วัสดุฉนวนสำหรับบัสบาร์ลามิเนต - การอภิปรายสั้น ๆ เกี่ยวกับฉนวนที่ยืดหยุ่นและแข็งและพารามิเตอร์

บัสบาร์เคลือบเป็นส่วนประกอบการเชื่อมต่อไฟฟ้าที่ประกอบด้วยตัวนำหลายชั้นและวัสดุฉนวน มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบอิเล็กทรอนิกส์กำลัง-กำลัง-ที่มีความหนาแน่นสูงและมีขนาดกะทัดรัด เช่น บัสบาร์แบบเหนี่ยวนำต่ำเคลือบลามิเนต และบัสบาร์เคลือบทองแดง เป้าหมายการออกแบบหลักคือการปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของระบบและความน่าเชื่อถือโดยการปรับการกระจายสนามไฟฟ้าและการเหนี่ยวนำปรสิตให้เหมาะสมผ่านโครงสร้างสามมิติ- ในขณะเดียวกันก็ตอบสนองความต้องการของการส่งไฟฟ้าแรงสูงและกระแสไฟฟ้าสูง การใช้งานทั่วไปได้แก่ บัสบาร์เคลือบในตัวแปลงกำลังสูง- และบัสบาร์เคลือบสำหรับระบบจ่ายไฟ DC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

โครงสร้างบัสบาร์แบบลามิเนตมักจะใช้วัสดุฉนวนที่มีความยืดหยุ่นซึ่งเคลือบด้วยตัวนำเพื่อสร้างหน่วยนำไฟฟ้าพื้นฐาน โครงสร้างนี้เรียกอีกอย่างว่าบัสบาร์เคลือบบางส่วนหรือแถบเชื่อมต่อโครงสร้างคอมโพสิตหลาย-ชั้น ในระหว่างกระบวนการกดร้อน- วัสดุฉนวนที่มีความยืดหยุ่นจะถูกยึดติดอย่างแน่นหนากับตัวนำผ่านชั้นกาว ทำให้เกิดการปิดผนึกที่มีประสิทธิภาพที่ขอบตัวนำ ดังนั้นจึงรักษาประสิทธิภาพของฉนวนที่มั่นคงแม้ในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน วัสดุฉนวนที่มีความยืดหยุ่นทั่วไป ได้แก่ โพลีเอสเตอร์ (PET) และโพลิอิไมด์ (PI) โดยที่ PET มีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดในบัสบาร์เคลือบสามชั้น-และผลิตภัณฑ์บัสบาร์ที่ได้มาตรฐาน เนื่องจากมีข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพที่ครอบคลุม

 

วัสดุโพลีเอสเตอร์มีความต้านทานต่ออุณหภูมิปานกลาง (โดยทั่วไปคือ 105 องศา) โดยคงคุณสมบัติทางกลและทางไฟฟ้าไว้อย่างเสถียรภายใต้-สภาวะการหมุนเวียนด้วยความร้อนในระยะยาว การยืดตัวอาจเกิน 100% ทำให้ไม่เกิดการฉีกขาดหรือความหนาลดลงระหว่างการดัดงอและการเข้าเล่มขอบ นอกจากนี้ PET ยังมีดัชนีการติดตามสัมพัทธ์ (CTI) สูง ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงในการคืบคลานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการใช้งานที่มีแรงดันไฟฟ้าสูง- เช่น บัสบาร์อินเวอร์เตอร์ที่มีการระเบิดแรงดันสูง- แม้ว่าจะต้องเป็นไปตามพิกัดการหน่วงการติดไฟ (เช่น V0) PET ก็มีจำหน่ายในความหนาต่างๆ (เช่น 50μm ถึง 350μm) เพื่อปรับให้เข้ากับระดับแรงดันไฟฟ้าและข้อกำหนดการออกแบบโครงสร้างที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงมีความคล่องตัวสูงในการใช้งาน เช่น บัสบาร์แบบลามิเนตสำหรับอินเวอร์เตอร์-ระดับ 3 ระดับ และบัสบาร์แบบลามิเนตแบบกำหนดเองสำหรับ IGBT

