一种光伏逆变器用磁性材料，其特征在于：该材料是一种MnZn铁氧体材料，包括主成分Fe2O3、ZnO、MnO及辅助成分，主成分包含换算为(摩尔比)：Fe2O3：51.5～57.5mol％，ZnO：4.5～15.5mol％，余量为MnO；所述辅助成分包括Eu2O3、Al2O3；另外还包括其它辅助成分CaO、SiO2、MgO、Nb2O5和ZrO2中的1种或1种以上，所述辅助成分相对于主成分总量含量如下(重量比)：Eu2O3：0.05～0.15wt％、Al2O3：0.008～0.10wt％、CaO：0～0.15wt％、SiO2：0～0.035wt％、MgO：0～0.50wt％、Nb2O5：0～0.06wt％、ZrO2：0～0.055wt％。所述磁性材料的特征是：热膨胀系数小于8×10-6；磁致伸缩系数小于-0.3×10-6；在25℃下的磁导率为2100±25％；在25℃和100℃条件下的饱和磁通密度分别大于530mT和430mT；在100℃、25KHz×200mT以及100KHz×200mT条件下的功耗分别小于65mW/cm3和320mW/cm3。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光伏逆变器用磁性材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着人们环保意识的增强，对于可再生能源的关注越来越多。在太阳能、 风能、潮汐能等各类可再生能源中，太阳能成为了人们的首选。太阳能光伏发电系统是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池等共同组成。太阳能光伏发电系统中，光伏逆变器是整个太阳能系统的关键组件，是光伏系统的核心，太阳能是通过电池板转化产生电能的。 但是，电池板所转化的电力是直流电，要真正成为多数场合可使用的交流电就少不了一个特殊的装备——逆变器，逆变器的功能是将直流电转换为交流电，光伏逆变器为光伏系统核心器件。逆变器性能的改进对于提高系统的可靠性、效率，提高系统的寿命、降低成本至关重要。逆变电源按变换方式可分为工频变换和高频变换，但无论哪一种变换方式都需要使用磁性材料。在逆变器采用工频变压器的主电路中，起隔离及功率变换作用的电磁元件是工频变压器，由于工作频率较低，只有50或60Hz，磁性材料多数采用冷轧取向硅钢片叠装而成，因此，工频变压器体积大，重量重；在逆变器采用高频变压器绝缘的主电路中，起隔离及功率变换作用的电磁元件是高频变压器，早期电路工作频率在15 20KHz之间，由于冷轧取向硅钢片在此频率下功率损耗(简称功耗)过大，已不能使用，而采用铁硅铝磁粉心或MnSi软磁铁氧体等磁性材料制造成磁芯；但随着逆变器逆变技术正向着频率更高、功率更大、效率更高、体积更小的方向发展，电路工作频率不断提高，铁硅铝磁粉心的功耗随着工作频率的提高急剧增大而无法使用，在这种情况下只能采用MnSi铁氧体材料磁芯，这是由于MnSi铁氧体在高频下的具有较低的功耗，MnSi铁氧体材料另一个突出的优点是其成本要大大低于铁硅铝磁粉心。由于光伏发电系统的特殊性，逆变器工作电路中直流叠加成分较多，同时工作磁场强度较大，因此并非普通的MnSi铁氧体材料磁芯都能满足要求。工作于光伏逆变器中的 MnZn铁氧体材料磁芯必须具有较好的电磁性能，即高频低功耗，同时其直流叠加特性优良。另外，对于IKW以上的大功率光伏发电系统，由于转换功率较大，往往需要使用大尺寸的MnSi铁氧体材料磁心，这些磁心的重量都在IKg以上，甚至达到16Kg，由于工作在高频强场下，磁心温度较高，为保证逆变器安全可靠的工作，要求磁心具有较低的热膨胀系数，否则大尺寸的铁氧体磁心受热膨胀时很容易将绕组或骨架撑破，从而无法正常工作；另一个无法忽视的方面是，大尺寸的铁氧体磁心工作在高频强场下其磁致伸缩累积效应更明显，会大大影响逆变器工作的可靠性与稳定性，同时对周围的电器产生明显的电磁干扰，影响其它电子设备的正常工作。