnice s tloušťkou dielektrického povlaku v rozmezí 0,2 mm až 3,00 mm. Tento proces je vhodný pro izolování vodičů složitých tvarů, dosažení dobrého pokrytí povrchu a utěsnění. Vzhledem k obtížnosti kontroly konzistence izolace na okrajích vodičů a ostrých rozích se však obecně nepoužívá ve vysoce přesných laminovaných přípojnicových systémech, například v náročných aplikacích, jako je přizpůsobená měděná měděná laminovaná přípojnice pro elektrickou instalaci.

 

Celkově, jako typické laminované pasivní elektronické komponenty, výkon laminovaných přípojnic velmi závisí na výběru izolačních materiálů a konstrukčním návrhu. Vhodným přizpůsobením pružných a tuhých izolačních materiálů a zvážením konkrétních scénářů použití (jako napřLaminované přípojnice pro složité instalace přípojnic), lze dosáhnout vyšší hustoty výkonu a systémové integrace při zajištění elektrické bezpečnosti.