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深入了解逆变器里面的电感

 电机CAD 2017-12-05

电感器(Inductor)是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。电感器的结构类似于变压器,但只有一个绕组。电感最大的特点是,电流不能突变,只能慢慢变大或者变小,正是利用这个特性,电感可以把断续的直流方波电流变成连续的正弦波电流。电感器又称扼流器(CHOKE)、电抗器。电感是光伏逆变器里面最关键的元器件之一,主要有储能,升压,滤波,消除EMI等作用,使用灌胶电感,可以降低逆变器内部及电感温度,还能显著提高电感的性能和寿命。


《一》 电感的原理及作用





共模电感


光伏组件是直流源,本身不会产生电磁干扰,有些逆变器厂家为了降低成本,取消了逆变器直流EMI共模电感,实际上,由于逆变器功率器件开关速度非常高,会产生较大的共模干扰电流,如果没有直流EMI共模电感,这些干扰电流信号就会传到直流电缆和组件上,这时组件就会像一个天线,产生电磁干扰,影响光伏系统周边的电信号,如有带天线的电视机和收音机等设备就会工作不良。


为了提升发电量,组串式逆变器一般为两级结构,输入电压范围较宽,单相为70-550V,三相为200-1000V。前级为BOOST升压,要配置升压电感,后级为逆变电路,要配置滤波电感,升压电感和滤波电感是功率电感,从工作电流的角度来看,功率电感在其整个工作段内纹波电流相对较大并且工作温度较高,从而功率电感的直流偏置特性要求较高(尤其是高温时),提高功率电感对应铁氧体材料的高温Bs(饱和磁通密度)非常必要;另一方面,从损耗的角度来看,功率电感的损耗可能占到太阳能逆变系统总损耗的20~40%,降低功率电感铁损非常必要。



《二》如何提高电感的效率






灌胶后的电感作为一个整体安装在逆变器后面,和把电感安装在逆变器内部相比,共有四大优势:


1、空气的导热系数为0.023W/m·k,铝导热系数为是160 W/m·k,硅胶导热系数约为1.2 W/m·k,采用灌胶工艺的电感,相当于散热面积积扩大了3-4倍,散热速度提高了10多倍,因此可以降低电感温度,减少温度升高时老化开裂容量下降现象发生。


2、由于电感是逆变器第二发热元器件,电感和PCBA板分开安装,热量直接向外散发,不会提升逆变器内部温度。避免逆变器其它元器件如电容,芯片,传感器温度升高而性能受到影响,降低寿命。


3、经过硅胶和铝壳双层密封,可以降低电感的噪声。电感整体固定在逆变器框架上,可以减少逆变器在运输和安装过程中振动,牢靠不易松动。


《三》减少有害的杂散电感




1、采用叠层母排:


电容正负端子方向和电流方向保持一致、电容和功率器件之间的距离尽可能短、叠层母排正极和负极之间的距离尽可能短。通过正负极层叠平行分布的结构形式降低线路分布电感,从而降低功率元件两端的反向峰值电压,降低功率器件对电压保护吸收电路的要求,提高功率器件运行的可靠性和稳定性,同时提高了电路的集成度,便于维修维护。



2、采用高频吸收薄膜电容:


吸收电容在电路中起的作用类似于低通滤波器,可以吸收掉尖峰电压。通常用在有绝缘栅双极型晶体管(IGBT),消除由于母排的杂散电感引起的尖峰电压,避免绝缘栅双极型晶体管的损坏。



3、采用功率模块


功率模块是采用特殊的工艺,把多个元器件集成封装在一起,这样保证了元器件之间最短距离,降低线路分布电感。



减少杂散电感,中功率组串式逆变器通常采用功率模块的方案,集中式逆变器,通常采用采用叠层母排和吸收薄膜电容的方案。

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