Vật liệu cách nhiệt cho thanh cái nhiều lớp – Thảo luận ngắn gọn về cách điện linh hoạt và cứng nhắc cũng như các thông số của chúng

Thanh cái nhiều lớp là thành phần kết nối điện bao gồm nhiều lớp dây dẫn và vật liệu cách điện. Nó được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điện tử công suất nhỏ gọn và mật độ -công suất-cao, chẳng hạn như Thanh cái cảm ứng thấp nhiều lớp và Thanh cái nhiều lớp bằng đồng. Mục tiêu thiết kế cốt lõi của nó là cải thiện hiệu suất và độ tin cậy tổng thể của hệ thống bằng cách tối ưu hóa sự phân bố điện trường và độ tự cảm ký sinh thông qua cấu trúc ba{4} chiều trong khi đáp ứng các yêu cầu về truyền tải dòng điện và điện áp cao. Các ứng dụng điển hình bao gồm thanh cái nhiều lớp trong bộ chuyển đổi nguồn-cao và thanh cái nhiều lớp cho hệ thống phân phối nguồn DC.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Về mặt cấu trúc, thanh cái nhiều lớp thường sử dụng vật liệu cách điện linh hoạt được ép với dây dẫn để tạo thành các bộ phận dẫn điện cơ bản. Cấu trúc này còn được gọi là thanh cái nhiều lớp hoặc thanh kết nối cấu trúc hỗn hợp nhiều lớp. Trong quá trình ép nóng, vật liệu cách điện dẻo được liên kết chặt chẽ với dây dẫn thông qua các lớp dính, tạo thành lớp bịt kín hiệu quả ở các cạnh dây dẫn, do đó duy trì hiệu suất cách điện ổn định ngay cả trong môi trường phức tạp. Các vật liệu cách nhiệt mềm dẻo phổ biến bao gồm polyester (PET) và polyimide (PI), trong đó PET được sử dụng rộng rãi nhất trong các thanh cái nhiều lớp-lớp và các sản phẩm thanh cái tiêu chuẩn hóa nhờ những ưu điểm về hiệu suất toàn diện của nó.

 

Chất liệu polyester có khả năng chịu nhiệt độ vừa phải (thường là 105 độ), duy trì các đặc tính cơ và điện ổn định trong điều kiện chu trình nhiệt dài hạn. Độ giãn dài của nó có thể vượt quá 100%, khiến nó ít bị rách hoặc giảm độ dày trong quá trình uốn và đóng cạnh. Hơn nữa, PET có chỉ số theo dõi tương đối (CTI) cao, giúp giảm rủi ro đường rò một cách hiệu quả, điều này đặc biệt quan trọng đối với các ứng dụng-điện áp cao chẳng hạn như Thanh cái biến tần chống cháy nổ điện áp cao{6}}. Mặc dù đáp ứng xếp hạng chống cháy (ví dụ: V0), PET cũng có sẵn ở nhiều độ dày khác nhau (ví dụ: 50μm đến 350μm) để thích ứng với các cấp điện áp khác nhau và yêu cầu thiết kế kết cấu, do đó mang lại tính linh hoạt cao trong các ứng dụng như Thanh cái nhiều lớp cho Bộ biến tần ba cấp- và Thanh cái nhiều lớp tùy chỉnh cho IGBT.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ngược lại, vật liệu polyimide (PI) là vật liệu cách nhiệt hiệu suất cao-có khả năng chịu nhiệt độ cao hơn (RTI thường vượt quá 200 độ), khiến chúng phù hợp cho các ứng dụng liên quan đến hàn-nhiệt độ cao hoặc tải nhiệt cục bộ cao, chẳng hạn như các cấu trúc liên quan đến tụ điện hoặc hàn linh kiện điện tử trong Thanh cái nhiều lớp cho Ô tô điện. Vật liệu PI có độ cứng cơ học cao hơn và ít bị giãn ra dưới ứng suất-lâu dài, giúp duy trì sự ổn định của cấu trúc bịt kín. Tuy nhiên, hiệu suất CTI của chúng tương đối thấp, thường yêu cầu thiết kế khoảng cách đường rò lớn hơn, khiến chúng phù hợp hơn với môi trường điện áp trung bình- và điện áp thấp-, chẳng hạn như một số Thanh cái nhiều lớp của tụ điện liên kết DC- hoặc các ứng dụng Thanh cái nhiều lớp của tụ điện hỗ trợ DC.

