[發(fā)明專利]一種光伏逆變器用磁性材料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110008636.7
• 申請日: 2011-01-17
• 公開（公告）號: CN102173767A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸明岳
• 申請（專利權(quán)）人: 臨沂中瑞電子有限公司
• 主分類號: C04B35/26
• 分類號: C04B35/26;C04B35/622
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光伏逆變器用磁性材料及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，對于可再生能源的關(guān)注越來越多。在太陽能、風(fēng)能、潮汐能等各類可再生能源中，太陽能成為了人們的首選。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽電池板、充電控制器、逆變器和蓄電池等共同組成。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏逆變器是整個(gè)太陽能系統(tǒng)的關(guān)鍵組件，是光伏系統(tǒng)的核心，太陽能是通過電池板轉(zhuǎn)化產(chǎn)生電能的。但是，電池板所轉(zhuǎn)化的電力是直流電，要真正成為多數(shù)場合可使用的交流電就少不了一個(gè)特殊的裝備——逆變器，逆變器的功能是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，光伏逆變器為光伏系統(tǒng)核心器件。逆變器性能的改進(jìn)對于提高系統(tǒng)的可靠性、效率，提高系統(tǒng)的壽命、降低成本至關(guān)重要。

逆變電源按變換方式可分為工頻變換和高頻變換，但無論哪一種變換方式都需要使用磁性材料。在逆變器采用工頻變壓器的主電路中，起隔離及功率變換作用的電磁元件是工頻變壓器，由于工作頻率較低，只有50或60Hz，磁性材料多數(shù)采用冷軋取向硅鋼片疊裝而成，因此，工頻變壓器體積大，重量重；在逆變器采用高頻變壓器絕緣的主電路中，起隔離及功率變換作用的電磁元件是高頻變壓器，早期電路工作頻率在15～20KHz之間，由于冷軋取向硅鋼片在此頻率下功率損耗(簡稱功耗)過大，已不能使用，而采用鐵硅鋁磁粉心或MnZn軟磁鐵氧體等磁性材料制造成磁芯；但隨著逆變器逆變技術(shù)正向著頻率更高、功率更大、效率更高、體積更小的方向發(fā)展，電路工作頻率不斷提高，鐵硅鋁磁粉心的功耗隨著工作頻率的提高急劇增大而無法使用，在這種情況下只能采用MnZn鐵氧體材料磁芯，這是由于MnZn鐵氧體在高頻下的具有較低的功耗，MnZn鐵氧體材料另一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)是其成本要大大低于鐵硅鋁磁粉心。

由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的特殊性，逆變器工作電路中直流疊加成分較多，同時(shí)工作磁場強(qiáng)度較大，因此并非普通的MnZn鐵氧體材料磁芯都能滿足要求。工作于光伏逆變器中的MnZn鐵氧體材料磁芯必須具有較好的電磁性能，即高頻低功耗，同時(shí)其直流疊加特性優(yōu)良。

另外，對于1KW以上的大功率光伏發(fā)電系統(tǒng)，由于轉(zhuǎn)換功率較大，往往需要使用大尺寸的MnZn鐵氧體材料磁心，這些磁心的重量都在1Kg以上，甚至達(dá)到16Kg，由于工作在高頻強(qiáng)場下，磁心溫度較高，為保證逆變器安全可靠的工作，要求磁心具有較低的熱膨脹系數(shù)，否則大尺寸的鐵氧體磁心受熱膨脹時(shí)很容易將繞組或骨架撐破，從而無法正常工作；另一個(gè)無法忽視的方面是，大尺寸的鐵氧體磁心工作在高頻強(qiáng)場下其磁致伸縮累積效應(yīng)更明顯，會大大影響逆變器工作的可靠性與穩(wěn)定性，同時(shí)對周圍的電器產(chǎn)生明顯的電磁干擾，影響其它電子設(shè)備的正常工作。因此，要求鐵氧體材料的磁致伸縮系數(shù)盡可能的低。

綜上所述，用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的MnZn鐵氧體材料，必須同時(shí)具有以下兩方面的特性：一方面是熱膨脹系數(shù)以及磁致伸縮系數(shù)要盡可能的低，另一方面要求高頻強(qiáng)場下功耗較低、直流疊加特性優(yōu)良。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般電子電路變壓器(例如：開關(guān)電源變壓器)和扼流圈對MnZn鐵氧體材料磁芯的要求，這是由于一般電子電路變壓器通常尺寸較小，轉(zhuǎn)換功率較低，通常在幾瓦到幾百瓦之間，因此，一般電子電路變壓器對MnZn鐵氧體材料磁芯通常只有上述第二方面的要求。

人們在降低材料的功耗、改善直流疊加特性等方面做了大量的工作，在中國發(fā)明專利ZL?01112082.7中公布了通過控制P元素的含量，并改進(jìn)燒結(jié)工藝，獲得高頻電源變壓器用低功耗鐵氧體材料的方法；

在中國發(fā)明專利ZL?00126316.1中公布了通過引入SiO₂、CaO、NiO以及ZrO₂等，從而獲得了用于電源變壓器的具有低功耗和高飽和磁通密度的鐵氧體材料。

上述這些專利主要是為了降低開關(guān)電源變壓器或者是扼流圈用MnZn鐵氧體材料功耗并提高其飽和磁通密度，而對如何降低磁心熱膨脹系數(shù)和磁致伸縮系數(shù)基本沒有考慮，這是由于一般電子電路變壓器通常尺寸較小，轉(zhuǎn)換功率較低，通常在幾瓦到幾百瓦之間，因此，一般電子電路變壓器對MnZn鐵氧體材料磁芯的熱膨脹系數(shù)和磁致伸縮系數(shù)通常不作考慮。