بدنه سرامیکی برای دانش صنعت سری فیوز

در سیستم های جدید محافظت از مدار انرژی ، بدنه سرامیکی برای سری فیوز پیچ خورده به عنوان "هسته محافظ" فیوز ، یک مؤلفه کلیدی است که عملکرد عایق ، پایداری حرارتی و استحکام مکانیکی را متعادل می کند. از مدارهای ولتاژ بالا وسایل نقلیه برقی گرفته تا سیستم های DC ذخیره انرژی فتوولتائیک ، عملکرد آن به طور مستقیم سرعت پاسخ فیوز و قابلیت اطمینان محافظت در شرایط عملیاتی شدید را تعیین می کند. تجزیه و تحلیل زیر دانش اصلی صنعت و نکات کلیدی فنی از دیدگاه خصوصیات مواد ، منطق عملکرد ، سناریوهای کاربرد ، استانداردهای تولید و روندهای فناوری.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

انتخاب مواد برای بدن سرامیکی برای فیوز زیمنس LV HRC باید نیازهای سه گانه "عایق اول ، مقاومت دما را به عنوان هسته و قدرت به عنوان پایه" برآورده کند. این مقدار اصلی آن را در محیط های مدار پیچیده تعیین می کند. جریان اصلی صنعت از سرامیک 95 ٪ آلومینا و سرامیک اکسید بریلیم به عنوان بسترها استفاده می کند. این دو ماده یک راه حل فنی مکمل تشکیل می دهند. سرامیک آلومینا (Al₂o₃) ، با مقاومت عایق بیش از 1000MΩ و مقاومت خمشی 300MPa ، انتخاب ارجح برای تعادل عایق و خصوصیات مکانیکی است. در مدار باتری با ولتاژ بالا وسایل نقلیه الکتریکی ، مقاومت عایق آن ، جریان نشت کمتر از یا مساوی 1μA در 1000 ولت ، بسیار پایین تر از آستانه ایمنی را تضمین می کند. سرامیک اکسید بریلیم (BEO) ، با هدایت حرارتی بالا از 280W/(M ・ K) (تقریباً پنج برابر آلومینا) ، برای سناریوهایی که نیاز به اتلاف سریع گرمای فرکانس بالا دارند ، مناسب هستند ، جایی که می توانند دمای موضعی را در لحظه ای از درجه بندی کنترل کنند. خلوص مواد و فرآیند پخت و پز به طور مستقیم بر محدودیت های عملکرد تأثیر می گذارد: بدن سرامیکی فیوز برای دستیابی به چگالی بیش از 3.85 گرم در سانتی متر مربع ، نیاز به پخت و پز دارد و از ثبات مقاومت در برابر عایق اطمینان می دهد. سرامیک های اکسید بریلیم باید برای جلوگیری از تخریب هدایت حرارتی به دلیل نقص شبکه ، محتوای ناخالصی کمتر از یا برابر با 0.5 ٪ را حفظ کنند. درمان سطح نیز بسیار مهم است. سنگ زنی دقیق (زبری RA کمتر از یا مساوی با 0.8μm) غلظت میدان الکتریکی را کاهش می دهد و ولتاژ مقاومت در برابر 20 ٪ را بهبود می بخشد ، که برای عملکرد ایمن در کاربردهای ولتاژ بالا (مانند مدارهای بالاتر از 400 ولت) بسیار مهم است.

 

 

طراحی پارامتر عملکرد بدنه سرامیکی برای فیوز EV همیشه از نزدیک با نیازهای الکتریکی برنامه های پایین دست هماهنگ است و یک نقشه برداری فنی دقیق را تشکیل می دهد. نیاز به مقاومت عایق از بیشتر یا مساوی با 1000mΩ ناشی از نیازهای افزونگی ایمنی در سطح ولتاژ مختلف است. در منبع ذخیره انرژی قابل حمل (زیر 36 ولت) ، مقاومت عایق 1000MΩ جریان نشت زیر 0.036μA را نگه می دارد. در مدارهای ولتاژ بالا از وسایل نقلیه برقی (800 ولت) ، مقاومت عایق 1500mΩ یا بالاتر برای حفظ جریان نشت کمتر از یا برابر با 0.5μA لازم است تا از خطر شوک الکتریکی جلوگیری شود.

