سیمی که دیوار نیز هست: سیم پیچی با عایق سه گانه و کاملا عایق چگونه کار می کند

مقدمه

یک دیوار دو اتاق را از هم دور نگه می دارد. در یک ترانسفورماتور، همان کار توسط عایق انجام می شود - دیوار نامرئی بین سمت اولیه خطرناک و سمت ثانویه ایمن. معمولا دیوار در اطراف سیم پیچ ها به عنوان موانع نواری و پلاستیکی اضافه می شود. اما اگر خود سیم بتواند دیوار باشد چه؟

این ایده پشت سیم سیم پیچ عایق شده است. هادی مسی به جای تکیه فقط بر روی نوار پیچیده شده در اطراف سیم پیچ تمام شده، ژاکت عایق سنگین خود را می دهد. امروزه دو طعم اصلی وجود دارد: سیم عایق سه گانه (TIW) و سیم کاملا عایق (FIW) . هر دو به گونه ای طراحی شده اند که خود سیم سیم پیچ بتواند نیاز استاندارد ایمنی را برای عایق اولیه، تکمیلی یا حتی تقویت شده برآورده کند.

دو فلسفه، یک هدف

طراحی معمولی از سیم لعابی معمولی برای پیچ ها استفاده می کند، سپس نوار حاشیه در انتهای ماسوره و چندین لایه نوار مانع بین اولیه و ثانویه اضافه می کند. آن را به عنوان ساختن یک خانه و سپس اضافه کردن درب های آتش نشانی در نظر بگیرید. کار می کند، اما نوار و حاشیه اضافی فضای سیم پیچ را مصرف می کند و ترانسفورماتور را حجیم تر می کند.

TIW رویکرد مخالف را اتخاذ می کند. مس توسط سه لایه عایق اکسترود شده مجزا پوشیده شده است - معمولاً از ETFE یا پلیمر با مقاومت بالا مشابه. به خودی خود، یک هادی TIW به منظور ارائه معادل عایق تقویت شده در بسیاری از کاربردها است. از آنجایی که دیوار از قبل روی سیم قرار دارد، طراحان اغلب می‌توانند از نوار مانع جداگانه بین لایه‌ها صرف نظر کنند و ترانسفورماتور را کوچک کنند.

FIW همچنین دیوار را در سیم می‌سازد، اما با فرآیندی متفاوت: تقریباً 120 لایه بسیار نازک مینا مانند بسیاری از لایه‌های رنگ اعمال می‌شود. این یک استوانه عایق بسیار یکنواخت و با کیفیت در اطراف یک هسته کوچک، اغلب با قطر کلی کوچکتر از یک قطعه TIW معادل می دهد.

آنچه مهندسان مقایسه می کنند

انتخاب با استاندارد ایمنی شروع می شود. برای ترانسفورماتورها، IEC 61558-1 Annex K قوانین تست نوع را برای سیم های سیم پیچ عایق بندی شده تنظیم می کند. برای گذراندن آزمایش مقاومت دی الکتریک جفت پیچ خورده حداقل 6 کیلوولت rms برای عایق تقویت شده و 3 کیلوولت rms برای عایق پایه یا تکمیلی به سیم های گرد یا رشته ای نیاز دارد (IEC 61558-1:2017، پیوست K.2.2.1).

پارامترهای کلیدی انتخاب عبارتند از:

• ولتاژ شکست: گریدهای FIW از FIW 3 تا FIW 9 اجرا می شوند، با اعداد بالاتر عایق ضخیم تر و بنابراین ولتاژ مقاومت بالاتری دارند. TIW معمولاً به عنوان یک ساختار "تقویت شده" منفرد با ضخامت دیواره ثابت در نظر گرفته می شود.

• کلاس دما: Common TIW برای کلاس B (130 درجه سانتیگراد) یا کلاس F (155 درجه سانتیگراد) رتبه بندی شده است. FIW معمولاً در کلاس 180 درجه سانتیگراد (20000 ساعت عمر حرارتی مطابق با IEC 60172) موجود است که فضای بیشتری را در یک محفظه گرم ایجاد می کند.

