Puslapio įvadas
Mechaninė vibracija dažnai traktuojama kaip antrinis aukštos{0} įtampos elektronikos projektavimo klausimas. Tačiau lauko gedimai automobilių, pramonės ir energetikos srityse rodo, kad vibracija gali žymiai pagreitinti dielektriko degradaciją, kai ji derinama su standžiomis kapsuliavimo sistemomis.
Šiame straipsnyje paaiškinami pagrindiniai mechanizmai ir paaiškinama, kodėl inkapsuliacinės medžiagos elgsena vaidina lemiamą vaidmenį užtikrinant ilgalaikį sistemos patikimumą.
Pagrindiniai pasiūlymai (santrauka)
- Mechaninė vibracija yra svarbi, bet dažnai nepakankamai įvertinta dielektrinių gedimų priežastis aukštos{0}}įtampos elektronikoje
- Standžios kapsuliavimo sistemos gali sustiprinti vibracijos{0}}sukeliamą įtampą, padidindamos dalinio iškrovimo riziką
- Elastinės kapsuliavimo medžiagos padeda perskirstyti mechaninę energiją ir stabilizuoti ilgalaikį{0}}dielektrinį elgesį
- Kapsuliavimo medžiagos pasirinkimas turėtų būti traktuojamas kaip sistemos{0}}lygio patikimumo sprendimas, o ne tik mechaninis pasirinkimas
Kodėl vibracija svarbi{0}}aukštos įtampos elektronikoje
Aukštos{0}}įtampos elektroniniai mazgai vis dažniau naudojami aplinkoje, kurioje nuolat veikia mechaninė vibracija, pvz., elektrinėse transporto priemonėse, pramoninės automatikos sistemose, atsinaujinančios energijos keitikliuose ir duomenų centrų maitinimo šaltiniuose.
Skirtingai nuo trumpalaikio{0}}mechaninio smūgio,Ilgalaikė{0}}vibracija sukelia ciklinį įtempimą, kuris laikui bėgant sąveikauja su izoliacinėmis medžiagomis ir komponentų sąsajomis. Net tada, kai elektros projektavimo ribos atrodo pakankamos, vibracija gali laipsniškai pakeisti įtempių pasiskirstymą inkapsuliuotuose mazguose.
Kas yra vibracijos{0}}sukeltas dielektrinis gedimas?
Dielektrinis gedimas atsiranda, kai izoliacinė sistema nebegali atlaikyti skersai veikiančio elektrinio lauko. Pagal vibraciją šis procesas dažnai būnalaipsniškas, o ne tiesioginis.
Pagrindiniai prisidedantys veiksniai yra šie:
- Mikro-komponentų ir apvijų judėjimas
- Įtempių kaupimasis standžiosios medžiagos sąsajose
- Iniciacijamikro-įtrūkimaivedantis įDalinis iškrovimas (PD).
- Laipsniškas dielektrinio vientisumo pablogėjimas esant ciklinei apkrovai
Šie mechanizmai paaiškina, kodėl atsiranda daug gedimųpo ilgo veikimo, o ne pirminės kvalifikacijos patikrinimo metu.
1 pav. ckonceptuali iliustracija, kaip inkapsuliavimo sluoksniai sąveikauja su mechanine vibracija ir vidiniu dielektriniu elgesiu aukštos{0}}įtampos elektronikoje.
Vibracijos įtampos prijungimas prie dalinio iškrovimo rizikos
Kai kietose kapsulėse dėl vibracijos susidaro mikro{0}}įtrūkimai, šie maži oro tarpai tampa dalinio iškrovimo vieta. Laikui bėgant, PD ardo aplinkinę medžiagą, galiausiai sukeldamas visišką dielektriko gedimą.
Kodėl standi kapsulė gali perduoti vibracijos įtampą
Kietos kapsuliavimo medžiagos dažnai parenkamos pagal jų mechaninį stiprumą ir padėties stabilumą. Tačiau esant vibracijai ir šiluminiam ciklui, standumas gali tapti trūkumas.
Skirtingai nuo elastingų alternatyvų, standžios konstrukcijos linkusios perkelti vibracijos energiją tiesiai į komponentų kraštus, todėl susidaro lokalizuota įtempių koncentracija ir padidėja sąsajos delaminacijos rizika.
Streso koncentracija Intertūzai
Kai vibracijos energija negali būti absorbuojama, ji perduodama tiesiai į komponentų kraštus ir sąsajas. Laikui bėgant tai lemia vietinę streso koncentraciją, padidindama mikro{1}}plyšių atsiradimo ir dielektriko degradacijos riziką.
2 pav.Įtempių perskirstymo elastingoje kapsulėje palyginimas su įtempių koncentracija standžioje kapsulėje esant mechaninei vibracijai.
Inkapsuliacinės medžiagos elgsena{0}}ilgalaikės vibracijos sąlygomis
Be paprasto standumo ar minkštumo, kapsuliavimo medžiagos daro įtaką mechaninės energijos sąveikai su vidinės sistemos elgesiu. Medžiagos, turinčios elastingumo charakteristikas, leidžia turėti vibracijos energijąperskirstytas platesniam tomui, sumažinant lokalizuotas streso smailes.
