Phân tích vật liệu cách nhiệt thanh cái nhiều lớp: Cách nhiệt linh hoạt và cứng nhắc ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống như thế nào?

Với sự phát triển nhanh chóng của các phương tiện sử dụng năng lượng mới, hệ thống lưu trữ năng lượng, vận tải đường sắt và thiết bị chuyển đổi tần số công nghiệp, thanh cái nhiều lớp đã trở thành thành phần kết nối dẫn điện quan trọng trong các hệ thống điện tử công suất cao-. Cho dù đó là thanh cái nhiều lớp cho ô tô điện, thanh cái nhiều lớp trong bộ chuyển đổi công suất-cao hay thanh cái nhiều lớp tùy chỉnh cho IGBT, hiệu suất của nó không chỉ phụ thuộc vào thiết kế dây dẫn mà còn phụ thuộc chặt chẽ vào việc lựa chọn vật liệu cách điện.

 

Hệ thống cách điện ảnh hưởng trực tiếp đến điện áp chịu đựng của thanh cái, hiệu suất phóng điện cục bộ, tuổi thọ sử dụng và độ tin cậy tổng thể. Hiểu được các đặc tính của vật liệu cách nhiệt linh hoạt và cứng nhắc là rất quan trọng để thiết kế các thanh cái cảm ứng thấp nhiều lớp-hiệu suất cao-.

 

 

 

Thanh cái nhiều lớp là một hệ thống kết nối dẫn điện bao gồm nhiều lớp dây dẫn và vật liệu cách điện, thuộc cấu trúc Thanh kết nối cấu trúc hỗn hợp nhiều lớp điển hình.

 

Bằng cách xếp chồng chặt các dây dẫn dương và âm và cách ly chúng bằng một lớp cách điện, độ tự cảm của vòng lặp có thể giảm đi một cách hiệu quả, hiệu suất tương thích điện từ của hệ thống được cải thiện và giảm tổn thất năng lượng. Vì vậy nó được sử dụng rộng rãi trong:

 

Hệ thống truyền động xe điện
Bộ chuyển đổi lưu trữ năng lượng (PCS)
Bộ biến tần công nghiệp
Biến tần quang điện
Hệ thống điện vận chuyển đường sắt
Thiết bị cấp nguồn điện-cao

 

Trong các cấu trúc nhiều-lớp chẳng hạn như thanh cái nhiều lớp-lớp, vật liệu cách điện không chỉ giúp cách điện mà còn bảo vệ cơ học và môi trường.

 

 

 

Hiện nay, hầu hết các thanh cái được ép một phần đều sử dụng màng cách điện linh hoạt được ép vào dây dẫn đồng.

 

Vật liệu cách điện linh hoạt thường được liên kết chặt chẽ với dây dẫn thông qua quá trình ép nóng-, tạo thành lớp bịt kín hoàn chỉnh ở các cạnh của dây dẫn, nhờ đó cải thiện khả năng chống ẩm và nhiệt, ô nhiễm và lão hóa.

 

Vật liệu cách nhiệt PET Polyester

PET là một trong những vật liệu cách nhiệt phổ biến nhất cho thanh cái nhiều lớp.

Các đặc điểm chính của nó bao gồm:

Nhiệt độ hoạt động lâu dài-lên tới 105 độ ;
Độ dẻo tuyệt vời; Ít bị nứt khi uốn.
Chất lượng bề mặt tuyệt vời;
Đặc tính chống cháy tốt; Chi phí tương đối tiết kiệm.

Do có CTI (chỉ số theo dõi tương đối) cao nên PET đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng-điện áp cao.

Vật liệu PET được sử dụng rộng rãi trong Thanh cái nhiều lớp tàu điện ngầm và hệ thống điện công nghiệp.

Vật liệu cách nhiệt PI Polyimide

PI là vật liệu cách nhiệt có khả năng chịu được-nhiệt độ-cao, hiệu suất cao.

Ưu điểm chính của nó bao gồm:

Khả năng chịu nhiệt độ-dài hạn vượt quá 200 độ ;
Độ ổn định nhiệt tuyệt vời;
Khả năng hàn tốt; Khả năng chống cháy vốn có cao.

Do đó, vật liệu PI có lợi thế đáng kể trong Thanh cái nhiều lớp IGBT và các ứng dụng yêu cầu hàn tụ điện, cuộn cảm và các thành phần khác.

Tuy nhiên, vật liệu PI có đặc tính theo dõi bề mặt tương đối yếu hơn và đắt hơn PET. Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng đặc biệt hơn là các thiết kế thông thường.

 

 

Lớp cách nhiệt linh hoạt chủ yếu bao phủ dây dẫn, trong khi lớp cách nhiệt cứng chủ yếu đóng vai trò cách ly cấu trúc giữa các lớp dây dẫn.

 

Trong các hệ thống-điện áp cao, chỉ riêng lớp cách điện màng mỏng thường không đủ để đáp ứng các yêu cầu về phóng điện cục bộ và khoảng cách đường rò, đòi hỏi phải bổ sung các lớp cách điện cứng.

 

Vật liệu cách nhiệt cứng nhắc phổ biến bao gồm:

Tấm polyester gia cố bằng sợi thủy tinh

Tấm sợi thủy tinh Epoxy

Vật liệu composite cách điện có độ bền-cao

Độ dày của lớp cách nhiệt cứng thường được xác định dựa trên điện áp hoạt động của hệ thống.