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ในทางตรงกันข้าม วัสดุโพลีอิไมด์ (PI) เป็นวัสดุฉนวนประสิทธิภาพสูง-ที่มีความต้านทานต่ออุณหภูมิที่สูงกว่า (โดยทั่วไปแล้ว RTI จะเกิน 200 องศา ) ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมที่อุณหภูมิสูง-หรือภาระความร้อนเฉพาะจุดสูง เช่น โครงสร้างที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมตัวเก็บประจุหรือชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ในบัสบาร์เคลือบสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า วัสดุ PI มีความแข็งแกร่งทางกลมากกว่าและมีแนวโน้มที่จะคลายตัวน้อยกว่าภายใต้ความเครียดระยะยาว- ซึ่งช่วยรักษาเสถียรภาพของโครงสร้างที่ปิดผนึก อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพของ CTI ค่อนข้างต่ำ โดยปกติแล้วจะต้องมีการออกแบบระยะห่างตามผิวฉนวนที่มากขึ้น ทำให้เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันไฟฟ้าปานกลาง- และต่ำ- เช่น บัสบาร์ลามิเนตตัวเก็บประจุแบบ DC- บางตัว หรือการใช้งานบัสบาร์ลามิเนตตัวเก็บประจุที่รองรับ DC

 

ในระบบบัสบาร์แบบลามิเนตที่สมบูรณ์ ฉนวนที่มีความยืดหยุ่นส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการแยกไฟฟ้าและการปิดผนึกระหว่างชั้นตัวนำ ในขณะที่วัสดุฉนวนแข็งจะใช้สำหรับการรองรับโครงสร้างและการแยกทางไฟฟ้าระหว่างชุดประกอบบัสบาร์ ความหนาของฉนวนแข็งมักจะเกี่ยวข้องโดยตรงกับระดับแรงดันไฟฟ้าของระบบ หลักการออกแบบทั่วไปคือวัสดุฉนวนแข็งประมาณ 1 มม. ต่อกิโลโวลต์ ในระบบ-ไฟฟ้าแรงสูง เช่น บัสบาร์แบบเคลือบสำหรับ-ตัวแปลงความจุกลับ-ถึง-ขนาดใหญ่ หรือบัสบาร์อินเวอร์เตอร์สำหรับการจราจรทางรถไฟและระบบรถไฟใต้ดิน ชั้นฉนวนแข็งที่มีความหนาระหว่าง 1 มม. ถึง 6 มม. โดยทั่วไปจะต้องเป็นไปตามการควบคุมการปล่อยประจุบางส่วนและ-ข้อกำหนดการดำเนินงานที่เชื่อถือได้ในระยะยาว

 

เกี่ยวกับพารามิเตอร์ประสิทธิภาพหลัก ดัชนีอุณหภูมิสัมพัทธ์ (RTI) และดัชนีการติดตามสัมพัทธ์ (CTI) เป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญสำหรับการประเมินวัสดุฉนวน RTI วัดความสามารถของวัสดุในการรักษาประสิทธิภาพของวัสดุภายใต้-สภาวะการเสื่อมสภาพเนื่องจากความร้อนในระยะยาว โดยทั่วไปการประเมินอายุการใช้งานจะขึ้นอยู่กับการทดสอบความชราแบบเร่งที่เกิน 20,000 ชั่วโมง และติดตามความสัมพันธ์แบบเอ็กซ์โปเนนเชียลระหว่างอุณหภูมิและอายุการใช้งาน CTI สะท้อนถึงความต้านทานของวัสดุต่อการติดตามในสภาพแวดล้อมที่มีมลภาวะ และมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการออกแบบระยะห่างตามผิวฉนวนในระบบไฟฟ้าแรงสูง- นอกจากนี้ การยืดตัวของวัสดุส่งผลโดยตรงต่อความสามารถในการปรับตัวระหว่างการประมวลผล และเป็นหนึ่งในตัวแปรสำคัญสำหรับการประเมินประสิทธิภาพการซีลและความน่าเชื่อถือทางกล

