在光伏逆变器中，通常使用PWM调制技术将直流电源转换为三相PWM交流电；而PWM交流电波形不可避免地含有诸多高频谐波分量，故在逆变器的输出端必须安装交流滤波电感以滤除高频谐波。由于开关电源的调制频率在3K赫兹，故在光伏逆变器系统中的高频谐波电流的频次将达到3 K赫兹左右，其谐波含量达到基波电流的2.5%左右，这对于滤波电抗器提出了比较严格的要求。
传统的干式铁芯电抗器的铁芯结构，其芯柱由若干铁饼和气隙板交隔组成，这种结构由于铁芯柱被气隙隔断，在气隙处将产生相应的漏磁场，从而产生额外的损耗。同时，因为有气隙存在，在交变基波电流及高次谐波电流的作用下，铁芯柱的铁饼间存在交变吸引力，加上铁芯硅钢片在交变磁场中固有的磁致伸缩，将导致电抗器铁芯噪音远大于同规格变压器。
与传统铁芯电抗器通过调整气隙高度来改变电感量的方式不同，磁粉芯电抗器的铁芯柱不设置气隙，通过调整磁粉芯的有效截面积及磁芯的相对磁导率即可调节电抗器的单匝电感量。本磁粉芯电抗器的铁芯由磁粉芯构成，磁粉芯是由铁基合金材料制成的粉末，经表面绝缘包覆与无机粘合剂混合压制然后再进行高温处理而成的一种软磁材料。磁粉芯内有均匀的气隙分布特征，拥有优异的磁特性、低磁滞和低涡流损耗。
以某公司500kW逆变器配套的三相滤波电抗器LKSG-1070/175为例，其技术参数要求如下：
交流线电压：270V；开关频率：3kHz；额定电感量：0.175mH（±5%）；额定基波电流有效值：1070A；额定功率损耗≤2.5kW；最大温升≤90K;额定工况下噪声≤80dB。
根据以上参数，设计两种方案，其铁芯材质分别为硅钢片和磁粉芯，将两种计算方案内的铁芯结构及各项设计参数一一列出进行比对分析。
图（1）、表（1）所对应的铁芯材质为宝钢B23P095。具体性能：片厚0.23mm；1.7T、50Hz时，单位铁损为0.95W/kg；
图（2）、表（2）所对应的铁芯材质为合金磁粉芯。具体规格：Fe-Si合金磁粉条（KDM），单体磁条规格：80×30×20mm，μr=60，饱和磁密：1.6T，基波叠加谐波后的单位损耗为：9.06mW/cm3；
表（3）为两种材质的光伏逆变滤波电抗器实测值对比。
图（1） 干式铁芯电抗器铁芯尺寸示意图
线圈匝数（匝） | 叠厚（mm） | 片宽（mm） | 总气隙高度（mm） | 铁芯材质 | 铁芯重量（kg） | 铝箔规格尺寸（mm） | 线圈重量（kg） | 磁密（T） | 电密（A/mm2） | 铁芯损耗（W） | 线圈损耗（W） |
14 | 220 | 90 | 30.5 （单柱） | 宝钢B23P095 | 365 | 1.6×450（双层） | 150.5 | 0.985 | 0.743 | 320 | 1895 |
表（1） 干式铁芯电抗器主要设计参数
图（2） 磁粉芯滤波电抗器磁路尺寸示意图
线圈匝数（匝） | 磁路截面尺寸（mm） | 总气隙高度（mm） | 磁芯材质 | 磁芯重量（kg） | 铝箔规格尺寸（mm） | 线圈重量（kg） | 磁密（T） | 电密（A/mm2） | 磁芯损耗（W） | 线圈损耗（W） |
20 | 60×150 | 0 | Fe-Si 合金磁粉条（KDM） | 165 | 1.3×450（双层） | 146 | 1.47 | 0.915 | 196 | 1856 |
表（2） 磁粉芯滤波电抗器主要设计参数
材质 | 器身总重（kg） | 实际功率损耗（W） | 效率（%） | 温升（K） | 实测噪音（dB） |
硅钢片 | 570 | 2480 | 98.7 | 54.3/89 | 80 |
合金磁粉芯 | 350 | 2060 | 98.9 | 54.2/81 | 60 |
表（3） 两种材质的光伏逆变滤波电抗器实测值对比
对比表（1）、图（1）与表（2）、图（2）的技术参数可以发现：合金磁粉芯铁芯制成的电抗器，其铁芯重量、外形尺寸、功率损耗、噪音都明显小于硅钢片制成的电抗器。
分析表（3）数据可以发现：磁粉芯由于其材质结构，在高频谐波下，由于磁致伸缩接近于零，故在不同频率下无噪音产生，这一点是硅钢片铁芯所无法比拟的。合金磁粉芯铁芯制成的电抗器采用了1.47T的磁密，此时电抗器噪音远低于80dB；而硅钢片铁芯制成的电抗器磁密为0.985T时，噪音已接近临界值。
在效率、温升差不多的情况下，由合金磁粉芯的铁芯制作而成的电抗器无论是总重还是功率损耗都明显低于同规格的硅钢片铁芯制作而成的电抗器；而且在结构上，由于取消了芯柱气隙，简化了生产工艺，大大减少了工作量。
经本文对比分析，考虑到铁芯磁密、器身总重、功率损耗等相关参数，采用磁粉芯铁芯制作而成的电抗器具有低损耗、重量轻、占有空间小、噪声低等全方位的优势，可用于取代传统的干式铁芯滤波电抗器。
笔者水平有限，敬请指正！
署名作者简介：
严政（1989-），男，江苏靖江人，江苏上能新特变压器有限公司工程师，从事光伏逆变器配套滤波电抗器及变压器技术研发工作。
张中（1973-），男，江苏常州人，江苏上能新特变压器有限公司首席专家，电机工程硕士，长期从事超高压电力变压器及特种变压器技术研发工作。
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