CN107162581A - 一种光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料，包括以下重量份的原料：三氧化二铁105‑110份、氧化锌18‑22份、氧化锰44‑48份、氧化镍2‑3份、三氧化二钴0.06‑0.18份、二氧化锆0.08‑0.16份、五氧化二铌0.05‑0.07份、氧化锡0.03‑0.11份、三氧化二铝0.01‑0.07份、二氧化钛0.08‑0.14份、氧化铕0.1‑0.3份、稀土氧化物1‑3份。本发明的光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料通过合理改进原料配方，使得制备的磁性材料具有更高的磁导率和良好的高频特性，而且功率损耗、居里温度、饱和磁通密度等指标均有较大的改善，同时本发明提供的制备方法其材料成本较低、原料易得、工艺简明，具有较高的使用价值和良好的应用前景。

Description

一种光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料及其制备方法。
背景技术
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器是一种由半导体器件组成的电力调整装置，主要用于把直流电力转换成交流电力。一般由升压回路和逆变桥式回路构成。升压回路把太阳电池的直流电压升压到逆变器输出控制所需的直流电压；逆变桥式回路则把升压后的直流电压等价地转换成常用频率的交流电压。逆变器主要由晶体管等开关元件构成，通过有规则地让开关元件重复开-关（ON-OFF），使直流输入变成交流输出。
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MnZn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MnZn铁氧体材料磁芯，这是由于MnZn铁氧体在高频下的具有较低的功耗，MnZn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。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，现有的MnZn铁氧体材料性能已经不能满足逆变器的需要。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料，该锰锌磁性材料通过合理改进原料配方，使得制备的磁性材料具有更高的磁导率和良好的高频特性，而且功率损耗、居里温度、饱和磁通密度等指标均有较大的改善，同时本发明提供的制备方法其材料成本较低、原料易得、工艺简明，具有较高的使用价值和良好的应用前景。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明提供了一种光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料，包括以下重量份的原料：
三氧化二铁105-110份、氧化锌18-22份、氧化锰44-48份、氧化镍2-3份、三氧化二钴0.06-0.18份、二氧化锆0.08-0.16份、五氧化二铌0.05-0.07份、氧化锡0.03-0.11份、三氧化二铝0.01-0.07份、二氧化钛0.08-0.14份、氧化铕0.1-0.3份、稀土氧化物1-3份。
优选地，所述光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料包括以下重量份的原料：
三氧化二铁108份、氧化锌20份、氧化锰46份、氧化镍2.5、三氧化二钴0.12份、二氧化锆0.12份、五氧化二铌0.06份、氧化锡0.07份、三氧化二铝0.04份、二氧化钛0.11份、氧化铕0.2份、稀土氧化物2份。
优选地，所述稀土氧化物为氧化镧、氧化铈、氧化镨中的一种或几种。
本发明还提供了一种光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，称取各组分原料，将三氧化二铁、氧化锌、氧化锰、氧化镍加水送入球磨机中球磨1-2小时，喷雾干燥，过60-100目筛，再在空气推板窑中进行预烧，预烧温度为900-950℃，预烧时间为1-3 小时，得到混合物A；
步骤二，将步骤一制得的混合物A、三氧化二钴、二氧化锆、五氧化二铌、氧化锡、三氧化二铝、二氧化钛、氧化铕、稀土氧化物加入送入球磨机中球磨2-3小时，喷雾干燥，过130-180目筛得到混合物B；