 

Trong hệ thống thanh cái nhiều lớp hoàn chỉnh, vật liệu cách nhiệt linh hoạt chủ yếu được sử dụng để cách ly điện và bịt kín giữa các lớp dây dẫn, trong khi vật liệu cách nhiệt cứng được sử dụng để hỗ trợ kết cấu và cách điện giữa các cụm thanh cái. Độ dày của lớp cách điện cứng thường liên quan trực tiếp đến mức điện áp của hệ thống; nguyên tắc thiết kế chung là khoảng 1 mm vật liệu cách điện cứng trên mỗi kilovolt. Trong các hệ thống-điện áp cao, chẳng hạn như thanh cái nhiều lớp cho bộ chuyển đổi-ngược lại-công suất-công suất lớn hoặc thanh cái biến tần cho hệ thống giao thông đường sắt và tàu điện ngầm, các lớp cách điện cứng có độ dày từ 1 mm đến 6 mm thường được yêu cầu để đáp ứng các yêu cầu về kiểm soát phóng điện cục bộ và-hoạt động đáng tin cậy lâu dài.

 

Về các thông số hiệu suất chính, chỉ số nhiệt độ tương đối (RTI) và chỉ số theo dõi tương đối (CTI) là những chỉ số quan trọng để đánh giá vật liệu cách nhiệt. RTI đo lường khả năng duy trì hiệu suất của vật liệu trong-điều kiện lão hóa nhiệt lâu dài; đánh giá tuổi thọ của nó thường dựa trên các thử nghiệm lão hóa cấp tốc vượt quá 20.000 giờ và tuân theo mối quan hệ hàm mũ giữa nhiệt độ và tuổi thọ. CTI phản ánh khả năng chống theo dõi của vật liệu trong môi trường ô nhiễm và rất quan trọng đối với việc thiết kế khoảng cách đường rò trong hệ thống điện áp cao-. Hơn nữa, độ giãn dài của vật liệu ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng thích ứng của nó trong quá trình xử lý và là một trong những thông số chính để đánh giá hiệu suất bịt kín và độ tin cậy cơ học.

 

Các yêu cầu về hiệu suất đối với vật liệu cách nhiệt trong thanh cái nhiều lớp thay đổi đáng kể tùy theo các lĩnh vực ứng dụng khác nhau. Trong các ứng dụng điện áp cao-công nghiệp, chẳng hạn như Thanh cái biến tần chống cháy nổ{2}}điện áp cao hoặc các hệ thống chuyển đổi nguồn-quy mô lớn, điện áp hoạt động thường nằm trong khoảng từ 1000V đến 6000V. Những ứng dụng này yêu cầu tiêu chuẩn cực kỳ cao về kiểm soát phóng điện cục bộ, hiệu suất cách điện và tuổi thọ dài hạn. Vì vậy, cần có sự kết hợp giữa thiết kế cách nhiệt linh hoạt và cứng nhắc, trong đó ưu tiên lựa chọn vật liệu CTI cao. Trong lĩnh vực phương tiện sử dụng năng lượng mới, chẳng hạn như Thanh cái tụ điện màng kim loại có độ dẫn nhiệt cao cho Hệ thống điều khiển xe điện, điện áp hệ thống thường dưới 800V. Yêu cầu về hiệu suất cách nhiệt tương đối thấp hơn, tập trung nhiều hơn vào thiết kế nhẹ, khả năng chịu nhiệt và khả năng tương thích của quy trình lắp ráp. Vì vậy, vật liệu PI mang lại những ưu điểm nhất định trong các kết cấu hàn cụ thể.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hơn nữa, trong một số-cấu trúc nhiều lớp hoặc các ứng dụng dây dẫn-đơn, cũng có thể sử dụng chất cách điện bằng sơn tĩnh điện, tức là, Thanh cái nhiều lớp được sơn bột-với phạm vi độ dày lớp phủ điện môi từ 0,2 mm đến 3,00 mm. Quá trình này phù hợp cho các dây dẫn cách điện có hình dạng phức tạp, đạt được độ bao phủ bề mặt và độ kín tốt. Tuy nhiên, do khó kiểm soát tính nhất quán cách điện ở các cạnh dây dẫn và các góc nhọn nên nó thường không được sử dụng trong các hệ thống thanh cái nhiều lớp có độ chính xác cao, chẳng hạn như trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe như Thanh cái nhiều lớp biến tần bằng đồng tùy chỉnh để lắp đặt điện.

 

Nhìn chung, giống như các linh kiện điện tử thụ động thanh cái nhiều lớp điển hình, hiệu suất của thanh cái nhiều lớp phụ thuộc nhiều vào việc lựa chọn vật liệu cách nhiệt và thiết kế kết cấu. Bằng cách kết hợp thích hợp các vật liệu cách nhiệt mềm và cứng và xem xét các tình huống ứng dụng cụ thể (chẳng hạn nhưThanh cái nhiều lớp để lắp đặt thanh cái phức tạp), mật độ năng lượng cao hơn và tích hợp hệ thống có thể đạt được đồng thời đảm bảo an toàn điện.