Руководство по выбору желтой эпоксидной смолы FR4 для силовых трансформаторов

При производстве катушки (или просто бобины), основного компонента силовых трансформаторов, выбор изоляционного материала напрямую влияет на производительность и безопасность оборудования. Эпоксидная смола FR4 стала основным выбором благодаря своим уникальным преимуществам. В этом руководстве основное внимание будет уделено характеристикам, ключевым факторам выбора и требованиям сертификации желтой эпоксидной смолы FR4, что предоставит исчерпывающую информацию для производителей трансформаторов.

Почему FR4 выбран в качестве материала для катушки трансформатора?

FR4 — это не обычный изоляционный материал, а слоистый материал, состоящий из эпоксидной смолы и стеклоткани электронного качества. Его популярность как предпочтительного материала для катушек силовых трансформаторов обусловлена исключительным балансом многомерных характеристик, демонстрируемых в следующих шести ключевых областях:

Надежная электроизоляция: FR4 обладает чрезвычайно высоким объемным и поверхностным удельным сопротивлением, обеспечивая точную изоляцию первичной и вторичной обмоток трансформатора, эффективно предотвращая риск высоковольтного пробоя.

Высокие механические свойства: структура FR4 сочетает в себе высокую прочность и жёсткость. В процессе автоматизированной намотки материал выдерживает натяжение и давление медной проволоки без деформации и растрескивания, обеспечивая надёжную поддержку внутренней конструкции трансформатора.

Отличная термическая стабильность: температура стеклования (Tg) стандартного FR4 обычно превышает 130 °C, что позволяет ему выдерживать постоянное тепловыделение во время работы трансформатора и высокотемпературные удары при последующих процессах, таких как пайка волной припоя и пайка оплавлением припоя.

Отличная огнестойкость: «FR» в названии FR4 означает «flame retardant» (огнестойкий), и он должен соответствовать классу UL94 V-0 — материал быстро затухает после удаления открытого пламени, значительно снижая риск распространения пожара.

Гибкая обработка: FR4 совместим с различными процессами, включая обработку на станках с ЧПУ, штамповку и сверление, что позволяет эффективно и точно изготавливать сложные катушки для удовлетворения требований к конструкции трансформаторов различной мощности и конструкции. Стабильная устойчивость к воздействию окружающей среды: FR4 обладает превосходной устойчивостью к влажности окружающей среды и распространенным химическим веществам, обеспечивая длительную работу в сложных условиях, поддерживая стабильные характеристики и продлевая срок службы трансформатора.

Ключевые факторы при выборе эпоксидной смолы FR4

При выборе модели FR4 важно строго соблюдать проектные характеристики трансформатора и международные стандарты безопасности, уделяя особое внимание следующим семи основным техническим параметрам, чтобы избежать опасностей, связанных с продуктом, вызванных несоответствием параметров:

1. Толщина

Как наиболее интуитивно понятный параметр, распространенные спецификации включают 0,5 мм, 0,8 мм, 1,0 мм, 1,5 мм и 2,0 мм. При выборе следует учитывать номинальную мощность трансформатора, требуемый путь утечки и электрический зазор. Недостаточная толщина может привести к непрохождению испытания на выдерживаемое напряжение или несоответствию требованиям механической прочности.

2. Класс огнестойкости

UL94 V-0 — это минимальный стандарт для силовых изделий, не допускающий компромиссов. Этот показатель гарантирует, что в случае неисправности трансформатора и возгорания пламя не распространится дальше, что является ключевой гарантией безопасности.

3. Температура стеклования (Tg)

Tg — это критическая температура, при которой материал переходит из жёсткого состояния в эластичное. В типичных случаях требуется Tg ≥ 130 °C. Если используется бессвинцовая пайка (высокотемпературные процессы) или трансформатор работает в условиях высоких температур, рекомендуется выбирать модель со средней или высокой Tg — Tg ≥ 170 °C (средняя Tg) или Tg ≥ 180 °C (высокая Tg) — для обеспечения жёсткости и размерной стабильности при высоких температурах.

4. Сравнительный индекс трекингостойкости (CTI)

CTI измеряет поверхностное сопротивление материала трекингостойкости, варьируясь от I до V (более низкие значения указывают на лучшие характеристики). Для трансформаторов, работающих в условиях высокого напряжения или высокой влажности, следует выбирать материалы с индексом CTI ≥ 400 В (класс I) или выше (например, CTI 600), чтобы предотвратить повреждение изоляции из-за электролитического обугливания поверхности.

5. Электрическая прочность диэлектрика

Этот параметр, измеряемый в кВ/мм, отражает способность материала выдерживать напряжение на единицу толщины. Более высокие значения указывают на более высокие изоляционные характеристики. Он напрямую определяет, сможет ли катушка выдержать жесткие испытания высоким напряжением между первичной и вторичной цепями (например, 3 кВ/60 с на промышленной частоте) и является ключевым показателем надежности изоляции.

6. Водопоглощение

Обычно требуется уровень водопоглощения менее 0,1%; более низкие значения указывают на более высокие эксплуатационные характеристики. Низкое водопоглощение гарантирует, что изоляционные характеристики FR4 не будут значительно ухудшаться во влажной среде, что обеспечивает долгосрочную эксплуатационную надежность.

7. Прочность на отрыв

Если выводы катушки изготовлены из ламината FR4 с медным покрытием, прочность на отрыв имеет решающее значение. Она определяет прочность связи между медной фольгой и подложкой, напрямую влияя на паяемость и механическую прочность выводов, предотвращая их отпадение при установке, извлечении и пайке.

Особенности использования желтого FR4

Желтый — стандартный цвет эпоксидной смолы FR4 в трансформаторной промышленности. Его основное преимущество — простота идентификации и дифференциации в процессе производства. При выборе продукта следует учитывать два ключевых момента:

Запрашивайте у поставщиков образцы цвета, чтобы обеспечить единообразие цвета при больших объемах поставок и избежать цветовых вариаций, которые могут повлиять на производственный процесс.

Необходимо проверить состав желтого пигмента, чтобы убедиться, что он не оказывает негативного влияния на основные свойства FR4, такие как электроизоляция и термостойкость.

Требования к сертификации безопасности материалов FR4

Силовые трансформаторы должны пройти несколько сертификаций безопасности, а FR4, как основной материал, также должен соответствовать следующим стандартам сертификации для обеспечения соответствия продукции:

Сертификация UL: Материал должен быть сертифицирован UL, и этот сертификат должен быть доступен в системе UL «Желтая карта». Это крайне важно для выхода на международный рынок.

Соответствие экологическим нормам: FR4 должен соответствовать требованиям ЕС RoHS и REACH, что гарантирует его экологичность и нетоксичность, а также соответствие международным экологическим требованиям.

Сертификация CQC: Для китайского рынка требуется сертификация Китайского центра сертификации качества (CQC) для обеспечения соответствия национальным стандартам безопасности электротехнической продукции.

Рекомендуемые действия: При проверке поставщиков заблаговременно запрашивайте «Желтую карту» UL и Декларацию соответствия (DoC) для материалов FR4, чтобы проверить подлинность и действительность сертификации.