تحليل المواد العازلة لقضبان التوصيل: كيف يؤثر العزل المرن والصلب على أداء النظام؟

مع التطور السريع لمركبات الطاقة الجديدة، وأنظمة تخزين الطاقة، والنقل بالسكك الحديدية، ومعدات تحويل التردد الصناعي، أصبحت قضبان التوصيل المصفحة مكونات توصيل موصلة رئيسية في الأنظمة الإلكترونية ذات الطاقة العالية-. سواء أكان ذلك شريط توصيل مصفح للسيارات الكهربائية، أو شريط توصيل مصفح في محول طاقة عالي-، أو شريط توصيل مصفح مخصص لـ IGBTs، فإن أدائه لا يعتمد فقط على تصميم الموصل ولكن أيضًا بشكل وثيق على اختيار المواد العازلة.

 

يؤثر نظام العزل بشكل مباشر على جهد تحمل قضيب التوصيل، وأداء التفريغ الجزئي، وعمر الخدمة، والموثوقية الشاملة. يعد فهم خصائص العزل المرن والصلب أمرًا بالغ الأهمية لتصميم أشرطة التوصيل الحثية-المنخفضة الأداء-.

 

 

 

قضيب التوصيل الرقائقي هو نظام اتصال موصل يتكون من طبقات متعددة من الموصلات والمواد العازلة، ينتمي إلى بنية شريط التوصيل ذات الهيكل المركب متعدد الطبقات النموذجي.

 

من خلال تكديس الموصلات الإيجابية والسلبية بإحكام وعزلها بطبقة عازلة، يمكن تقليل محاثة الحلقة بشكل فعال، وتحسين أداء التوافق الكهرومغناطيسي للنظام، وتقليل فقدان الطاقة. ولذلك، فإنه يستخدم على نطاق واسع في:

 

أنظمة قيادة المركبات الكهربائية
محولات تخزين الطاقة (PCS)
محولات التردد الصناعية
العاكسون الضوئية
أنظمة الطاقة للنقل بالسكك الحديدية
معدات إمداد الطاقة-عالية الطاقة

 

في الهياكل متعددة-الطبقات مثل قضبان التوصيل المصفحة ذات الثلاث طبقات، لا توفر المادة العازلة العزل الكهربائي فحسب، بل توفر أيضًا الحماية الميكانيكية والبيئية.

 

 

 

في الوقت الحالي، تستخدم معظم قضبان التوصيل المصفحة جزئيًا أغشية عازلة مرنة مغلفة على موصلات نحاسية.

 

عادةً ما يتم ربط المواد العازلة المرنة بإحكام بالموصل من خلال عملية ضغط ساخنة، مما يشكل ختمًا كاملاً عند حواف الموصل، وبالتالي تحسين المقاومة للرطوبة والحرارة والتلوث والشيخوخة.

 

مادة البوليستر العازلة PET

PET هي واحدة من المواد العازلة الأكثر شيوعًا لقضبان التوصيل متعددة الطبقات.

وتشمل خصائصه الرئيسية ما يلي:

درجة حرارة التشغيل على المدى الطويل-تصل إلى 105 درجة؛
ليونة ممتازة. أقل عرضة للتشقق أثناء الانحناء.
نوعية سطح ممتازة.
خصائص مثبطات اللهب جيدة. تكلفة اقتصادية نسبيا.

نظرًا لارتفاع CTI (مؤشر التتبع النسبي)، فإن PET مناسب بشكل خاص لتطبيقات الجهد العالي-.

تُستخدم مواد PET على نطاق واسع في قضبان التوصيل المصفحة لمترو الأنفاق وأنظمة الطاقة الصناعية.

المواد العازلة PI بوليميد

PI عبارة عن مادة عازلة-عالية الأداء ومقاومة-درجة الحرارة-عالية.

وتشمل مزاياها الرئيسية ما يلي:

مقاومة درجات الحرارة على المدى الطويل-تتجاوز 200 درجة؛
استقرار حراري ممتاز.
قابلية اللحام الجيدة مثبطات اللهب الكامنة العالية.

لذلك، تتمتع مواد PI بمزايا كبيرة في قضبان التوصيل المصفحة IGBT والتطبيقات التي تتطلب لحام المكثفات والمحاثات والمكونات الأخرى.

ومع ذلك، فإن مواد PI لها خصائص تتبع سطحية أضعف نسبيًا وأكثر تكلفة من PET. يتم استخدامها عادةً في تطبيقات خاصة بدلاً من التصميمات التقليدية.

 

 

يغطي العزل المرن الموصل بشكل أساسي، بينما يعمل العزل الصلب بشكل أساسي كعزل هيكلي بين طبقات الموصل.

 

في أنظمة الجهد العالي-، غالبًا ما يكون عزل الأغشية الرقيقة-وحده غير كافٍ لتلبية متطلبات مسافة التفريغ والزحف الجزئي، مما يستلزم إضافة طبقات عزل صلبة.

 

تشمل المواد العازلة الصلبة الشائعة ما يلي:

لوح بوليستر مقوى بالألياف الزجاجية

لوح من الألياف الزجاجية الإيبوكسي

مواد مركبة عازلة عالية القوة

عادةً ما يتم تحديد سمك العزل الصلب بناءً على جهد تشغيل النظام.

