Eine Methode zur Erkennung interner Defekte in spritzgegossenen laminierten Stromschienen

Mit der rasanten Entwicklung neuer Energiefahrzeuge, Leistungselektronik und Hochfrequenz-Wechselrichtersystemen werden laminierte Sammelschienen aufgrund ihrer geringen Streuinduktivität, hohen Integration und hervorragenden elektromagnetischen Verträglichkeit häufig in Geräten mit hoher {{1}Leistungsdichte-verwendet. Insbesondere in Wechselrichtern, Energiespeichersystemen und Hochfrequenz-Leistungsmodulen haben laminierte Stromschienen nach und nach herkömmliche Kabelverbindungslösungen ersetzt und sind zu einem wichtigen Bestandteil für die Verbesserung der Systemstabilität und der kompakten Bauweise geworden.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In vielen Anwendungsszenarien, wie zum Beispiel laminierten Sammelschienen-SIC-Anwendungen, Motorsteuerungs-Sammelschienen, Stromverteiler-Sammelschienen und industriellen Frequenzumrichter-Sammelschienen, werden höhere Anforderungen an die Isolationszuverlässigkeit und strukturelle Stabilität von Sammelschienen gestellt. Da Fahrzeuge mit neuer Antriebstechnik und elektrische Steuerungsgeräte für die Industrie typischerweise unter Hochstrom, Hochfrequenz und komplexen Umgebungsbedingungen betrieben werden, können Isolationsfehler in laminierten Sammelschienen leicht zu Teilentladungen, Isolationsausfällen oder sogar Systemausfällen führen.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Laminierte Sammelschienen bestehen typischerweise aus mehreren abwechselnd gestapelten Leiterschichten und Isolationsschichten. Aufgrund des Skin-Effekts und des Proximity-Effekts konzentriert sich der Strom hauptsächlich auf der Oberfläche benachbarter Leiter, wodurch die parasitäre Induktivität des Stromkreises effektiv reduziert wird. Diese Struktur verbessert nicht nur die Effizienz der Stromübertragung, sondern reduziert auch elektromagnetische Störungen des Systems und verbessert die Gesamtwärmeableitung. Im Vergleich zu herkömmlichen Kabellösungen bieten laminierte Stromschienen Vorteile wie kompakte Bauweise, hohe Montageeffizienz, gute Sicherheit und hohe Raumausnutzung.

 

Zu den gängigen Isolierungsmethoden für laminierte Stromschienen in der Industrie gehören derzeit hauptsächlich Schrumpfschläuche, tauchbeschichtete Isolierung, Isolierbandumwicklung, Montage von Isolierhalterungen und integriertes Spritzgießen. Unter diesen wird die integrierte Spritzgusslösung aufgrund ihrer hohen Positionierungsgenauigkeit, starken Automatisierungsanpassungsfähigkeit und guten Gesamtisolationsintegrität immer häufiger in High-End-Leistungselektronikgeräten eingesetzt.

 

Beispielsweise verringert die integrierte Spritzgussstruktur in Systemen wie der laminierten Sammelschiene für Antriebe mit variabler Frequenz, der Stromsammelschiene für Transportlokomotiven, der elektrischen Sammelschiene für Straßenbahnen und der laminierten Sammelschiene für die Stromverteilung im Telekommunikationsbereich effektiv das Risiko des Eindringens von Fremdkörpern und verbessert die langfristige Betriebszuverlässigkeit.

 

Im Vergleich zu herkömmlichen Montagestrukturen stellen integrierte spritzgegossene laminierte Stromschienen jedoch auch eine große Herausforderung dar: die Schwierigkeit, interne Defekte zu erkennen. Da die Isolierschicht im Inneren vollständig eingekapselt ist, können bei der herkömmlichen Sichtprüfung keine inneren Mikrorisse, Bindenahtfehler oder örtliche Hohlräume erkannt werden. Diese Defekte können sich unter langfristigen Temperaturwechsel-, Vibrations- oder Hochdruckumgebungen allmählich ausdehnen und schließlich zu einem Isolationsversagen führen.

 

Derzeit verwendet die Industrie typischerweise zwei Methoden zur Inspektion spritzgegossener laminierter Stromschienen. Die erste Methode verwendet Röntgen- oder CT-Scans, um interne strukturelle Verformungen zu erkennen und die Rationalität der Stützpunktanordnung zu bestimmen. Bei der zweiten Methode werden herkömmliche Spannungsfestigkeitstests durchgeführt, bei denen eine Standardspannung angelegt wird, um zu überprüfen, ob die Isolationsleistung den Designanforderungen entspricht. Mit diesen Methoden können zwar größere Strukturfehler erkannt werden, ihre Wirksamkeit bei der Erkennung mikroskopischer Isolationsfehler bleibt jedoch begrenzt.