 

Trong thiết kế kỹ thuật tổng quát:

Khoảng cách cách điện cần khoảng 1mm cho mỗi lần tăng điện áp hoạt động 1kV.
Mức điện áp càng cao thì độ dày cách điện cứng càng lớn.
Hệ thống-điện áp cao có thể yêu cầu cấu trúc cách nhiệt 3-6mm hoặc thậm chí dày hơn.

 

Do đó, trong các ứng dụng-điện áp cao như Thanh cái biến tần chống cháy nổ{1}}điện áp cao, lớp cách điện cứng đã trở thành một thành phần không thể thiếu và quan trọng.

 

 

RTI-Chỉ số nhiệt độ tương đối

RTI (Chỉ số nhiệt tương đối) thể hiện mức nhiệt độ cao nhất mà tại đó vật liệu cách điện có thể hoạt động liên tục trong thời gian dài.

Chỉ số này được dùng để đánh giá khả năng duy trì độ bền cơ học và tính chất điện của vật liệu trong điều kiện lão hóa nhiệt lâu dài.

Nói chung là:

 

Nhiệt độ cao hơn sẽ rút ngắn tuổi thọ vật liệu.

Cứ tăng nhiệt độ 10 độ, tuổi thọ vật liệu có thể giảm đi một nửa.

Cứ giảm nhiệt độ 10 độ, tuổi thọ vật liệu có thể tăng gấp đôi.

Do đó, đối với các thanh cái nhiều lớp vận hành lâu dài để lắp đặt thanh cái phức tạp, RTI (Chỉ số theo dõi tương đối) là một yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn vật liệu.

 

CTI-Chỉ số theo dõi tương đối

CTI đánh giá khả năng chống theo dõi của bề mặt vật liệu cách điện.

Giá trị CTI cao hơn:

Yêu cầu khoảng cách đường rò nhỏ hơn;
Khả năng chống ô nhiễm mạnh hơn;
Hoạt động an toàn và ổn định hơn ở điện áp cao.

Đối với các ứng dụng trên 1000V, CTI thường là thông số quan trọng quyết định thiết kế cách điện.

 

Độ giãn dài

Độ giãn dài phản ánh khả năng chống nứt và mỏng của vật liệu trong quá trình kéo dài.

Độ giãn dài cao có nghĩa là:

Phù hợp hơn cho các quy trình uốn phức tạp;
Niêm phong cạnh dây dẫn dễ dàng hơn;
Độ tin cậy cách nhiệt cao hơn.

Vật liệu PET thường có độ giãn dài trên 100%, trong khi vật liệu PI thường có độ giãn dài thấp hơn PET.

 

 

Hệ thống điện công nghiệp

Các ứng dụng công nghiệp thường bao gồm:

Điện áp hoạt động từ 1000V đến 6000V;
Yêu cầu hoạt động dài hạn-;
Yêu cầu phóng điện cục bộ cao;
Thông số kỹ thuật khoảng cách leo nghiêm ngặt.

Do đó, Thanh cái nhiều lớp dành cho Bộ biến tần ba{0}}cấp và hệ thống bus chuyển đổi lớn thường sử dụng kết hợp vật liệu cách nhiệt linh hoạt và cứng nhắc.

 

Ứng dụng phương tiện năng lượng mới

Hệ thống phương tiện sử dụng năng lượng mới thường hoạt động ở điện áp tập trung ở:

Nền tảng 400V

Nền tảng 800V

Do mức điện áp tương đối thấp hơn:

Yêu cầu phóng điện cục bộ thấp hơn;
Cách nhiệt cứng nhắc là không cần thiết trong hầu hết các trường hợp.
Trọng tâm là thiết kế gọn nhẹ và tận dụng không gian.

Do đó, Thanh cái nhiều lớp cho Ô tô điện thường sử dụng kết cấu nhiều lớp nhẹ để đáp ứng yêu cầu về mật độ công suất cao.

 

 

 

Ngoài cách nhiệt nhiều lớp truyền thống, sơn tĩnh điện và sơn epoxy cũng là những phương pháp cách nhiệt phổ biến.

 

Các quy trình này phù hợp với các cấu trúc phức tạp hoặc các ứng dụng-dây dẫn đơn, giúp đạt được:

Bảo vệ cách nhiệt bề mặt;
Bảo vệ chống ăn mòn;
Niêm phong môi trường.

Tuy nhiên, đối với các hệ thống thanh cái yêu cầu độ tự cảm thấp và độ tin cậy cao, lớp cách nhiệt nhiều lớp vẫn là giải pháp chủ đạo.

 

 

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ điện tử công suất, thanh cái nhiều lớp đã phát triển từ các đầu nối dẫn điện đơn giản thành các bộ phận quan trọng tích hợp độ dẫn điện, tản nhiệt, cách điện và tối ưu hóa điện từ. Dù được áp dụng cho các phương tiện sử dụng năng lượng mới, vận chuyển đường sắt hay thiết bị chuyển đổi năng lượng công nghiệp, việc lựa chọn vật liệu cách nhiệt thích hợp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ an toàn, độ tin cậy và tuổi thọ của hệ thống.

 

Dành cho hiện đạithanh cái nhiều lớpthiết kế, cách điện linh hoạt có nhiệm vụ đạt được khả năng bọc dây dẫn hiệu quả, trong khi cách điện cứng đáp ứng các yêu cầu về khả năng chịu điện áp cao-. Cùng nhau, chúng đảm bảo-hoạt động ổn định lâu dài của toàn bộ hệ thống điện.