步骤三，将步骤二制得的混合物B加入全自动干压机，在压强15-25吨/平方厘米的条件下干压成型，将成型后的坯件放进烧结炉，在0.008%-0.2% 氧体积含量的氮气氛中，先以145-155℃/小时速率升温至675-685℃，保温1.5-2.5小时；再在0.9%-1.2%氧体积含量的氮气氛中，以124-126℃/小时速率升温至855-865℃时，保温0.5-1小时；再在2.5%-3.5% 氧体积含量的氮气氛中，再以79-81℃/小时速率升温至1280-1320℃，烧结保温时间为2.7-3.1小时；烧结后在0.06%-0.08%氧体积含量的氮气氛中降温至室温即得光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料。
优选地，所述制备步骤一为：称取各组分原料，将三氧化二铁、氧化锌、氧化锰、氧化镍加水送入球磨机中球磨1.5小时，喷雾干燥，过80目筛，再在空气推板窑中进行预烧，预烧温度为930℃，预烧时间为2小时，得到混合物A。
优选地，所述步骤二为：将步骤一制得的混合物A、三氧化二钴、二氧化锆、五氧化二铌、氧化锡、三氧化二铝、二氧化钛、氧化铕、稀土氧化物加入送入球磨机中球磨2-3小时，喷雾干燥，过150目筛得到混合物B。
优选地，所述步骤三为：将步骤二制得的混合物B加入全自动干压机，在压强20吨/平方厘米的条件下干压成型，将成型后的坯件放进烧结炉，在0.05% 氧体积含量的氮气氛中，先以150℃/小时速率升温至680℃，保温2小时；再在1.08% 氧体积含量的氮气氛中，以125℃/小时速率升温至860℃时，保温0.8小时；再在3%氧体积含量的氮气氛中，再以80℃/小时速率升温至1300℃，烧结保温时间为2.9小时；烧结后在0.07%氧体积含量的氮气氛中降温至室温即得光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料。
优选地，所述步骤三中降温速率为8-14℃/min。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明的一种光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料通过合理改进原料配方，使得制备的磁性材料具有更高的磁导率，更好的直流叠加特性，材料表面结构紧密，从而使产品机械强度提高、磁导率上升、损耗降低，分段顺序增温烧结，使得制备的材料功率损耗、频率特性、居里温度、饱和磁通密度等指标均有较大的改善，具有非常良好的电磁性能和储能特性，可以完全满足光伏逆变器的需要，提高光伏逆变器的工作效率。
（2)本发明的一种光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料添加了稀土氧化物，使得本发明的磁性材料具有良好的高频特性，一定程度上调节磁性材料的磁性能，扩大其应用范围。
（3）本发明的一种光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料的制备方法简单、工艺简明、材料成本较低、原料易得、适合大规模工业生产，具有较高的实用价值和广泛的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1.
本实施例的光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料，包括以下重量份的原料：
三氧化二铁105份、氧化锌18份、氧化锰44份、氧化镍2份、三氧化二钴0.06份、二氧化锆0.08份、五氧化二铌0.05份、氧化锡0.03份、三氧化二铝0.01份、二氧化钛0.08份、氧化铕0.1份、稀土氧化物1份。
本实施例中稀土氧化物为氧化镧。
本实施例的光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一，称取各组分原料，将三氧化二铁、氧化锌、氧化锰、氧化镍加水送入球磨机中球磨1小时，喷雾干燥，过60目筛，再在空气推板窑中进行预烧，预烧温度为900℃，预烧时间为3小时，得到混合物A；
步骤二，将步骤一制得的混合物A、三氧化二钴、二氧化锆、五氧化二铌、氧化锡、三氧化二铝、二氧化钛、氧化铕、稀土氧化物加入送入球磨机中球磨2小时，喷雾干燥，过130目筛得到混合物B；
步骤三，将步骤二制得的混合物B加入全自动干压机，在压强15吨/平方厘米的条件下干压成型，将成型后的坯件放进烧结炉，在0.008%氧体积含量的氮气氛中，先以145℃/小时速率升温至675℃，保温1.5小时；再在0.9%%氧体积含量的氮气氛中，以124℃/小时速率升温至855℃时，保温0.5小时；再在2.5% 氧体积含量的氮气氛中，再以79℃/小时速率升温至1280℃，烧结保温时间为2.7小时；烧结后在0.06%氧体积含量的氮气氛中，以8℃/min降温速率降温至室温即得光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料。
实施例2.