 

في التصميم الهندسي العام:

مطلوب حوالي 1 مم من مسافة العزل لكل 1 كيلو فولت زيادة في جهد التشغيل.
كلما ارتفع مستوى الجهد، زاد سمك العزل الصلب.
قد تتطلب أنظمة الجهد العالي-هياكل عزل بسمك 3-6 مم أو حتى أكثر سمكًا.

 

لذلك، في تطبيقات الجهد العالي-مثل انفجار الجهد العالي-شريط التوصيل العاكس، أصبح العزل الصلب مكونًا أساسيًا ولا غنى عنه.

 

 

RTI-مؤشر درجة الحرارة النسبية

يمثل RTI (المؤشر الحراري النسبي) أعلى تصنيف لدرجة الحرارة يمكن أن تعمل عنده المادة العازلة بشكل مستمر لفترات طويلة.

يُستخدم هذا المؤشر لتقييم قدرة المادة على الحفاظ على القوة الميكانيكية والخصائص الكهربائية في ظل ظروف التعتيق الحراري طويلة الأمد-.

عمومًا:

 

درجات الحرارة المرتفعة تقصر من عمر المواد.

لكل زيادة بمقدار 10 درجات في درجة الحرارة، قد ينخفض ​​عمر المادة إلى النصف.

فكل انخفاض بمقدار 10 درجات في درجة الحرارة، قد يتضاعف عمر المادة.

ومن ثم، بالنسبة لقضبان التوصيل المصفحة-التي يتم تشغيلها على المدى الطويل لتركيبات قضبان التوصيل المعقدة، يعد RTI (مؤشر التتبع النسبي) عاملًا حاسمًا في اختيار المواد.

 

CTI-مؤشر التتبع النسبي

يقوم CTI بتقييم مقاومة سطح المادة العازلة للتتبع.

قيم CTI الأعلى:

متطلبات مسافة زحف أصغر؛
مقاومة أقوى للتلوث.
تشغيل أكثر أمانًا واستقرارًا عند الفولتية العالية.

بالنسبة للتطبيقات التي تزيد عن 1000 فولت، غالبًا ما تكون CTI معلمة مهمة تحدد تصميم العزل.

 

استطالة

تعكس الاستطالة قدرة المادة على مقاومة التشقق والترقق أثناء التمدد.

استطالة عالية تعني:

ملاءمة أفضل لعمليات الانحناء المعقدة؛
أسهل ختم حافة الموصل.
موثوقية عزل أعلى.

عادةً ما تكون مواد PET ذات استطالة تتجاوز 100%، في حين أن مواد PI عمومًا لها استطالة أقل من PET.

 

 

أنظمة الطاقة الصناعية

تتضمن التطبيقات الصناعية عادة ما يلي:

جهد التشغيل من 1000 فولت إلى 6000 فولت؛
المتطلبات التشغيلية-طويلة المدى؛
متطلبات التفريغ الجزئي العالية؛
مواصفات صارمة لمسافة الزحف.

لذلك، غالبًا ما تستخدم قضبان التوصيل المصفحة للمحولات ذات المستويات الثلاثة- وأنظمة ناقل المحولات الكبيرة مزيجًا من العزل المرن والصلب.

 

تطبيقات مركبات الطاقة الجديدة

تعمل أنظمة مركبات الطاقة الجديدة عادةً بجهد مركز في:

منصات 400 فولت

منصات 800 فولت

بسبب مستويات الجهد المنخفضة نسبيًا:

انخفاض متطلبات التفريغ الجزئي.
العزل الصلب غير مطلوب في معظم السيناريوهات.
ينصب التركيز على التصميم خفيف الوزن واستغلال المساحة.

لذلك، غالبًا ما تستخدم قضبان التوصيل المصفحة للسيارات الكهربائية هياكل مغلفة خفيفة الوزن لتلبية متطلبات كثافة الطاقة العالية.

 

 

 

بالإضافة إلى العزل الرقائقي التقليدي، يعد طلاء المسحوق وطلاء الإيبوكسي أيضًا من طرق العزل الشائعة.

 

تعتبر هذه العمليات مناسبة للهياكل المعقدة أو تطبيقات الموصلات الفردية-، وتحقق ما يلي:

حماية عزل السطح.
الحماية من التآكل
الختم البيئي.

ومع ذلك، بالنسبة لأنظمة قضبان الناقل التي تتطلب محاثة منخفضة وموثوقية عالية، يظل العزل الرقائقي هو الحل السائد.

 

 

مع التطور المستمر لتكنولوجيا إلكترونيات الطاقة، تطورت قضبان التوصيل المصفحة من موصلات موصلة بسيطة إلى مكونات مهمة تدمج التوصيل، وتبديد الحرارة، والعزل، وتحسين الكهرومغناطيسي. سواء تم تطبيقها على مركبات الطاقة الجديدة أو النقل بالسكك الحديدية أو معدات تحويل الطاقة الصناعية، فإن الاختيار المناسب للمواد العازلة يؤثر بشكل مباشر على سلامة النظام وموثوقيته وعمره.

 

للحديثبسبار مغلفةفي التصميمات، يكون العزل المرن مسؤولاً عن تحقيق تغليف فعال للموصلات، في حين أن العزل الصلب يلبي متطلبات تحمل الجهد العالي-. معًا، يضمنون التشغيل المستقر على المدى الطويل- لنظام الطاقة بأكمله.