 

طراحی مرتب از ولتاژ مقاومت در برابر توانایی (اعم از چند صد ولت تا چند هزار ولت) نشان دهنده تفکر مبتنی بر سناریو است. کنترل کننده های خورشیدی خانگی از سرامیک ولتاژ مقاومت در برابر 500 ولت استفاده می کنند ، که یک تست ولتاژ مقاومت در برابر فرکانس 1 دقیقه ای را بدون شکست پشت سر می گذارند. مدار اصلی باتری یک وسیله نقلیه الکتریکی برای حفظ یکپارچگی عایق تحت ولتاژ افزایش 10 کیلو ولت ، به یک ولتاژ 3000 ولت مقاومت می کند. دامنه مقاومت دما (-50 درجه تا 500 درجه) همچنین به محیط های شدید می پردازد: تجهیزات فتوولتائیک در فضای باز در شمال شرقی چین باید برای جلوگیری از اجزای شکننده سرامیکی ، دمای کم به درجه -40 درجه مقاومت کند. بدنه سرامیک فیوز برای فیوزهای کمکی وسیله نقلیه الکتریکی در نزدیکی محفظه موتور باید تحت عملیات طولانی مدت با 150 درجه ، ثبات ابعادی (ضریب انبساط حرارتی کمتر از یا مساوی با 6 × 10⁻⁶/K) را حفظ کند.

 

طراحی استحکام مکانیکی وزن و محافظت را متعادل می کند: سرامیک کوچک برای فیوزهای اتومبیل DC (قطر 5 میلی متر) دارای ضخامت دیواره 1 میلی متر و مقاومت خمشی بیشتر از یا مساوی 200 مگاپاسکال است و نیازهای سبک وزن دستگاههای قابل حمل را برآورده می کند. اجزای بزرگ سرامیکی صنعتی (قطر 20 میلی متر) دارای ضخامت دیواره 3 میلی متر ، دستیابی به استحکام خمشی بیش از 350mpa و تحمل فشار محوری 500N ، برآورده کردن نیازهای مقاومت در برابر لرزش توربین های بادی (بدون ترک خوردگی در آزمایش فرکانس جابجایی 10-2000 هرتز).

 

الزامات عملکرد برای پوشش سرامیکی برای پیوندهای فیوز در سناریوهای مختلف انرژی جدید متفاوت است و باعث تکرار تصفیه شده فناوری محصول می شود. در بخش وسایل نقلیه الکتریکی ، نیازهای اصلی "عایق ولتاژ بالا + مقاومت در برابر لرزش" است: بدنه سرامیکی در واحد توزیع قدرت ولتاژ بالا (PDU) باید یک آزمایش ولتاژ 3000 ولت را پشت سر بگذارد و یکپارچگی ساختاری را در طی یک آزمایش ارتعاش 10G حفظ کند. استفاده از سرامیک آلومینا با یک فرآیند جوشکاری درپوش انتهای فلزی (استحکام جوشکاری بیشتر از یا برابر با 100N) می تواند میزان خرابی را به 0.01 ٪ در سال کاهش دهد.

سیستم های ذخیره انرژی PV اولویت بندی "مقاومت در برابر آب و هوا + ثبات حرارتی":سرامیک برای فیوزهای وسیله نقلیه برقی و ترکیبیفیوز سمت DC در اینورترهای متمرکز باید نوسانات مقاومت عایق را کمتر از یا برابر با 10 ٪ در طول چرخه دما از -30 درجه تا 85 درجه حفظ کند. هدایت حرارتی بالا سرامیک اکسید بریلیم ، زمان خنک کننده را پس از ذوب شدن به کمتر از 1 ثانیه کاهش می دهد و از سلطنت قوس جلوگیری می کند. تجهیزات ذخیره انرژی توزیع شده از سرامیک آلومینا با پوشش نانو استفاده می کند ، که باعث افزایش مقاومت در برابر اسپری نمکی در 1000 ساعت می شود و آن را برای محیط های ساحلی مرطوب مناسب می کند. نیازهای اصلی دستگاههای انرژی جدید قابل حمل (مانند منبع تغذیه در فضای باز) "مینیاتوریزاسیون + کم هزینه" هستند. این محصول با استفاده از 90 ٪ سرامیک آلومینا (15 ٪ هزینه کمتر از 95 ٪) ، از طریق قالب تزریق دقیق به یک ردپای کوچک 5 میلی متر x 3mm دست می یابد. همچنین یک مقاومت عایق بیشتر از یا مساوی با 1000MΩ ، با نیازهای حفاظت از مدارهای زیر 100 ولت را حفظ می کند.