本实施例的光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料，包括以下重量份的原料：
三氧化二铁110份、氧化锌22份、氧化锰48份、氧化镍3份、三氧化二钴0.18份、二氧化锆0.16份、五氧化二铌0.07份、氧化锡0.11份、三氧化二铝0.07份、二氧化钛0.14份、氧化铕0.3份、稀土氧化物3份。
本实施例中稀土氧化物为氧化铈。
本实施例的光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一，称取各组分原料，将三氧化二铁、氧化锌、氧化锰、氧化镍加水送入球磨机中球磨2小时，喷雾干燥，过100目筛，再在空气推板窑中进行预烧，预烧温度为950℃，预烧时间为3小时，得到混合物A；
步骤二，将步骤一制得的混合物A、三氧化二钴、二氧化锆、五氧化二铌、氧化锡、三氧化二铝、二氧化钛、氧化铕、稀土氧化物加入送入球磨机中球磨3小时，喷雾干燥，过180目筛得到混合物B；
步骤三，将步骤二制得的混合物B加入全自动干压机，在压强25吨/平方厘米的条件下干压成型，将成型后的坯件放进烧结炉，在0.2% 氧体积含量的氮气氛中，先以155℃/小时速率升温至685℃，保温2.5小时；再在1.2%氧体积含量的氮气氛中，以126℃/小时速率升温至865℃时，保温1小时；再在3.5% 氧体积含量的氮气氛中，再以81℃/小时速率升温至1320℃，烧结保温时间为3.1小时；烧结后在0.08%氧体积含量的氮气氛中，以14℃/min降温速率降温至室温即得光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料。
实施例3.
本实施例的光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料，包括以下重量份的原料：
三氧化二铁108份、氧化锌20份、氧化锰46份、氧化镍2.5、三氧化二钴0.12份、二氧化锆0.12份、五氧化二铌0.06份、氧化锡0.07份、三氧化二铝0.04份、二氧化钛0.11份、氧化铕0.2份、稀土氧化物2份。
本实施例中稀土氧化物为氧化镧、氧化铈、氧化镨中的一种或几种。
本实施例的光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，称取各组分原料，将三氧化二铁、氧化锌、氧化锰、氧化镍加水送入球磨机中球磨1.5小时，喷雾干燥，过80目筛，再在空气推板窑中进行预烧，预烧温度为930℃，预烧时间为2小时，得到混合物A；
步骤二，将步骤一制得的混合物A、三氧化二钴、二氧化锆、五氧化二铌、氧化锡、三氧化二铝、二氧化钛、氧化铕、稀土氧化物加入送入球磨机中球磨2-3小时，喷雾干燥，过150目筛得到混合物B；
步骤三，将步骤二制得的混合物B加入全自动干压机，在压强20吨/平方厘米的条件下干压成型，将成型后的坯件放进烧结炉，在0.05% 氧体积含量的氮气氛中，先以150℃/小时速率升温至680℃，保温2小时；再在1.08% 氧体积含量的氮气氛中，以125℃/小时速率升温至860℃时，保温0.8小时；再在3%氧体积含量的氮气氛中，再以80℃/小时速率升温至1300℃，烧结保温时间为2.9小时；烧结后在0.07%氧体积含量的氮气氛中，以11℃/min降温速率降温至室温即得光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料。
应用以上各实施例制得的光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料性能测试结果如下：
实验项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例
初始磁导率μi 6680±20% 6552±20% 6645±20% 2600±25%
饱和磁通率密度Bs（mT）100℃ 426 438 433 400
居里温度Tc（℃） ≥250 ≥250 ≥250 ≥220
电阻率P(Ω·m） 6.9 7.1 7.0 5.8
功耗Pc（mw/cm3） 410 401 405 400
本发明的一种光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料通过合理改进原料配方，使得制备的磁性材料具有更高的磁导率和良好的高频特性，而且功率损耗、居里温度、饱和磁通密度等指标均有较大的改善，同时本发明提供的制备方法其材料成本较低、原料易得、工艺简明，具有较高的使用价值和良好的应用前景。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：
