JFE Super Core 15JNSF / 10JNRF / 10JNEX900 / 10JNHF600

6.5% Si-stål er et fremragende kernemateriale til højfrekvente applikationer, fordi dets resistivitet er næsten 2 gange højere end 3% Si-stål, og varmegenereringen er lille på grund af dets lille hvirvelstrømstab. På den anden side har 3% Si-stål fordelen ved en højere mætningsfluxtæthed sammenlignet med 6,5% Si-stål på grund af dets mindre indhold af Si, som er et ikke-magnetisk element.

Med konventionel teknologi var det ikke muligt at tilfredsstille både høj mætningsfluxtæthed næsten lig med 3% Si-stål og lavt jerntab ved høj frekvens på samme niveau som 6,5% Si-stål. Derfor udviklede JFE Steel et nyt materiale, Gradient Si Super CoreTM JNSF, som tilfredsstiller både høj mætningsfluxtæthed og lavt jerntab ved høj frekvens1, 2).

Fig. 1 Jævnstrømsmagnetiseringskurve

Figur 1 viser jævnstrømsmagnetiseringskurverne for det udviklede stål, 15JNSF950 (tykkelse: 0,15 mm) og 6,5% Si-stålplade 10JNEX900 (tykkelse: 0,1 mm). Fordi 15JNSF950 har en lav koncentration af Si i arkets tykkelsescenter, viser dens mætningsfluxtæthed en høj værdi (ca. 2,0 T) næsten lig med 3% Si-stål.

Fig. 2 Jerntab af materialerne

Figur 2 viser jerntabet på 15JNSF950 og 10JNEX900 og en støvkerne på 6,5% Si-stål. Støvkerner fremstilles ved støbning af rent jernpulver eller Si-stålpulver med bindemiddel, og i denne undersøgelse blev støvkernen af 6,5% Si-Fe-pulver, som viser fremragende ydeevne selv blandt støvkernerne, brugt som sammenligningsmateriale. Sammenlignet under den magnetiske excitationstilstand på en frekvens på 50 Hz var jerntabet på 15JNSF950 større end 10JNEX900, men var ret lille i sammenligning med støvkernen. På den anden side faldt forskellen mellem jerntabet på 15JNSF950 og 10JNEX900 ved 10 kHz, og ved 20 kHz viser 15JNSF950 det laveste jerntab endnu tykkere materialetykkelse. Dette skyldes, at hvirvelstrømstabet faldt på grund af den stejle Si-koncentrationsgradient i arktykkelsesretningen, og denne effekt bliver bemærkelsesværdig under højfrekvent excitation, hvor hvirvelstrømstab er den styrende faktor for jerntab1).

Med andre ord er 15JNSF950 et materiale, der opfylder både høj mætningsfluxtæthed næsten lig med 3% Si-stål og lavt jerntab ved høj frekvens på samme niveau som 6,5% Si-stål.

I højfrekvente reaktorer, der anvendes i airconditionanlæg, strømkonditioneringsanlæg til solenergisystemer, indbyggede strømforsyninger til hybride elektriske køretøjer (HEV) og lignende applikationer, omfatter strømmen høje frekvenser fra flere kilohertzes til flere titalls kilohertzes. For at undgå varmegenerering i reaktoren kræves derfor lavt jerntab ved høj frekvens i kernematerialet. Når strømmen stiger, og fluxtætheden i kernematerialet nærmer sig mætning, falder reaktorinduktansen kraftigt, og der er fare for, at det elektriske udstyr kan blive beskadiget. Af denne grund kræves der også høj mætningsfluxtæthed i kernematerialet.15JNSF950, som har en høj mætningsfluxtæthed og viser lavt jerntab ved høj frekvens, er velegnet til applikationer af denne type og er et fordelagtigt materiale til nedskæring og høj effektivitet i reaktorer.

Fig. 3 Testreaktorernes egenskaber ved jævnstrømsbias

Reaktorer af samme type blev fremstillet ved hjælp af 10JNEX900 og 15JNSF950, og fig. 3 viser deres jævnstrømsbias-karasteristik. Samlet set kan det forstås, at 15JNSF950 viser højere induktans. På grund af den høje mætningsfluxtæthed på 15JNSF950 er faldet i induktans i højstrømsområdet moderat. Nogle reaktorer kræver høj induktans i højere strømområde end en nominel værdi; 15JNSF950 anses for velegnet til sådanne applikationer. Fordi jerntabet på 15JNSF950 ved kommerciel frekvens er ekstremt lille sammenlignet med støvkernen (6,5% Si), som vist i fig. 2, anses 15JNSF950 også for at være et egnet kernemateriale til vekselstrømsreaktorer, hvor kommerciel vekselstrøm er overlejret på en høj frekvens.

15JNSF950, som blev udviklet af JFE Steel, er et materiale, der opfylder både høj mætningsfluxtæthed næsten svarende til 3% Si-stål og lavt jerntab ved høj frekvens på samme niveau som 6,5% Si-stål. 15JNSF950 er velegnet til brug i kernematerialerne i højfrekvente reaktorer mv. Anvendelse inden for effektelektronik, hvor tendensen mod højere frekvenser skrider frem, forventes også i fremtiden.