Um método para detectar defeitos internos em barramentos laminados moldados-de injeção

Com o rápido desenvolvimento de novos veículos de energia, eletrônicos de potência e sistemas de inversores de alta{0}}frequência, os barramentos laminados são amplamente usados ​​em equipamentos de alta-potência-densidade devido à sua baixa indutância parasita, alta integração e excelente compatibilidade eletromagnética. Especialmente em inversores, sistemas de armazenamento de energia e módulos de potência de alta-frequência, os barramentos laminados substituíram gradualmente as soluções tradicionais de conexão de cabos, tornando-se um componente importante para melhorar a estabilidade do sistema e o design compacto.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Em muitos cenários de aplicação, como aplicações SIC de barramento laminado, barramentos de controlador de motor, barramentos de unidade de distribuição de energia e barramentos de conversor de frequência industrial, requisitos mais elevados são colocados na confiabilidade do isolamento e na estabilidade estrutural dos barramentos. Como os novos veículos de energia e os equipamentos de controle elétrico industrial normalmente operam sob altas correntes, alta frequência e condições ambientais complexas, defeitos de isolamento dentro de barramentos laminados podem facilmente levar a descargas parciais, quebra de isolamento ou até mesmo falha do sistema.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Os barramentos laminados são normalmente compostos por múltiplas camadas de condutores e camadas de isolamento empilhadas alternadamente. Com base no efeito pelicular e no efeito de proximidade, a corrente concentra-se principalmente na superfície dos condutores adjacentes, reduzindo assim efetivamente a indutância parasita do circuito. Esta estrutura não só melhora a eficiência da transmissão de corrente, mas também reduz a interferência eletromagnética do sistema e melhora a dissipação geral de calor. Em comparação com soluções de cabos tradicionais, os barramentos laminados oferecem vantagens como estrutura compacta, alta eficiência de montagem, boa segurança e alta utilização de espaço.

 

Atualmente, os métodos de isolamento comuns para barramentos laminados na indústria incluem principalmente tubos termorretráteis, isolamento-revestido por imersão, envolvimento de fita isolante, montagem de suporte isolante e moldagem por injeção integrada. Entre eles, a solução integrada de moldagem por injeção é cada vez mais utilizada em equipamentos eletrônicos de potência-de alta tecnologia devido à sua alta precisão de posicionamento, forte adaptabilidade de automação e boa integridade geral de isolamento.

 

Por exemplo, em sistemas como barramento laminado para acionamento de frequência variável, barramento elétrico de locomotivas de transporte, barramento elétrico de bonde e barramento laminado para distribuição de energia de telecomunicações, a estrutura de moldagem por injeção integrada reduz efetivamente o risco de intrusão de objetos estranhos e melhora a confiabilidade operacional-de longo prazo.

 

No entanto, em comparação com estruturas de montagem tradicionais, os barramentos laminados-moldados por injeção integrados também apresentam um desafio importante: a dificuldade em detectar defeitos internos. Como a camada de isolamento é completamente encapsulada internamente, a inspeção visual convencional não consegue identificar micro-fissuras internas, defeitos na linha de solda ou vazios localizados. Esses defeitos podem se expandir gradualmente sob ciclos térmicos, vibrações ou ambientes de alta-pressão de longo prazo, levando à falha do isolamento.

 

Atualmente, a indústria normalmente emprega dois métodos para inspecionar barramentos laminados-moldados por injeção. O primeiro método usa raios X ou tomografia computadorizada para detectar deformações estruturais internas e determinar a racionalidade do layout do ponto de apoio. O segundo método envolve a realização de testes convencionais de tensão suportável, aplicando uma tensão padrão para verificar se o desempenho do isolamento atende aos requisitos do projeto. Esses métodos podem detectar defeitos estruturais maiores, mas sua eficácia na detecção de falhas microscópicas de isolamento permanece limitada.

 

Para resolver este problema, a indústria propôs gradualmente uma abordagem de detecção de defeitos internos baseada nas características de decomposição do material. O princípio básico é utilizar o limite de tensão suportável inerente do material isolante para realizar um teste de tensão suportável de ruptura no conjunto de barramento-moldado por injeção e comparar os resultados do teste com o valor de tensão suportável padrão do material. Se a tensão de ruptura da amostra for significativamente inferior ao valor teórico do material, isso pode indicar a presença de microfissuras, defeitos de soldagem ou irregularidades localizadas no isolamento.

 

A chave para este método de detecção é estabelecer um sistema de amostra de referência estável. Isso normalmente requer a fabricação de amostras de isolamento padrão com a mesma espessura do produto real e menos defeitos, e a obtenção de seus parâmetros básicos de tensão suportável. Simultaneamente, os resultados dos testes devem ser avaliados de forma abrangente em conjunto com os dados de rigidez dielétrica fornecidos pelos fornecedores de materiais. Esta abordagem permite a identificação precoce de potenciais riscos de isolamento durante o desenvolvimento do produto, evitando assim falhas em massa posteriormente.

 

Essa abordagem de teste tem um valor de aplicação significativo em cenários de alta-tensão, alta-frequência e alta-confiabilidade. Por exemplo, em aplicações como barramentos laminados para alimentação CC IGBT compacto, barramentos laminados para fases IGBT de baixa indutância de inversores industriais, barramentos laminados CC e CA para empilhadeiras e barramentos de sistema (fonte de alimentação ininterrupta), a estabilidade do isolamento interno afeta diretamente a segurança operacional geral.

 

Além disso, com as crescentes demandas por integração de sistemas de energia em data centers, computação de alto{0}}desempenho e equipamentos de comunicação, os barramentos laminados estão sendo cada vez mais usados ​​em áreas como barramentos laminados para placas de circuito ou backplanes de supercomputadores, barramentos de servidores Web, barramentos de mainframe, barramentos laminados para backplanes de roteadores de Internet e barramentos laminados para distribuição de energia de estação base celular.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Esses cenários normalmente possuem requisitos rigorosos de baixa indutância, alta estabilidade e utilização de espaço, tornando o controle de qualidade interno dos barramentos particularmente sensível. Em sistemas de transporte ferroviário e de energia industrial, como barramentos compostos para fornecimento de energia de trens, módulos de potência de quatro{1}}quadrantes, barramentos laminados de alta-para inversores à prova de exploração de tensão-e barramentos laminados para indutores de frequência, o equipamento está sujeito a vibrações de longo-prazo, alta temperatura e condições de alta umidade, ampliando ainda mais os riscos potenciais de defeitos de isolamento. Portanto, estabelecer um mecanismo de detecção de defeitos internos mais abrangente tornou-se uma importante direção de desenvolvimento para a indústria de barramentos laminados.

 

Geral,barramentos laminados moldados-com injeção integradaoferecem vantagens como integração estrutural, baixa indutância e alta confiabilidade, alinhando-se com as tendências de desenvolvimento de novos veículos energéticos, eletrônica de potência e sistemas de energia inteligentes. Porém, ao mesmo tempo, a dificuldade de detecção de defeitos de isolamento interno também aumenta significativamente. Ao introduzir métodos como testes de ruptura de tensão suportável, análise comparativa de materiais e verificação de falhas auxiliares, a capacidade de identificação de riscos durante o estágio de desenvolvimento do produto pode ser efetivamente melhorada, fornecendo garantia técnica mais estável para sistemas de conexão de energia de alta{2}}confiabilidade.