電感器(Inductor)是能夠把電能轉化為磁能而存儲起來的元件。電感器的結構類似於變壓器,但只有一個繞組。電感最大的特點是,電流不能突變,只能慢慢變大或者變小,正是利用這個特性,電感可以把斷續的直流方波電流變成連續的正弦波電流。電感器又稱扼流器(CHOKE)、電抗器。電感是光伏逆變器裡面最關鍵的元器件之一,主要有儲能,升壓,濾波,消除EMI等作用,使用灌膠電感,可以降低逆變器內部及電感溫度,還能顯著提高電感的性能和壽命。
《一》 電感的原理及作用
電感器一般由骨架、繞組、磁心或鐵心、屏蔽罩、封裝材料、等組成。骨架泛指繞制線圈的支架。將漆包線環繞在骨架上,再將磁心或銅心、鐵心等裝入骨架的內腔,以提高其電感量。繞組是指具有規定功能的一組線圈,繞組有單層和多層之分。鐵心材料主要有矽鋼片、坡莫合金,鐵氧體,非晶,金屬磁粉芯等。一臺光伏逆變器中,通常共有4種電感,直流共模電感﹑升壓電感﹑濾波電感,交流共模電感。
共模電感主要起EMI濾波的作用,一方面要濾除外界共模電磁對逆變器的幹擾,另一方面又要抑制逆變器本身不向外發出電磁幹擾,避免影響電網和同一電磁環境下其他設備的正常工作。
共模電感
光伏組件是直流源,本身不會產生電磁幹擾,有些逆變器廠家為了降低成本,取消了逆變器直流EMI共模電感,實際上,由於逆變器功率器件開關速度非常高,會產生較大的共模幹擾電流,如果沒有直流EMI共模電感,這些幹擾電流信號就會傳到直流電纜和組件上,這時組件就會像一個天線,產生電磁幹擾,影響光伏系統周邊的電信號,如有帶天線的電視機和收音機等設備就會工作不良。
為了提升發電量,組串式逆變器一般為兩級結構,輸入電壓範圍較寬,單相為70-550V,三相為200-1000V。前級為BOOST升壓,要配置升壓電感,後級為逆變電路,要配置濾波電感,升壓電感和濾波電感是功率電感,從工作電流的角度來看,功率電感在其整個工作段內紋波電流相對較大並且工作溫度較高,從而功率電感的直流偏置特性要求較高(尤其是高溫時),提高功率電感對應鐵氧體材料的高溫Bs(飽和磁通密度)非常必要;另一方面,從損耗的角度來看,功率電感的損耗可能佔到太陽能逆變系統總損耗的20~40%,降低功率電感鐵損非常必要。
《二》如何提高電感的效率
鐵損主要由磁性材質的特性所決定。為了減少鐵損,必須優化選取高頻損耗特性好的材料。磁性材料的損耗優劣關係:鐵氧體 < 非晶 < 鐵矽鋁 < 鐵矽 < 純鐵粉芯。在各類磁性材料中,鐵矽鋁磁粉芯具有分布式氣隙、飽和磁感應強度大、寬恆磁導率、高居裡溫度、在高頻下具有極低的損耗,幾近為零的磁致伸縮係數,價格適中,使其成為光伏逆變器功率電感器最佳選擇。
鐵矽鋁磁粉芯優勢:適當的成本,優於鉬坡莫合金/高磁通以及複合合金;較低的損耗,優於鐵粉芯;高飽和度,優於間隙鐵氧體;接近零的磁致伸縮,優於鐵粉芯;無熱老化現象,優於鐵粉芯;軟飽和,優於鐵氧體及複合合金。
鐵矽鋁磁粉芯缺點:和所有的粉末冶金材料一樣,鐵矽鋁也需要粘結劑,和矽鋼片相比,存在老化開裂,溫度升高時容量會下降,電流噪聲較大等缺點,為了克服這些缺點,一般採取電感灌膠工藝等方法。
電感灌膠:分為鋁型材組裝、電感組裝、初測、灌導熱矽膠、固化、終測、整體封裝線束整理等多道工序,約增加30%以上材料成本和50%的人工成本。
泓達光伏 劉繼茂