因此，要求铁氧体材料的磁致伸缩系数尽可能的低。综上所述，用于光伏发电系统的MnSi铁氧体材料，必须同时具有以下两方面的特性一方面是热膨胀系数以及磁致伸缩系数要尽可能的低，另一方面要求高频强场下功耗较低、直流叠加特性优良。这远远高于一般电子电路变压器(例如开关电源变压器)和扼流圈对MnSi铁氧体材料磁芯的要求，这是由于一般电子电路变压器通常尺寸较小，转换功率较低，通常在几瓦到几百瓦之间，因此，一般电子电路变压器对MnSi铁氧体材料磁芯通常只有上述第二方面的要求。人们在降低材料的功耗、改善直流叠加特性等方面做了大量的工作，在中国专利技术专利ZL 01112082. 7中公布了通过控制P元素的含量，并改进烧结工艺，获得高频电源变压器用低功耗铁氧体材料的方法；在中国专利技术专利ZL 00U6316. 1中公布了通过引入Si02、CaO、NiO以及等，从而获得了用于电源变压器的具有低功耗和高饱和磁通密度的铁氧体材料。上述这些专利主要是为了降低开关电源变压器或者是扼流圈用MnSi铁氧体材料功耗并提高其饱和磁通密度，而对如何降低磁心热膨胀系数和磁致伸缩系数基本没有考虑，这是由于一般电子电路变压器通常尺寸较小，转换功率较低，通常在几瓦到几百瓦之间，因此，一般电子电路变压器对MnSi铁氧体材料磁芯的热膨胀系数和磁致伸缩系数通常不作考虑。目前用于光伏逆变器的Mnai铁氧体材料其大致性能特性是热膨胀系数约为12X10—6 ；磁致伸缩系数约为-0. 6X10—6 ；在25°C下的磁导率为2300士25% ；在25°C 和100°C条件下的饱和磁通密度分别是5 IOmT和400mT ；在100°C、25KHz X 200mT以及 IOOKHz X 200mT条件下的功耗分别为70mW/cm3和420mW/cm3。该材料在频率在25KHz以下工作还是比较合适的，但随着逆变技术朝着频率更高、功率更大、效率更高、体积更小的方向发展，逆变器需要综合性能更好的MnSi铁氧体材料。本专利技术正是基于该现状而提出的，其目的在于，提供得到同时具有低热膨胀系数和低磁致伸缩系数以及高频低功耗、高饱和磁通密度的性能优异的磁性材料及其制造方法。
技术实现思路
本专利技术目的是提出一种光伏逆变器用低热膨胀系数和低磁致伸缩系数、高频低功耗、高饱和磁通密度的性能优异的磁性材料及制备方法，。本专利技术的技术方案是一种光伏逆变器用磁性材料，其特征是该磁性材料是一种MnSi铁氧体，包括主成分和辅助成分，主成分包含换算为(摩尔比)Je2O3 :51. 5 57. 5mol%, ZnO :4. 5 15. 5mol%，余量为MnO ；辅助成分包括Eu203、Al2O3 ；另外还包括其他辅助成分CaO、SiO2, MgO、Nb2O5和^O2中的1种或1种以上，所述辅助成分相对于主成分总量含量如下(重量比)Eu2O3 0. 05 0. 15wt%, Al2O3 :0. 008 0. IOwt CaO 0 0. 15wt %、SiO2 :0 0. 035wt %、MgO :0 0. 50wt %、Nb2O5 0 0. 06wt %、ZrO2 0 0. 055wt%。下面，对本专利技术的主成分和辅助成分的数值范围的限定理由进行说明。当Fii2O3的组成小于51. 5mol %，或ZnO的组成大于15. 5mol %时，难以获得较高的饱和磁通密度。当狗203的组成大于57. 5mol%，尽管可以获得较高的饱和磁通密度，但是功耗明显加大。此外，当SiO的组成小于4. 5m0l%时，产品功耗亦明显加大。