Análise das causas de falha dos barramentos laminados do inversor: múltiplos fatores que afetam a estabilidade do equipamento

No sistema operacional do inversor, os barramentos laminados do inversor servem como canal central de transmissão de energia conectando componentes críticos, como capacitores e módulos IGBT. A sua estabilidade operacional determina diretamente o desempenho e a segurança do inversor. Entende-se que a falha das barras laminadas pode facilmente levar a falhas graves no inversor, como sobretensão, sobrecorrente ou mesmo curtos-circuitos diretos, afetando assim o funcionamento normal de todo o sistema de transmissão de energia. Portanto, investigar as causas das falhas e mitigar os riscos de falhas tornou-se um foco importante na indústria de eletrônica de potência. A qualidade e a racionalidade do design dos barramentos laminados são fatores fundamentais que afetam a sua vida útil.

Especialistas do setor apontam que a falha dos barramentos laminados do inversor não é causada por um único fator. Entre elas, o envelhecimento e a quebra do isolamento são as causas mais importantes, que estão principalmente relacionadas ao ambiente operacional-de longo prazo e ao processo de fabricação. Quando os inversores ficam em condições-de alta temperatura por um longo período, os materiais isolantes como PET, PEN e PI dentro da barra laminada se tornarão gradualmente quebradiços e perderão suas propriedades isolantes, eventualmente levando a curtos-circuitos entre camadas. Se o controle do processo não for bom durante a fabricação, haverá lacunas ou bolhas na camada de isolamento. Sob a ação de alta-frequência e alta-tensão da barra de tensão, ocorrerá descarga parcial (PD), o que levará à quebra do isolamento após acumulação-de longo prazo. Além disso, o tratamento inadequado das bordas laminadas e a distância de isolamento insuficiente (distância de fluência) também podem facilmente causar a quebra das bordas intercamadas. Esse problema é particularmente importante em barramentos laminados para aplicações-de alta temperatura.

Defeitos de fabricação também são uma causa significativa de falha de barramentos laminados, afetando diretamente a estabilidade estrutural e o desempenho de isolamento da barra. Laminação ou delaminação irregular é bastante comum. Devido à ligação insuficiente entre a barra de cobre e a camada de isolamento, o ar se acumula nos pontos de delaminação, levando à descarga parcial ou concentração do campo elétrico, acelerando a falha da barra. Se sujeira, umidade ou aparas de metal estiverem presentes na superfície da barra de cobre antes da laminação, isso pode causar adelgaçamento local da camada de isolamento, formando até mesmo canais condutores e criando falhas potenciais. Ao mesmo tempo, se as rebarbas que sobraram do processo de corte da barra de cobre não forem removidas a tempo, elas poderão perfurar a película de isolamento, causando diretamente um curto-circuito. Isto impõe maiores exigências à precisão da fabricação de barras de cobre laminadas.

A expansão térmica e os danos por tensão mecânica aceleram ainda mais a taxa de falhas do barramento laminado. A inicialização e o desligamento frequentes-do inversor levam à alternância de cargas altas e baixas. Devido aos diferentes coeficientes de expansão térmica da barra de cobre e da camada de isolamento, ocorrem repetidas expansões e contrações térmicas, gerando tensões de descascamento entre as camadas. Isto acelera a separação da camada de isolamento da barra de cobre, resultando em danos por fadiga do ciclo térmico. Se o inversor estiver localizado em um ambiente com vibração significativa, isso agravará ainda mais a fratura por fadiga do já frágil material laminado. Este problema é particularmente proeminente em cenários com vibração significativa, como aplicações automotivas e de energia eólica, representando um desafio para a estabilidade do barramento laminado para E/S IGBT do inversor de moinho de vento.

Sobretensões e surtos de tensão transitórios podem perfurar diretamente o isolamento laminado do barramento, causando falha repentina. Quando o circuito amortecedor falha ou é projetado inadequadamente, o IGBT gerará picos de tensão extremamente altos na barra durante comutação de alta-frequência. Se esses picos excederem o limite de tolerância do isolamento, eles perfurarão instantaneamente o isolamento. Além disso, surtos de entrada CC que causam tensão excessivamente alta na barra também podem danificar diretamente o isolamento, levando à falha da barra. Isto impõe requisitos rigorosos à racionalidade do design da barra laminada.

A corrosão química ambiental também pode afetar a vida útil dos barramentos laminados, causando falhas indiretamente. Se o ambiente externo for úmido ou se gases corrosivos penetrarem no inversor, as barras de cobre oxidarão e sofrerão corrosão eletroquímica, que irá corroer a camada de isolamento laminada, reduzindo gradualmente seu desempenho de isolamento. Com o tempo, isso pode levar à falha da barra. Este problema precisa ser cuidadosamente evitado em cenários externos de energia fotovoltaica e eólica, e impõe maiores demandas ao projeto de proteção de barras laminadas para inversores fotovoltaicos.

Especialistas do setor resumem que o fracasso doBarramentos Inversores Laminadosé principalmente o resultado de vários fatores, como estresse térmico, elétrico e mecânico. Entre estes, a estabilidade do sistema de isolamento e a estanqueidade do processo de fabricação são fundamentais para determinar a sua vida útil. À medida que os inversores se desenvolvem para frequências mais altas, tensões mais altas e tamanhos menores, os requisitos técnicos para soluções de energia com barras laminadas continuarão a aumentar. No futuro, será necessário reduzir ainda mais a probabilidade de falha dos barramentos laminados, otimizando o projeto, melhorando a precisão da fabricação e fortalecendo as medidas de proteção, de modo a fornecer um suporte sólido para a operação estável dos inversores.

Se você precisar de consultoria sobre solução de problemas de falhas em barramentos inversores laminados, otimização de proteção e soluções de adaptação, não hesite em nos contatar para obter suporte técnico profissional.