Pasta incapsulante per componenti induttivi: bobine, induttori e trasformatori
Bobine, induttori e trasformatori impongono al composto di incapsulamento esigenze diverse rispetto a un semplice circuito stampato: combinano generazione di calore, elevati campi elettrici e avvolgimenti delicati e sottili in un unico componente. Questo articolo illustra gli aspetti realmente importanti nella scelta del materiale e quale composto di incapsulamento è più adatto a ciascuna applicazione.
Veniamo al dunque: quale composto di incapsulamento è adatto per bobine e trasformatori?
In sintesi: per la maggior parte dei componenti induttivi, un silicone bicomponente elastico è la scelta migliore perché mantiene basse sollecitazioni in un ampio intervallo di temperature e non danneggia gli avvolgimenti delicati. Utilizzare gel di silicone morbido per avvolgimenti sensibili o ad alta tensione, una variante termicamente conduttiva per induttori ad alta perdita e resina epossidica solo quando è richiesta rigidità meccanica e le fluttuazioni di temperatura sono limitate. In ogni caso, un'incapsulazione senza bolle è fondamentale.
Perché i componenti induttivi hanno requisiti speciali
Quattro fattori di stress agiscono simultaneamente e talvolta spingono la scelta dei materiali in direzioni opposte.
1. Calore proveniente dal rame e perdite nel nucleo
Le perdite elettriche nell'avvolgimento e le perdite per isteresi nel nucleo generano calore che deve essere dissipato. Un composto di incapsulamento può condurre via questo calore attraverso l'involucro, a condizione che sia termicamente legato e sufficientemente conduttivo. Tuttavia, lo svantaggio è importante: un composto di incapsulamento completo può anche ostacolare la dissipazione del calore , ad esempio, se in precedenza il raffreddamento avveniva per convezione in corrispondenza della testa dell'avvolgimento. Pertanto, per induttori sottoposti a forti sollecitazioni, si raccomanda un composto termicamente conduttivo o una combinazione con un'interfaccia termica con il dissipatore di calore (vedere Materiali per l'interfaccia termica )
2. Intensità del campo elettrico e scariche parziali
Elevate intensità di campo locale si verificano nell'isolamento degli strati e degli avvolgimenti. Le inclusioni d'aria, i vuoti o le bolle rappresentano i punti deboli critici: le scariche parziali , degradando lentamente il sistema di isolamento nel corso delle ore di funzionamento fino al suo guasto. Pertanto, l'assenza di bolle nei trasformatori ad alta tensione non è meramente estetica, ma essenziale per la durata di servizio. La misurazione viene eseguita tramite prove di scariche parziali secondo la norma IEC 60270; le distanze di dispersione superficiale e d'aria, nonché il grado di contaminazione, sono determinati dal coordinamento dell'isolamento secondo la norma IEC 60664-1. Un incapsulamento completo e denso consente di raggiungere un grado di contaminazione pari a 1, permettendo così progetti più compatti con distanze di dispersione superficiale ridotte. Per i trasformatori di commutazione ad alta frequenza, è necessario considerare anche i fattori di riduzione per le alte frequenze secondo la norma IEC 60664-4.
3. Cicli meccanici e termici
Il composto di incapsulamento, il filo di rame, il nucleo in ferrite o ferro e il corpo dell'avvolgimento hanno coefficienti di dilatazione termica molto diversi. Ad ogni ciclo termico, questi materiali agiscono in modo contrastante. Un composto duro e rigido trasferisce queste sollecitazioni direttamente al sottile filo di avvolgimento e al suo isolamento in vernice, provocando rotture del filo e crepe nell'isolamento. I siliconi e i gel morbidi ed elastici, al contrario, si disaccoppiano con sollecitazioni minime e smorzano contemporaneamente vibrazioni e risonanze meccaniche. Per avvolgimenti sottili con diametri di filo ridotti, una bassa durezza Shore è quindi quasi sempre la scelta più sicura.
4. Umidità, condensa e media
Il composto di incapsulamento protegge ermeticamente l'avvolgimento da umidità, condensa, nebbia salina e agenti aggressivi. I siliconi sono particolarmente robusti in questo contesto grazie alla loro resistenza all'idrolisi e agli agenti atmosferici in un ampio intervallo di temperature. La stabilità termica a lungo termine di un sistema di isolamento è classificata secondo la della norma IEC 60085 , mentre la resistenza al tracking superficiale è determinata dal CTI (Valore Comparativo di Induttanza Termica) secondo la norma IEC 60112.
Silicone, poliuretano o resina epossidica?
