مواد عایق شینه چند لایه: ویژگی های انعطاف پذیر و صلب و تجزیه و تحلیل پارامترهای کلیدی

 

با توجه به افزایش تقاضا برای سیستم‌های الکتریکی ولتاژ بالا و یکپارچه‌سازی چگالی توان، انتخاب مواد عایق برای شین‌های چند لایه به یک عامل اصلی در تعیین قابلیت اطمینان و عملکرد آنها تبدیل شده است. با شروع از خواص مواد، سناریوهای کاربردی و پارامترهای فنی کلیدی، این مقاله به طور سیستماتیک تفاوت های فنی بین عایق انعطاف پذیر و عایق صلب را تجزیه و تحلیل می کند و مراجع حرفه ای را برای مهندسان برای انتخاب مواد در شرایط کاری مختلف ارائه می دهد.

 

 

 

سیستم عایق باس بار مسی چند لایه از عایق انعطاف پذیر و عایق صلب تشکیل شده است که از طریق طراحی مشترک تعادل بین عایق الکتریکی، حفاظت مکانیکی و سازگاری با محیط را به دست می آورد.

 

1. مواد عایق انعطاف پذیر: حفاظت از هسته بین لایه های هادی
مواد عایق انعطاف پذیر بر روی سطح هادی ها به صورت لایه های نازک لمینت می شوند. عملکرد اصلی دستیابی به آب بندی عایق بین هادی ها و انطباق با خمش و تشکیل ساختارهای پیچیده است.

(1) فیلم پلی استر (PET)
مزایای عملکرد:
سازگاری دما: دمای کار طولانی مدت 105 درجه (گواهینامه RTI)، در اکثر سناریوهای صنعتی عمر مفید بیش از 20 سال
Mechanical ductility: Elongation at break >100٪، بدون خطر پارگی هنگام خمش شعاع کمتر یا مساوی 5 میلی متر، مناسب برای فرآیند سفت کردن ساختار پیچیده
مشخصات الکتریکی:
درجه بازدارنده شعله UL 94V-0 (ضخامت بیشتر یا مساوی 50μm)
شاخص ردیابی نسبی (CTI) بزرگتر یا مساوی 600، از طراحی بهینه سازی فاصله خزشی پشتیبانی می کند (فاصله خزش مربوطه 1 کیلوولت را می توان به 8 میلی متر کاهش داد)
سازگاری فرآیند: ضخامت استاندارد شفاف/سفید اختیاری (50/125/250/350μm)، سازگار با خط تولید لمینیت خودکار

کاربردهای معمول: پلت فرم ولتاژ بالا 800 ولت برای وسایل نقلیه انرژی جدید، درایوهای سروو صنعتی (ولتاژ کاری کمتر یا مساوی 1500 ولت)

 

(2) فیلم پلی آمید (PI)
مزایای عملکرد:
High temperature tolerance: RTI>200 درجه، مناسب برای فرآیند جوشکاری (-مقاومت کوتاه مدت دما 300 درجه) و محیط سخت هوافضا
خواص بازدارنده شعله: درجه بندی ذاتی UL 94V-0، بدون نیاز به افزودنی های بازدارنده شعله اضافی
ویژگی های ساختاری: 30٪ سخت تر از PET، دقت آب بندی لبه ± 0.05 میلی متر، مناسب برای پایداری تنش مکانیکی تحت یک محیط ولتاژ بالا-

محدودیت های کاربردی: CTI کمتر یا مساوی 200، فقط برای سناریوهای ولتاژ پایین زیر 600 ولت مناسب است
هزینه 3-5 برابر PET، محدوده ضخامت 25-50μm، و شکل پذیری 70٪ (کمتر از PET) است.

 

2. مواد عایق صلب: پشتیبانی عایق در سطح سیستم-
عایق صلب بین اجزای شینه های اینورتر چند لایه به صورت ورق پر می شود و الزامات عایق ولتاژ بالا از طریق طراحی ضخامت برآورده می شود:

انتخاب مواد: پلی استر{0}تقویت شده با الیاف شیشه (مانند مواد مشتق شده FR-4)
Core parameters: Breakdown voltage ≥15kV/mm (1mm thickness corresponds to 1500V working voltage). Partial discharge inception voltage (PDIV)>ولتاژ نامی 1.5 برابر (سیستم 1000 ولت PDIV بزرگتر یا مساوی 1500 ولت)
معیارهای طراحی: از اصل ضخامت "1mm/kV" پیروی کنید (به عنوان مثال. 4800سیستم V DC از ضخامت 5 میلی متر استفاده می کند و حاشیه ایمنی 20٪ باقی می ماند)

 

 

 

 

1. پارامترهای قابلیت اطمینان دما

 