本专利技术涉及的铁氧体，作为辅助成分，加入0. 01 0.Eu2O3和0. 008 0. 10wt%的Al2O3是为了获得较低的热膨胀系数和较低的磁致伸缩系数。当Eu2O3的含有量小于0. 05Wt%，或Al2O3的含有量小于0. 008Wt%时，对降低材料的热膨胀系数和磁致伸缩系数效果不明显。而当Eu2O3的含有量大于0. 15wt%，或Al2O3的含有量大于0. 10wt%时， 会导致铁氧体功耗明显上升，同时饱和磁通密度下降。此外，Eu2O3和Al2O3需要同时添加， 单独添加Al2O3时，会使铁氧体功耗明显上升，而饱和磁通密度下降；单独添加Eu2O3时，尽管会使饱和磁通密度明显上升，铁氧体功耗下降，但降低材料的热膨胀系数和磁致伸缩系数效果不很明显。本专利技术涉及的铁氧体，作为其他辅助成分010、3102、1%0、他205和&02，需要加入其中至少1种或1种以上，加入0 0. 15wt % Ca0、0 0. 03本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种光伏逆变器用磁性材料，其特征在于：该材料是一种ＭｎＺｎ铁氧体材料，包括主成分Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＭｎＯ及辅助成分，主成分包含换算为（摩尔比）：Ｆｅ２Ｏ３：５１．５～５７．５ｍｏｌ％，ＺｎＯ：４．５～１５．５ｍｏｌ％，余量为ＭｎＯ；所述辅助成分包括Ｅｕ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３，相对所述主成分总量，Ｅｕ２Ｏ３和Ａｌ２Ｏ３的总含量为０．０５～０．２５ｗｔ％。本专利技术方法制备的磁性材料其特征在于：热膨胀系数小于８×１０－６；磁致伸缩系数小于－０．３×１０－６；在２５℃下的磁导率为２１００±２５％；在２５℃和１００℃条件下的饱和磁通密度分别大于５３０ｍＴ和４３０ｍＴ；在１００℃、２５ＫＨｚ×２００ｍＴ以及１００ＫＨｚ×２００ｍＴ条件下的功耗分别小于６５ｍＷ／ｃｍ３和３２０ｍＷ／ｃｍ３。
【技术特征摘要】
1.一种光伏逆变器用磁性材料，其特征在于该材料是一种Mnai铁氧体材料，包括主成分 ^203、Ζη0、Μη0及辅助成分，主成分包含换算为(摩尔比)=Fe2O3 :51. 5 57. 5mol %， ZnO 4. 5 15. 5mol%，余量为MnO ；所述辅助成分包括Eu203、Al2O3，相对所述主成分总量， Eu2O3 和 Al2O3 的总含量为 0. 05 0. 25wt%0本发明方法制备的磁性材料其特征在于热膨胀系数小于8X10—6;磁致伸缩系数小于-0. 3X IO6 ；在25°C下的磁导率为2100士25% ；在25°C和100°C条件下的饱和磁通密度分别大于530mT和430mT ；在100°C、2^(Hz X 200mT以及100KHzX200mT条件下的功耗分别小于 65mW/cm3 和 320mW/cm3。2.根据权利要求1所述的一种光伏逆变器用磁性材料，其特征在于所述辅助成分相对于主成分的含量分别是Eu2O3 0. 05 0. 15wt%,Al2O3 :0. 008 0. IOwt% 3.根据权利要求1或2所述的一种光伏逆变器用磁性材料，其特征在于所述辅助成分进一步包括CaO、SiO2, MgO、Nb2O5和^O2中的1种或1...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆明岳，
申请(专利权)人：临沂中瑞电子有限公司，
类型：发明
国别省市：37
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