三氧化二铁105-110份、氧化锌18-22份、氧化锰44-48份、氧化镍2-3份、三氧化二钴0.06-0.18份、二氧化锆0.08-0.16份、五氧化二铌0.05-0.07份、氧化锡0.03-0.11份、三氧化二铝0.01-0.07份、二氧化钛0.08-0.14份、氧化铕0.1-0.3份、稀土氧化物1-3份。
2.根据权利要求1所述的一种光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料，其特征在于，所述光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料包括以下重量份的原料：
三氧化二铁108份、氧化锌20份、氧化锰46份、氧化镍2.5、三氧化二钴0.12份、二氧化锆0.12份、五氧化二铌0.06份、氧化锡0.07份、三氧化二铝0.04份、二氧化钛0.11份、氧化铕0.2份、稀土氧化物2份。
3.根据权利要求1或2所述的一种光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料，其特征在于，所述稀土氧化物为氧化镧、氧化铈、氧化镨中的一种或几种。
4.一种制备如权利要求1或2所述的光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，称取各组分原料，将三氧化二铁、氧化锌、氧化锰、氧化镍加水送入球磨机中球磨1-2小时，喷雾干燥，过60-100目筛，再在空气推板窑中进行预烧，预烧温度为900-950℃，预烧时间为1-3 小时，得到混合物A；
步骤二，将步骤一制得的混合物A、三氧化二钴、二氧化锆、五氧化二铌、氧化锡、三氧化二铝、二氧化钛、氧化铕、稀土氧化物加入送入球磨机中球磨2-3小时，喷雾干燥，过130-180目筛得到混合物B；
步骤三，将步骤二制得的混合物B加入全自动干压机，在压强15-25吨/平方厘米的条件下干压成型，将成型后的坯件放进烧结炉，在0.008%-0.2% 氧体积含量的氮气氛中，先以145-155℃/小时速率升温至675-685℃，保温1.5-2.5小时；再在0.9%-1.2%氧体积含量的氮气氛中，以124-126℃/小时速率升温至855-865℃时，保温0.5-1小时；再在2.5%-3.5% 氧体积含量的氮气氛中，再以79-81℃/小时速率升温至1280-1320℃，烧结保温时间为2.7-3.1小时；烧结后在0.06%-0.08%氧体积含量的氮气氛中降温至室温即得光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料。
5.根据权利要求4所述的一种光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料的制备方法，其特征在于，所述制备步骤一为：称取各组分原料，将三氧化二铁、氧化锌、氧化锰、氧化镍加水送入球磨机中球磨1.5小时，喷雾干燥，过80目筛，再在空气推板窑中进行预烧，预烧温度为930℃，预烧时间为2小时，得到混合物A。
6.根据权利要求4所述的一种光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二为：将步骤一制得的混合物A、三氧化二钴、二氧化锆、五氧化二铌、氧化锡、三氧化二铝、二氧化钛、氧化铕、稀土氧化物加入送入球磨机中球磨2-3小时，喷雾干燥，过150目筛得到混合物B。
7.根据权利要求4所述的一种光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三为：将步骤二制得的混合物B加入全自动干压机，在压强20吨/平方厘米的条件下干压成型，将成型后的坯件放进烧结炉，在0.05% 氧体积含量的氮气氛中，先以150℃/小时速率升温至680℃，保温2小时；再在1.08% 氧体积含量的氮气氛中，以125℃/小时速率升温至860℃时，保温0.8小时；再在3%氧体积含量的氮气氛中，再以80℃/小时速率升温至1300℃，烧结保温时间为2.9小时；烧结后在0.07%氧体积含量的氮气氛中降温至室温即得光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料。
8.根据权利要求4或7所述的一种光伏逆变器用高性能锰锌磁性材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三中降温速率为8-14℃/min。
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