Analisi delle cause di guasto delle sbarre laminate degli inverter: molteplici fattori che influenzano la stabilità dell'apparecchiatura

Nel sistema operativo dell'inverter, le sbarre laminate dell'inverter fungono da canale principale di trasmissione della potenza che collega componenti critici come condensatori e moduli IGBT. La loro stabilità operativa determina direttamente le prestazioni e la sicurezza dell'inverter. Resta inteso che il guasto delle barre laminate può facilmente portare a gravi guasti nell'inverter, come sovratensione, sovracorrente o addirittura cortocircuiti diretti, influenzando così il normale funzionamento dell'intero sistema di trasmissione di potenza. Pertanto, indagare le cause dei guasti e mitigare i rischi di guasto è diventato un obiettivo chiave nel settore dell’elettronica di potenza. La qualità e la razionalità progettuale delle sbarre laminate sono fattori fondamentali che ne influenzano la durata.

Gli esperti del settore sottolineano che il guasto delle sbarre laminate degli inverter non è causato da un unico fattore. Tra queste, l'invecchiamento e il guasto dell'isolamento sono le cause più importanti, legate principalmente all'ambiente operativo e al processo di produzione a lungo termine-. Quando gli inverter si trovano in condizioni di temperatura elevata- per un lungo periodo, i materiali isolanti come PET, PEN e PI all'interno della barra laminata diventeranno gradualmente fragili e perderanno le loro proprietà isolanti, portando infine a cortocircuiti tra gli strati. Se il controllo del processo non è corretto durante la produzione, si formeranno spazi vuoti o bolle nello strato isolante. Sotto l'azione dell'alta-frequenza e dell'alta-tensione della barra, si verificherà una scarica parziale (PD), che porterà alla rottura dell'isolamento dopo un accumulo a lungo-termine. Inoltre, un trattamento improprio dei bordi laminati e una distanza di isolamento insufficiente (distanza di scorrimento) possono facilmente causare la rottura del bordo interstrato. Questo problema è particolarmente evidente nelle sbarre collettrici laminate per applicazioni ad alta-temperatura.

Anche i difetti di fabbricazione rappresentano una causa significativa di guasto delle sbarre laminate, incidendo direttamente sulla stabilità strutturale e sulle prestazioni di isolamento della barra. La laminazione o delaminazione irregolare è abbastanza comune. A causa dell'insufficiente collegamento tra la barra di rame e lo strato isolante, l'aria si accumula nei punti di delaminazione, provocando scariche parziali o concentrazione di campo elettrico, accelerando la rottura della barra. Se sulla superficie della barra di rame prima della laminazione sono presenti sporco, umidità o trucioli metallici, ciò può causare un assottigliamento locale dello strato isolante, formando anche canali conduttivi e creando potenziali guasti. Allo stesso tempo, se le bave rimaste dal processo di taglio della barra di rame non vengono rimosse in tempo, potrebbero forare la pellicola isolante, causando direttamente un cortocircuito. Ciò pone requisiti più elevati in termini di precisione di produzione delle barre di rame laminate.

La dilatazione termica e i danni da stress meccanico accelerano ulteriormente il tasso di guasto delle sbarre laminate. L'avvio e lo spegnimento frequenti dell'inverter- portano all'alternanza di carichi alti e bassi. A causa dei diversi coefficienti di dilatazione termica della barra di rame e dello strato isolante, si verificano dilatazioni e contrazioni termiche ripetute, generando stress da pelatura tra gli strati. Ciò accelera la separazione dello strato isolante dalla barra di rame, con conseguenti danni da fatica dovuta al ciclo termico. Se l'inverter si trova in un ambiente con vibrazioni significative, ciò aggraverà ulteriormente la frattura per fatica del già fragile materiale laminato. Questo problema è particolarmente evidente in scenari con vibrazioni significative, come le applicazioni automobilistiche e di energia eolica, ponendo una sfida alla stabilità della barra collettrice laminata per gli I/O IGBT dell'inverter per mulini a vento.

Sovratensione e picchi di tensione transitori possono perforare direttamente l'isolamento laminato della sbarra collettrice, provocando guasti improvvisi. Quando il circuito soppressore si guasta o è progettato in modo inadeguato, l'IGBT genererà picchi di tensione estremamente elevati sulla barra durante la commutazione ad alta-frequenza. Se questi picchi superano il limite di tolleranza dell'isolamento, perforeranno immediatamente l'isolamento. Inoltre, i picchi di tensione in ingresso CC che causano una tensione della barra eccessivamente elevata possono anche danneggiare direttamente l'isolamento, provocando il guasto della barra. Ciò pone severi requisiti sulla razionalità del design della barra laminata.

La corrosione chimica ambientale può anche influenzare la durata di servizio delle sbarre laminate, provocandone indirettamente il guasto. Se l'ambiente esterno è umido o se gas corrosivi penetrano nell'inverter, le barre di rame si ossidano e subiscono una corrosione elettrochimica che eroderà lo strato isolante laminato, riducendone gradualmente le prestazioni di isolamento. Nel tempo, ciò può portare al guasto della barra. Questo problema deve essere attentamente prevenuto negli scenari fotovoltaici ed eolici esterni e pone requisiti più elevati sulla progettazione della protezione delle barre laminate per inverter fotovoltaici.

Gli esperti del settore riassumono che il fallimento diBarre inverter laminateè principalmente il risultato di molteplici fattori come stress termico, elettrico e meccanico. Tra questi, la stabilità del sistema isolante e la tenuta del processo di fabbricazione sono fondamentali per determinarne la durata. Man mano che gli inverter si sviluppano verso frequenze più elevate, tensioni più elevate e dimensioni più piccole, i requisiti tecnici per le soluzioni di alimentazione a barra laminata continueranno ad aumentare. In futuro, sarà necessario ridurre ulteriormente la probabilità di guasto delle sbarre laminate ottimizzando la progettazione, migliorando la precisione di fabbricazione e rafforzando le misure di protezione, in modo da fornire un solido supporto al funzionamento stabile degli inverter.

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