Laminerte samleskinner isolasjonsmaterialeanalyse: Hvordan påvirker fleksibel og stiv isolasjon systemytelsen?

Med den raske utviklingen av nye energikjøretøyer, energilagringssystemer, jernbanetransport og industrielt frekvenskonverteringsutstyr, har laminerte samleskinner blitt viktige ledende koblingskomponenter i elektroniske systemer med høy-effekt. Enten det er en laminert samleskinne for elektriske biler, en laminert samleskinne i en høy-omformer eller en tilpasset laminert samleskinne for IGBT-er, avhenger ytelsen ikke bare av lederdesignet, men også nøye av valget av isolasjonsmaterialer.

 

Isolasjonssystemet påvirker direkte samleskinnens tålespenning, delvis utladningsytelse, levetid og generelle pålitelighet. Å forstå egenskapene til fleksibel og stiv isolasjon er avgjørende for utforming av høy-laminert lav-induktiv samleskinner.

 

 

 

En laminert samleskinne er et ledende koblingssystem som består av flere lag med ledere og isolasjonsmaterialer, som tilhører den typiske flerlags komposittstrukturen til koblingsskinnene.

 

Ved å stable de positive og negative lederne tett og isolere dem med et isolerende lag, kan sløyfeinduktansen effektivt reduseres, systemets elektromagnetiske kompatibilitetsytelse forbedres og energitapet reduseres. Derfor er det mye brukt i:

 

Drivsystemer for elektriske kjøretøy
Energilagringsomformere (PCS)
Industrielle frekvensomformere
Fotovoltaiske omformere
Kraftsystemer for jernbanetransport
Høy-strømforsyningsutstyr

 

I flerlagsstrukturer som tre-laminerte samleskinner gir isolasjonsmaterialet ikke bare elektrisk isolasjon, men også mekanisk beskyttelse og miljøbeskyttelse.

 

 

 

For tiden bruker de fleste delvis laminerte samleskinner fleksible isolasjonsfilmer laminert på kobberledere.

 

Fleksible isolasjonsmaterialer bindes vanligvis tett til lederen gjennom en varm-pressingsprosess, og danner en fullstendig forsegling ved lederkantene, og forbedrer dermed motstanden mot fuktighet og varme, forurensning og aldring.

 

PET polyester isolasjonsmateriale

PET er et av de vanligste isolasjonsmaterialene for flerlags samleskinner.

Dens viktigste egenskaper inkluderer:

Langtids-driftstemperatur på opptil 105 grader ;
Utmerket duktilitet; Mindre utsatt for sprekker under bøying.
Utmerket overflatekvalitet;
Gode ​​flammehemmende egenskaper; Relativt økonomisk kostnad.

På grunn av sin høye CTI (relative tracking index), er PET spesielt egnet for høyspenningsapplikasjoner.

PET-materialer er mye brukt i Subway laminerte samleskinner og industrielle kraftsystemer.

PI polyimid isolasjonsmateriale

PI er et isolasjonsmateriale med høy-ytelse og høy-temperatur-.

Dens viktigste fordeler inkluderer:

Langvarig-temperaturmotstand over 200 grader ;
Utmerket termisk stabilitet;
God sveisbarhet; Høy iboende flammehemming.

Derfor har PI-materialer betydelige fordeler i IGBT-laminerte samleskinner og applikasjoner som krever lodding av kondensatorer, induktorer og andre komponenter.

Imidlertid har PI-materialer relativt svakere overflatesporingsegenskaper og er dyrere enn PET. De brukes vanligvis i spesielle applikasjoner i stedet for konvensjonelle design.

 

 

Fleksibel isolasjon dekker først og fremst lederen, mens stiv isolasjon hovedsakelig tjener som strukturell isolasjon mellom lederlag.

 

I høyspenningssystemer er tynn-filmisolasjon ofte utilstrekkelig for å møte kravene til delvis utladning og krypeavstand, noe som krever tilsetning av stive isolasjonslag.

 

Vanlige stive isolasjonsmaterialer inkluderer:

Glassfiberforsterket polyesterplate

Epoksy glassfiberplate

Høy-isolerende komposittmaterialer

Tykkelsen på stiv isolasjon bestemmes vanligvis basert på systemets driftsspenning.