 

Um dieses Problem anzugehen, hat die Industrie nach und nach einen Ansatz zur internen Fehlererkennung vorgeschlagen, der auf Materialzerstörungsmerkmalen basiert. Das Kernprinzip besteht darin, die inhärente Spannungsfestigkeit des Isoliermaterials zu nutzen, um einen Durchbruchspannungstest an der spritzgegossenen Sammelschienenbaugruppe durchzuführen und die Testergebnisse mit dem Standardwert der Spannungsfestigkeit des Materials zu vergleichen. Wenn die Durchbruchspannung der Probe deutlich unter dem theoretischen Wert des Materials liegt, kann dies auf das Vorhandensein von Mikrorissen, Schweißfehlern oder lokalisierten Isolationsunebenheiten hinweisen.

 

Der Schlüssel zu dieser Nachweismethode liegt in der Einrichtung eines stabilen Referenzprobensystems. Dies erfordert in der Regel die Herstellung von Standardisolationsproben mit der gleichen Dicke wie das tatsächliche Produkt und weniger Defekten sowie die Ermittlung ihrer grundlegenden Spannungsfestigkeitsparameter. Gleichzeitig müssen die Testergebnisse in Verbindung mit den von den Materiallieferanten bereitgestellten Daten zur Spannungsfestigkeit umfassend ausgewertet werden. Dieser Ansatz ermöglicht es, potenzielle Isolationsrisiken bereits während der Produktentwicklung frühzeitig zu erkennen und so spätere Massenausfälle zu verhindern.

 

Dieser Testansatz hat einen erheblichen Anwendungswert in Szenarien mit hoher{0}Spannung, hoher-Frequenz und hoher-Zuverlässigkeit. Beispielsweise wirkt sich die interne Isolationsstabilität in Anwendungen wie laminierten Sammelschienen für kompakte IGBT-Gleichstromversorgung, laminierten Sammelschienen für Industrie-Wechselrichter-IGBT-Phasen mit niedriger -Induktivität, laminierten Gleich- und Wechselstromsammelschienen für Gabelstapler und Systemsammelschienen (unterbrechungsfreie Stromversorgung) direkt auf die allgemeine Betriebssicherheit aus.

 

Darüber hinaus werden laminierte Stromschienen aufgrund der steigenden Anforderungen an die Integration von Stromversorgungssystemen in Rechenzentren, Hochleistungsrechnern und Kommunikationsgeräten zunehmend in Bereichen wie laminierten Stromschienen für Supercomputer-Leiterplatten oder -Rückwandplatinen, Webserver-Stromschienen, Mainframe-Stromschienen, laminierten Stromschienen für Internet-Router-Rückwandplatinen und laminierten Stromschienen für die Stromverteilung in Mobilfunk-Basisstationen eingesetzt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Diese Szenarien stellen typischerweise strenge Anforderungen an niedrige Induktivität, hohe Stabilität und Platzausnutzung, was die interne Qualitätskontrolle der Sammelschienen besonders empfindlich macht. In Schienenverkehrs- und Industriestromversorgungssystemen, wie z. B. zusammengesetzten Sammelschienen für die Stromversorgung von Zügen, Vier-Quadranten-Leistungsmodulen, hoch-laminierten Sammelschienen für spannungsexplorationssichere-Wechselrichter und laminierten Sammelschienen für Frequenzinduktoren, sind die Geräte langfristigen Vibrationen, hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit ausgesetzt, was das potenzielle Risiko von Isolationsfehlern weiter erhöht. Daher ist die Einrichtung eines umfassenderen internen Fehlererkennungsmechanismus zu einer wichtigen Entwicklungsrichtung für die laminierte Stromschienenindustrie geworden.

 

Gesamt,Integrierte spritzgegossene laminierte Stromschienenbieten Vorteile wie strukturelle Integration, niedrige Induktivität und hohe Zuverlässigkeit und entsprechen den Entwicklungstrends von Fahrzeugen mit neuer Energie, Leistungselektronik und intelligenten Stromversorgungssystemen. Gleichzeitig nimmt jedoch auch die Schwierigkeit, interne Isolationsfehler zu erkennen, deutlich zu. Durch die Einführung von Methoden wie Spannungsdurchschlagstests, Materialvergleichsanalysen und Hilfsfehlerverifizierungen kann die Fähigkeit zur Risikoerkennung während der Produktentwicklungsphase effektiv verbessert werden, wodurch eine stabilere technische Sicherheit für hoch{2}zuverlässige Stromverbindungssysteme gewährleistet wird.