2013 四月

再生能源应用中的EMC

消除干扰

在全球范围内,可再生能源的运用日益普遍。前所未有的大量复杂系统及设施对EMC解决方案的需求越来越高,对于新型大功率变流器的需求尤其迫切。EPCOS(爱普科斯) 元件可确保风力发电厂不会干扰电网。

风力涡轮机的转子、发电机、传动装置与变流器迎来高速发展期,发电系统的性能得到飞速提升,功率输出达到2.5 MW甚至更高。现在,使用基于脉冲宽度调制 (PWM) 的变流器来传输发电机产生的所有能量,可进一步提高风力涡轮机的效率。这其中的关键在于根据风力强度,灵活地调节风力涡轮机的速度。此外,这种变流器还具备另外一项优势——视情况调节相移。但是,变流器的开关频率位于1 kHz至5 kHz范围时,其开关操作将引发干扰。这具体与变流器的设计相关。随着功率半导体元件的进一步发展,这些频率值可能会更高。

如果电网波形与理想正弦有任何偏差都会引起电网损耗,最终都会引起负载损耗。因此对电力系统防止波形畸变与谐波的需求也相应变高。

通常在变流器输出端配置功率电感/电抗足以得到较为接近的理想正弦波形,但仍有残余的开关频率及其谐波存在。

图1:变流器输出端滤波

EPCOS(爱普科斯)滤波电感L4至L6形成了一个谐振电路,抑制了开关干扰

电感L1至L3及L1’至L3’(图1)承受变流器的所有负载电流。电感量及磁芯材料决定了电感对开关频率的滤波效果。但电感值越高,所需电感体积更大,需要相应冷却措施,而且相应的成本更高。所有这些都是限制因素,特别是对于风电变流器设计而言。

将爱普科斯(EPCOS)的滤波电感L4至L6与其B3236*或B2536*系列的电力电容器串联形成谐振电路(图1)可消除这些限制因素。该电路可很大程度上削弱开关频率谐波,但不会承受实际的负载电流。为确保电路不被解调而无效,滤波电感切不可达到最大负载而饱和。

铁氧体磁芯的优势
铁氧体通常被用作磁芯材料,特别是工作频率高于50 kHz的变压器与电感。但人们正在研究使用高饱和容量的新材料来代替铁氧体。不过这些新材料需要用到昂贵的稀土金属。对于用于制作大功率谐振电路中的滤波电感的大型磁芯而言,这一限制尤其不利。

实践证明,当用在开关频率2.5 kHz至25 kHz的谐振电路时,铁氧体磁芯即便与不那么昂贵的材料相比,也更具性价比。由于很大比例的开关频率电流,导向性硅钢片或金属粉芯会造成很高的损耗,从而导致过热。另外铁氧体材料本身就是氧化物,具有防腐蚀性。

通过适当电感设计,可改善铁氧体饱和强度低的问题,使其额定电流加倍。图2为新的爱普科斯的200 A级谐振电路滤波电感的饱和曲线。

图2:新型EPCOS(爱普科斯)200 A级谐振电路滤波电感的饱和曲线。


得益于爱普科斯电感的铁氧体磁芯,即使在两倍额定电流时,其电感只降低了约2 µH。

轻便铝绕阻节省成本
这些EPCOS(爱普科斯)电感使用铝绕阻,不仅比铜绕阻性价比高,而且重量更轻。由于结合了铝箔与铜接头,铝与铜的临界接触位于线圈的内部受保护区域。爱普科斯使用高级别环氧树脂对电感进行真空浸漆处理,确保铜与铝的接触区完全不受潮湿与氧气影响。图3为一个爱普科斯三相铁氧体电感。

图3:EPCOS(爱普科斯) 130 A级三相铁氧体电感
不锈钢框架可确保扼流圈在运输与装配期间不受损坏。

无溶剂浸漆树脂可确保在整个使用寿命期内都不会发生开裂。这对于电感使用是非常重要的,因为如果发生开裂,水分与氧气会渗透接触点,对端子造成电解腐蚀。铜端子导轨可确保即使电感工作期间即使暴露于盐水之中,触点也不会发生电解腐蚀。不锈钢框架将整个磁芯罩住,确保运输与装配中电感的安全。这样,在投入运行前就将损坏风险降至最低。框架无磁性,因此也不会因漏磁场而产生损耗。

EPCOS(爱普科斯)三相铁氧体电感的主要参数

电流处理能力[A]130
电感 [µH]12
测试电压 [V AC]3000
尺寸[mm]200 × 150 × 220
重量[kg]9
最高温度 [°C]180

这些新的电感源自于爱普科斯多年从事开发、制造铁氧体磁芯与铝绕阻三相电感的丰富经验。与其它解决方案相比,这些电感可耐受风电厂极度严苛的工作条件,并且性价比高。

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