 

ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพสำหรับวัสดุฉนวนในบัสบาร์แบบเคลือบนั้นแตกต่างกันไปตามพื้นที่การใช้งานที่แตกต่างกัน ในการใช้งานแรงดันไฟฟ้าสูง-ทางอุตสาหกรรม เช่น บัสบาร์อินเวอร์เตอร์-ป้องกันการระเบิดแรงดันสูง หรือระบบแปลงพลังงานขนาดใหญ่- แรงดันไฟฟ้าในการใช้งานโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 1000V ถึง 6000V การใช้งานเหล่านี้ต้องการมาตรฐานที่สูงมากสำหรับการควบคุมการคายประจุบางส่วน ประสิทธิภาพของฉนวนไฟฟ้า และ-อายุการใช้งานที่ยาวนาน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการออกแบบฉนวนที่ยืดหยุ่นและแข็งผสมผสานกัน โดยเลือกใช้วัสดุ CTI สูง ในภาคยานยนต์พลังงานใหม่ เช่น บัสบาร์ตัวเก็บประจุฟิล์มเมทัลไลซ์การนำความร้อนสูงสำหรับระบบควบคุม EV โดยทั่วไปแรงดันไฟฟ้าของระบบจะต่ำกว่า 800V ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของฉนวนค่อนข้างต่ำ โดยเน้นไปที่การออกแบบให้มีน้ำหนักเบา ทนความร้อน และความเข้ากันได้ของกระบวนการประกอบ ดังนั้นวัสดุ PI จึงมีข้อดีบางประการในโครงสร้างการเชื่อมเฉพาะ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

นอกจากนี้ ในโครงสร้างที่ไม่-เคลือบลามิเนตหรือการใช้งาน-ตัวนำเดี่ยว ฉนวนเคลือบสีฝุ่นก็สามารถนำมาใช้ได้ เช่น บัสบาร์ลามิเนตเคลือบสีผง- ที่มีช่วงความหนาของการเคลือบอิเล็กทริกระหว่าง 0.2 มม. ~ 3.00 มม. กระบวนการนี้เหมาะสำหรับการฉนวนตัวนำที่มีรูปร่างซับซ้อน ให้การครอบคลุมพื้นผิวและการปิดผนึกที่ดี อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความยากลำบากในการควบคุมความสม่ำเสมอของฉนวนที่ขอบตัวนำและมุมแหลมคม โดยทั่วไปจึงไม่ใช้ในระบบบัสบาร์เคลือบลามิเนตที่มีความแม่นยำสูง- เช่น ในการใช้งานที่มีความต้องการสูง เช่น บัสบาร์ลามิเนตทองแดงอินเวอร์เตอร์แบบกำหนดเองสำหรับการติดตั้งระบบไฟฟ้า

 

โดยรวมแล้ว เช่นเดียวกับส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์แบบพาสซีฟบัสบาร์ลามิเนตทั่วไป ประสิทธิภาพของบัสบาร์ลามิเนตนั้นขึ้นอยู่กับการเลือกวัสดุฉนวนและการออกแบบโครงสร้างเป็นอย่างสูง โดยการจับคู่วัสดุฉนวนที่มีความยืดหยุ่นและแข็งอย่างเหมาะสม และพิจารณาสถานการณ์การใช้งานเฉพาะ (เช่นบัสบาร์ลามิเนตสำหรับการติดตั้งบัสบาร์ที่ซับซ้อน) ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้นและการบูรณาการระบบสามารถทำได้พร้อมทั้งรับประกันความปลอดภัยทางไฟฟ้า