Nors standžios medžiagos (pvz., tam tikros epoksidinės dervos) dažnai parenkamos pagal jų mechaninį stiprumą, jos gali sukelti vietinę įtempių koncentraciją komponentų sąsajose. Priešingai, elastinės sistemos padeda stabilizuoti mechanines ir elektrines charakteristikas per ilgesnį tarnavimo laiką, sumažindamos vibracijos -sukeliamų mikro- įtrūkimų susidarymą.
3 pav.Įtempių perskirstymo elgsenos iliustracija: kaip elastingi kapsuliavimo sluoksniai sugeria mechaninę vibraciją ir stabilizuoja vidinį dielektrinį veikimą aukštos{0}}įtampos mazguose.
Vibracijos{0}}projekcijų dizaino aspektai
Vertindamos aukštos įtampos elektronikos{0}}kapsuliavimo strategijas, pasaulinės inžinierių komandos vis dažniau atsižvelgia į:
- Gebėjimas sugerti ir perskirstyti mechaninę vibraciją
- Ilgalaikis{0}}dielektrinio veikimo stabilumas
- Suderinamumas su terminio ciklo ir medžiagų sąsajomis
- Atitiktis antipireno{0}}ir saugos standartams
- Todėl kapsuliavimo medžiagos pasirinkimas tampa asistemos{0}}lygio patikimumo sprendimas, o ne tik mechaninis.
Inžinerinių išteklių ir medžiagų įvertinimas
Skirta naudoti, veikiant nuolatinei vibracijai,elastingos, antipireno{0}}kapsuliavimo sistemosdažnai naudojami siekiant subalansuoti mechaninį atitikimą ir elektros izoliacijos charakteristikas.
Užuot pasikliavę vien tik tvirtumu, šios sistemos sutelkia dėmesį į streso sąveikos valdymą laikui bėgant, palaikydamos ilgalaikį -dielektrinį patikimumą aukštos-įtampos aplinkoje.
Inžinierių komandoms, tiriančioms praktinius medžiagų sprendimus, atitinkančius šiame straipsnyje aptartus įtempių{0}}perskirstymo principus, galima peržiūrėti sertifikuotų elastinių sistemų techninius dokumentus.
H3: Techninio atvejo nuoroda ir medžiagos veikimas
Norėdami suprasti, kaip medžiagų savybės sušvelnina šiuos gedimo būdus, inžinieriai dažnai įvertina tokias elastines sistemas kaip🔗 SFY-161 RTV Silikoninis vazonų mišinys. Ši medžiaga yra pagrindas tam, kaip elastingas silikono tinklas gali perskirstyti mechaninę energiją.
- Izoliacijos patikimumas: išlaiko aukštą 19 KV/mm dielektrinį stiprumą (išbandyta standartinėmis sąlygomis), kad stabilizuotų izoliacijos veikimą esant ilgalaikei vibracijai.
- Ilgalaikis-stabilumas: žemo-modulio tinklas yra specialiai sukurtas siekiant užkirsti kelią mikro-įtrūkimams, kurie yra pagrindinės dalinio iškrovimo vietos.
- Atitiktis: UL 94 V-0 antipirenas ir pagamintas pagal IATF 16949 kokybės sistemas.(Pastaba: dielektrinis stiprumas gali skirtis priklausomai nuo surinkimo geometrijos ir dažnio; turėtų būti taikomi inžineriniai sumažinimo koeficientai.)
DUK
1 klausimas: ar vibracija gali sukelti dalinį iškrovimą?
A: Taip. Dėl vibracijos-sukeliamų mikro-įtrūkimų standžiose vazoninėse medžiagose susidaro oro kišenės, kuriose gali atsirasti dalinis išsiliejimas, o tai gali sukelti izoliacijos gedimą.
2 klausimas: ar dielektrinis gedimas visada yra nedelsiant?
Ne. Daugelis su vibracija{1}}susijusių gedimų atsiranda palaipsniui ir gali nepasireikšti atliekant pradinį bandymą.
3 klausimas: ar kapsulės medžiagos pasirinkimas gali turėti įtakos ilgalaikiam{1}}patikimumui?
Taip. Inkapsuliacinės medžiagos elgsena tiesiogiai veikia mechaninės energijos sąveiką su elektros izoliacija laikui bėgant.
Santrauka ir dizaino pasekmės
- Mechaninė vibracija yra paslėptas, bet svarbus aukštos įtampos elektronikos{0}}patikimumo veiksnys.
- Tvirta kapsulė gali sustiprinti įtampą, esant ilgalaikei vibracijai,{0}}ir gali paspartinti dalinio iškrovimo pradžią.
- Elastinės kapsuliavimo sistemos padeda perskirstyti įtampą, stabilizuoja dielektrinį elgesį ir užkerta kelią sąsajos išsisluoksniavimui.
- Kapsuliavimo medžiagos parinkimas yra sistemos{0}}lygio patikimumo sprendimas, kuriuo suderinamas mechaninis atitikimas elektros izoliacijos vientisumui.