 

Generelt ingeniørdesign:

Omtrent 1 mm isolasjonsavstand er nødvendig for hver 1kV økning i driftsspenning.
Jo høyere spenningsnivå, desto større er stiv isolasjonstykkelse.
Høyspentsystemer kan kreve isolasjonsstrukturer på 3-6 mm eller enda tykkere.

 

Derfor har stiv isolasjon blitt en uunnværlig og avgjørende komponent i høyspenningsapplikasjoner som høyspenningseksplosjons-sikker invertersamlingsskinne.

 

 

RTI-Relativ temperaturindeks

RTI (Relative Thermal Index) representerer den høyeste temperaturklassifiseringen som et isolasjonsmateriale kan fungere ved kontinuerlig i lengre perioder.

Denne indeksen brukes til å evaluere materialets evne til å opprettholde mekanisk styrke og elektriske egenskaper under langsiktige- termiske aldringsforhold.

Generelt:

 

Høyere temperaturer forkorter materialets levetid.

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

For hver 10 graders nedgang i temperaturen kan materialets levetid dobles.

For langtidsdrevne laminerte samleskinner for komplekse samleskinneinstallasjoner er derfor RTI (Relative Tracking Index) en avgjørende faktor i materialvalg.

 

CTI-Relativ sporingsindeks

CTI evaluerer motstanden til en overflate av isolasjonsmateriale mot sporing.

Høyere CTI-verdier:

Mindre krav til krypeavstand;
Sterkere motstand mot forurensning;
Sikrere og mer stabil drift ved høye spenninger.

For applikasjoner over 1000V er CTI ofte en kritisk parameter som bestemmer isolasjonsdesign.

 

Forlengelse

Forlengelse gjenspeiler et materiales evne til å motstå sprekkdannelse og fortynning under strekking.

Høy forlengelse betyr:

Bedre egnethet for komplekse bøyeprosesser;
Enklere tetting av lederkanter;
Høyere isolasjonspålitelighet.

PET-materialer har typisk en forlengelse som overstiger 100 %, mens PI-materialer generelt har lavere forlengelse enn PET.

 

 

Industrielle kraftsystemer

Industrielle applikasjoner involverer vanligvis:

Driftsspenninger fra 1000V til 6000V;
Langsiktige driftskrav-;
Høye krav til delvis utslipp;
Strenge spesifikasjoner for krypeavstand.

Derfor bruker laminerte samleskinner for tre-omformere og busssystemer med store omformer ofte en kombinasjon av fleksibel og stiv isolasjon.

 

Nye energikjøretøyapplikasjoner

Nye energikjøretøysystemer opererer vanligvis ved spenninger konsentrert i:

400V plattformer

800V plattformer

På grunn av de relativt lavere spenningsnivåene:

Lavere krav til delvis utslipp;
Stiv isolasjon er ikke nødvendig i de fleste scenarier.
Fokus er på lettvektsdesign og plassutnyttelse.

Derfor bruker laminerte samleskinner for elektriske biler ofte lette laminerte strukturer for å møte krav til høy effekttetthet.

 

 

 

I tillegg til tradisjonell laminert isolasjon er pulverlakkering og epoksybelegg også vanlige isolasjonsmetoder.

 

Disse prosessene er egnet for komplekse strukturer eller enkeltlederapplikasjoner, og oppnår:

Overflateisolasjonsbeskyttelse;
Korrosjonsbeskyttelse;
Miljøtetting.

For samleskinnesystemer som krever lav induktans og høy pålitelighet, er imidlertid laminert isolasjon den ordinære løsningen.

 

 

Med den kontinuerlige utviklingen av kraftelektronikkteknologi har laminerte samleskinner utviklet seg fra enkle ledende koblinger til avgjørende komponenter som integrerer konduktivitet, varmespredning, isolasjon og elektromagnetisk optimalisering. Enten det brukes på nye energikjøretøyer, jernbanetransport eller industrielt kraftkonverteringsutstyr, påvirker riktig utvalg av isolasjonsmaterialer systemets sikkerhet, pålitelighet og levetid.

 

For modernelaminert samleskinnedesign, er fleksibel isolasjon ansvarlig for å oppnå effektiv lederinnkapsling, mens stiv isolasjon oppfyller høye-spenningsmotstandskrav. Sammen sikrer de en lang-stabil drift av hele kraftsystemet.