پارامتر	تعریف	ویژگی های PET	ویژگی های PI	تاثیر برنامه
RTI	شاخص دمای نسبی (استاندارد UL746)	105 درجه (20000 ساعت عمر)	>200 درجه (10000 ساعت عمر)	PI در محیط دمای بالا ترجیح داده می شود
ضریب آرنیوس	شاخص رابطه دما{0}}	عمر به ازای هر 10 درجه افزایش دما نصف می شود	همان قانون	طراحی باید با منحنی دمای کار ترکیب شود

 

2. پارامترهای ایمنی الکتریکی
CTI (شاخص ردیابی مقایسه ای): CTI PET بزرگتر یا مساوی 600، مناسب برای محیط سطح آلودگی 3 (IEC 60587) و فاصله خزش را می توان با توجه به گروه مواد طراحی کرد. CTI PI کمتر یا مساوی 200، فقط برای محیط سطح آلودگی 1 مناسب است، فاصله خزش باید 100٪ افزایش یابد.

قدرت میدان شکست: قدرت میدان شکست فیلم عایق انعطاف پذیر بیشتر یا مساوی 25 کیلو ولت بر میلی متر است (ضخامت 50 میکرومتر مربوط به ولتاژ کاری ایمن 1.25 کیلو ولت است)، و قدرت میدان شکست ورق عایق صلب بیشتر یا مساوی 15 کیلوولت بر میلی متر است (بسته به محتوای فیبر شیشه).

 

3. پارامترهای عملکرد مکانیکی
ازدیاد طول: PET بیشتر یا مساوی 100% در مقابل PI ≈ 70%، توانایی تشکیل سطوح منحنی پیچیده را تعیین می کند (به عنوان مثال، ازدیاد طول در خم تیز هادی باید بیش از 80%) باشد.
استحکام لایه‌برداری: استحکام لایه‌برداری رابط پس از لمینیت بیشتر یا برابر با 5N/mm (استاندارد ASTM D3330) است که تضمین می‌کند در چرخه‌های گرم و سرد (40- درجه تا 125 درجه) لایه‌برداری نمی‌شود.

 

 

ابعاد برنامه	سیستم فشار قوی صنعتی (1000-6000 ولت DC)	سیستم محرک الکتریکی خودرو (400-800 ولت DC)	نکات کلیدی برای تصمیم گیری فنی
سیستم عایق	PET انعطاف پذیر + پلی استر الیاف شیشه سفت و سخت	PI/PET انعطاف پذیر یک لایه-	سطح ولتاژ تعیین می کند که آیا پشتیبانی سفت و سخت مورد نیاز است یا خیر
پارامترهای اصلی	CTI>600, PDIV>1.5Ue	RTI بزرگتر یا مساوی 125 درجه، مقاومت در برابر لرزش 20 گرم	محیط آلوده در مقابل فشردگی فضا
الزامات زندگی	25 سال @85 درجه	5 سال @125 درجه	محاسبه دقیق مدل آرنیوس
تمرکز فرآیند	بهینه سازی فاصله خزنده (حجم به حداقل)	سازگاری با جوش (الزامات یکپارچه سازی اجزا)	درمان سطح در مقابل پوشش مقاوم در برابر دمای بالا

 

 

1. نانو-فیلم کامپوزیت:
فیلم PET اصلاح شده با نانوذرات سیلیکا CTI را به 800+ و قدرت میدان شکست را تا 20% افزایش می‌دهد که برای محیط‌های پاشش نمک بالا مانند نیروی باد در دریا مناسب است.

2. پوشش مقاوم در برابر آتش انعطاف پذیر:
فناوری پوشش بر پایه رزین اپوکسی{0}بر پایه آب-به UL 94V-0 مقاوم در برابر شعله در ضخامت 50 میکرومتر می‌رسد، جایگزین فرآیند لایه‌گذاری سنتی می‌شود و وزن را تا 30 درصد کاهش می‌دهد.

3. نظارت بر عایق هوشمند:
یک شبکه فیبر رسانا را در لایه عایق صلب قرار دهید، پیر شدن عایق را در زمان واقعی-از طریق تغییرات مقاومت (دقت ± 5%) نظارت کنید و در مورد خطرات تخلیه جزئی هشدار دهید.

 

 

انتخاب مواد عایق برایشینه های چند لایهیک فرآیند بهینه سازی چند هدفه-عملکرد الکتریکی، قابلیت اطمینان مکانیکی و هزینه است. شکل پذیری عایق انعطاف پذیر و ولتاژ مقاومت عایق صلب باید با توجه به شرایط کاری خاص (سطح ولتاژ، مشخصات دما، شرایط محیطی) ترکیب و طراحی شوند. از آنجایی که دستگاه‌های باند گپ گسترده سیستم را به سمت فرکانس بالا و ولتاژ بالا سوق می‌دهند، مواد عایق جدید با CTI بالا، مقاومت{3}}در حرارت بالا و عملکردهای نظارت یکپارچه به کانون نوآوری صنعت تبدیل می‌شوند.