太阳光发电站用逆变器和电磁元件

2 太阳光发电站逆变器中的电磁元件

2.1 工频变压器

在逆变器采用工频变压器绝缘的主电路中，起绝缘及功率变换作用的电磁元件是工频变压器。磁芯多数采用冷轧取向硅钢E型冲片叠装而成。线圈采用高强度漆包铜线。为了降低铁损和铜损，磁芯工作磁通密度取1.1～1.1T，线圈工作电流密度取1.5A/mm2。因此，工频变压器体积大，重量重。从国外的工频变压器绝缘方式的太阳光发电用逆变器的样机来看，其中工频变压器约占逆变器总重量的50％，逆变器总效率约为90％左右。据报导，美国的10kVA工频变压器绝缘的太阳光发电站用逆变器，工频变压器采用铁基非晶合金卷绕式磁芯，铁损只有冷轧取向硅钢叠片式磁芯的1/5，总体效率可以达到95％。工作磁通密度取1.3T，体积和重量比硅钢磁芯还小。因此，可以预测在10kVA以上的太阳光发电站中，由于开关器件工作电流大，开关频率不宜高，而采用工频变压器绝缘的逆变器，其工频变压器采用铁基非晶合金卷绕式磁芯或者搭接式磁芯，效率高，成本也比较低，是一种综合指标较好的方案。

2.2 高频变压器

在逆变器采用高频变压器绝缘的主电路中，起绝缘及功率变换作用的电磁元件是高频变压器，多数采用MnZn软磁铁氧体作为磁芯。高频变压器绝缘的逆变器大量用于家庭太阳光发电站。其开关器件功率电感采用IGBT，工作频率20～40kHz，处于高频范围的低端，并不能充分发挥MnZn软磁铁氧体的优点。因此，可以考虑另一种方案，采用铁基非晶合金环型和CD型磁芯来制作逆变器中的高频变压器。

例如，新开发的铁基含钴非晶合金1K104，其饱和磁通密度1?86T，居里温度457℃，磁致伸缩系数1.49×10－6。热处理后，在200kHz/0.2T下损耗为3.7W/kg，20kHz/0.5T下损耗为25.6W/kg，40kHz/0.5T下损耗小于40W/kg。而MnZn软磁铁氧体，其饱和磁通密度0.4T，居里温度180℃，磁致伸缩系数为14×10－6，在20kHz/0.2T下损耗为12.5W/kg。从这两种材料性能对比可以看出，采用1K104铁基非晶合金太阳光发电站用高频变压器，工作磁通密度高，可达0.5T，它的体积和重量比软磁铁氧体小，总损耗小，效率比软磁铁氧体高。电感厂家它的居里温度高，在－70℃～＋100℃范围内受温度变化影响比软磁铁氧体影响小。它的磁致伸缩系数小，产生的电磁干扰比软磁铁氧体低。因此，是工作频率为20kHz～40kHz逆变器中高频变压器比较理想的磁芯材料。

2.3 驱动变压器

在逆变器中，进行信号变换和驱动开关器件的电磁元件是驱动变压器。工频驱动变压器采用冷轧取向硅钢冲片叠装磁芯。高频驱动变压器采用MnZn软磁铁氧体磁芯。驱动变压器参数与采用的驱动电路有关。图5是一种驱动IGBT的电路原理与相关波形图。驱动变压器原边和副边都工作在正弦波电压下，在正弦波电压高于门限电压时，IGBT导通，低于门限电压时，断开。稳压器Dz决定门限电压Vth的大小，使它与副边输出电压幅值相近，从而使开关器件导通接近180°。在这电感器生产厂家种驱动电路中，工作在正弦波电压下的驱动变压器损耗小，体积和重量也小，不会产生电磁干扰。

作为高频SPWM逆变电路中的驱动变压器，载波频率一般大电流电感器都高于20kHz，还要进行正弦脉冲宽度调制（SPWM）。驱动电路和驱动变压器比图5中要复杂一些，但是，设计原则仍然是减小损耗，降低体积、重量和制造成本。一般都采用MnZn软磁铁氧体磁芯来制作SPWM驱动变压器。

2.4 滤波电感器

在逆变器中，起消除直流和交流中高次模压电感谐波作用的电磁元件是滤波电感器。直流滤波电感器接在逆变器的输入端，要承受直流和交流的叠加，工作电流大，电感也大，要求磁芯具有恒磁导特性，至少是同样参数的交流滤波电感器容量的2倍。交流滤波电感器只承受交流，磁芯中磁通双向工作，不要求具有恒磁导特性，磁导率远大于直流滤波电感器，一般与电容器组成π型或者T型滤波电路，主要针对高次谐波含量最大的3次谐波来设计。直流滤波电感器可采用铁粉芯，交流滤波电感器采用取向硅钢和非晶合金。平面变压器厂家 | 平面电感厂家

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