• قابلیت لحیم کاری: FIW را معمولاً می توان مستقیماً در حدود 390 درجه سانتیگراد بدون جدا کردن لحیم کرد. TIW به طور کلی باید قبل از لحیم کاری جدا شود یا برداشته شود و یک مرحله دستی اضافه شود.

• رفتار سیم پیچی: FIW اغلب به عنوان انعطاف پذیرتر و بهتر برای سیم پیچی با سرعت بالا توصیف می شود، در حالی که سه لایه اکسترود شده TIW یک مانع آشکارا قوی و قابل بازرسی ایجاد می کند.

مثال کاربردی: شارژر 65 واتی USB-C

یک شارژر مدرن GaN قدرت عظیمی را در یک مکعب کوچک جا می دهد. در ترانسفورماتور فلای بک، جداسازی اولیه-ثانویه بزرگترین چالش ایمنی است. یک طراح ممکن است FIW 6 را برای سیم‌پیچ ثانویه انتخاب کند زیرا قطر بیرونی کوچکتر آن باعث می‌شود مس بیشتری در همان پنجره قرار گیرد، در حالی که درجه‌بندی 180 درجه سانتی‌گراد نقاط نزدیک سوئیچ GaN را تحمل می‌کند. یک طراحی محافظه کارانه تر ممکن است به جای آن از TIW-B کلاس F استفاده کند زیرا سه لایه قابل مشاهده، بررسی گواهینامه را ساده می کند.

هر دو انتخاب می توانند IEC 61558-1 Annex K را برآورده کنند، اما ردپای ترانسفورماتور، مراحل تولید و مشخصات هزینه متفاوت است. به همین دلیل است که "بهترین" سیم سیمی است که با استراتژی تولید و صدور گواهینامه مطابقت داشته باشد، نه فقط سیمی که بالاترین قدرت دی الکتریک را دارد.

تصور غلط رایج: "اگر لیست UL باشد، مطابق با IEC 61558-1 است"

اینجا دامی است که بسیاری از مهندسان در آن قدم می گذارند. سیم تایید شده تحت IEC 62368-1 Annex J برای تجهیزات AV/ICT به طور خودکار به عنوان عایق تقویت شده در ترانسفورماتور تحت پوشش IEC 61558-1 Annex K قابل قبول نیست. ولتاژهای آزمایش دی الکتریک و الزامات ساخت و ساز یکسان نیستند. طبق یک یادداشت راهنمای ایمنی الکتریکی استرالیا (EESS #23/065)، نهادهای صدور گواهی این ادعاها را رد کرده اند که شواهد پیوست J TIW به تنهایی الزامات ترانسفورماتور لامپ-کنترل IEC 61558-1 را برآورده می کند.

برای کار ترانسفورماتور، ایمن ترین مسیر استفاده از TIW یا FIW است که به طور صریح با استاندارد محصول ترانسفورماتور تأیید شده است، و واحد مونتاژ شده را مطابق با بندهای مربوطه IEC 61558-1، از جمله آزمایش تخلیه جزئی در جایی که ولتاژ کاری بیش از حداکثر 750 ولت است، آزمایش کنید.

واقعیت سرگرم کننده

سیم عایق سه گانه در سال 1986 توسط شرکت آمریکایی Rubadue اختراع شد. قبل از آن، کارخانه های ترانسفورماتور عایق های تقویت شده را تقریباً به طور کامل با نوار و موانع ساخته بودند. امروزه این رویکرد آنقدر رایج است که تصور ساخت ترانسفورماتور شارژر تلفن جمع و جور به روش دیگری دشوار است.

برداشت

سیم سیم پیچ عایق شده هادی را به بخشی از مانع ایمنی تبدیل می کند. TIW و FIW می‌توانند اندازه ترانسفورماتور را کاهش دهند و ساخت و ساز را ساده‌تر کنند، اما با طرح‌های معمولی میناکاری شده با سیم پلاس نوار قابل تعویض نیستند و به‌طور خودکار با یکدیگر قابل تعویض نیستند. همیشه تأیید کنید که سیم برای استاندارد دقیقی که محصول شما باید مطابقت داشته باشد - IEC 61558-1 Annex K برای ترانسفورماتورهای ایمنی - تایید شده است و بررسی کنید که مجموعه تمام شده تست های دی الکتریک و تخلیه جزئی را مطابق با نیازهای استاندارد انجام داده است.