Tutti e tre i prodotti chimici sono incapsulati, ma differiscono in modo significativo per quanto riguarda i componenti induttivi:
- Silicone : intervallo di temperatura più ampio (tipicamente da -50 a +200 °C), permanentemente elastico, a bassa sollecitazione, resistente alle scariche parziali. Prima scelta per commutazione termica, alta tensione e avvolgimenti di precisione.
- Poliuretano : resistente ed elastico, offre una buona protezione meccanica e chimica e un intervallo di temperatura medio. Ideale quando la resistenza e la resistenza all'abrasione sono di primaria importanza.
- Resina epossidica : dura, ad alta resistenza, chimicamente resistente, ma rigida: la differenza nel coefficiente di dilatazione termica sollecita gli avvolgimenti durante le variazioni di temperatura. Adatta per blocchi di incapsulamento meccanicamente molto sollecitati, dimensionalmente stabili e con un intervallo di temperatura limitato.
Un confronto dettagliato è disponibile alla voce Composti per incapsulamento e resine per elettrofusione: epossidiche, siliconiche o poliuretaniche , mentre per una distinzione fondamentale si veda Incapsulamento vs. Incapsulamento.
Corretta corrispondenza della durezza Shore con la bobina
Il criterio di selezione più importante per i componenti induttivi non è la marca, bensì la durezza:
| Requisito | Raccomandazione | Prodotti (Esempi) |
|---|---|---|
| Avvolgimento fine/sensibile, alta tensione, riparabile in seguito | Gel morbido / silicone morbido (basso valore Shore) | SILISIL RTV MD-Gel, MD-Soft 10, PP-Soft 00, MF-Soft 12 |
| Incapsulamento standard con cicli termici e vibrazioni | Silicone elastico (Shore medio) | SILISIL RTV MF-Flex 20, PC-Flex 20, PRO-Cast 45 |
| Meccanicamente robusto, dimensionalmente stabile | Silicone con maggiore riempimento/più sodo | SILISIL RTV MF-Dura 35, MF-Ultra 50 |
| Incapsulamento trasparente ad alta resistenza | silicone trasparente ad alte prestazioni | BLUESIL ESA 7250, BLUESIL RTV 3132 |
Dissipazione del calore negli induttori e nei trasformatori
Dove si verificano perdite di potenza, le interfacce termiche sono cruciali. Un composto di incapsulamento termicamente conduttivo abbassa la temperatura degli avvolgimenti e ne prolunga la durata; tuttavia, la sola conduttività termica è di scarsa utilità se il percorso termico verso l'involucro o il dissipatore di calore è inadeguato. Per il collegamento alle superfici di raffreddamento, paste termiche come DOWSIL 340 il composto di incapsulamento. Una maggiore conduttività termica implica solitamente anche un livello di riempimento più elevato e quindi una maggiore viscosità: questo aspetto deve essere preso in considerazione durante l'erogazione e la degassificazione. Saremo lieti di selezionare un composto termicamente conduttivo adatto e di facile erogazione per la vostra specifica applicazione.
Applicazione: è obbligatorio evitare la formazione di bolle
Soprattutto con i componenti induttivi, il composto di incapsulamento si insinua tra gli strati di avvolgimento ravvicinati: l'aria intrappolata in questi spazi diventa in seguito il punto di innesco delle scariche parziali. Questi fattori determinano il risultato:
- Pulire e preriscaldare il gruppo; sigillare il corpo di avvolgimento e l'alloggiamento.
- Mescolare i componenti 2K esattamente nelle proporzioni prescritte e omogeneizzare completamente.
- La degassificazione sottovuoto non è facoltativa per i componenti avvolti strettamente.
- Versare lentamente in un unico punto per permettere all'aria di fuoriuscire dalle serpentine; osservare la durata del prodotto.
- Stagionare o temperare secondo le indicazioni della scheda tecnica; attendere la completa stagionatura.
La procedura completa è descritta nelle istruzioni dettagliate per l'incapsulamento dei componenti elettronici; gli errori tipici e le relative cause sono riportati nella sezione " Come evitare errori di incapsulamento".
Con il nostro calcolatore per incapsulamento e stampaggio , puoi determinare direttamente la quantità di materiale necessaria per il tuo componente e come suddividere le quantità di miscelazione dei componenti A e B.
Non sei sicuro della tua scelta?
Bobine, induttori e trasformatori differiscono notevolmente per intervallo di tensione, dissipazione di potenza e design degli avvolgimenti. Se ci fornite i dettagli del componente, la temperatura di esercizio, la tensione e le condizioni di installazione, vi consiglieremo il tipo più adatto e vi forniremo un campione. Contattateci o scrivete a info@silitech.ch.
