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

6.5% Si-teräs on erinomainen ydinmateriaali suurtaajuussovelluksiin, koska sen resistiivisyys on lähes 2 kertaa suurempi kuin 3% Si-teräksen ja lämmöntuotanto on pieni pienen pyörrevirtahäviön vuoksi. Toisaalta 3% Si-teräksellä on etuna suurempi kyllästysvuon tiheys verrattuna 6,5% Si-teräkseen, koska sen Si-pitoisuus on pienempi, mikä on ei-magneettinen elementti.

Tavanomaisella tekniikalla ei ollut mahdollista täyttää sekä suurta kyllästysvuon tiheyttä, joka oli lähes yhtä suuri kuin 3% Si-terästä, että vähäistä rautahäviötä suurella taajuudella samalla tasolla kuin 6,5% Si-terästä. Siksi JFE Steel kehitti uuden materiaalin, Gradient Si Super CoreTM JNSF, joka täyttää sekä suuren kyllästysvuon tiheyden että pienen rautahäviön suurella taajuudella1, 2).

Kuva 1 Tasavirran magnetointikäyrä

Kuvassa 1 on esitetty kehitetyn teräksen tasavirtamagnetointikäyrät 15JNSF950 (paksuus: 0,15 mm) ja 6,5% Si-teräslevy 10JNEX900 (paksuus: 0,1 mm). Koska 15JNSF950: llä on alhainen Si-pitoisuus levyn paksuuskeskellä, sen kyllästysvuon tiheys osoittaa suurta arvoa (noin 2.0 T) lähes yhtä suuri kuin 3% Si-terästä.

Kuva 2 Materiaalien rautahäviö

Kuvassa 2 on esitetty 15JNSF950:n ja 10JNEX900:n rautahäviö ja 6,5 % Si-terästä sisältävä pölyydin. Pölyytimet valmistetaan muovaamalla puhdasta rautajauhetta tai Si-teräsjauhetta sideaineella, ja tässä tutkimuksessa vertailumateriaalina käytettiin 6,5% Si-Fe-jauheen pölyydintä, joka osoittaa erinomaista suorituskykyä jopa pölysydämien keskuudessa. Verrattaessa 50 Hz:n taajuuden magneettiviritysolosuhteita, 15JNSF950:n rautahäviö oli suurempi kuin 10JNEX900:n, mutta melko pieni verrattuna pölyytimeen. Toisaalta 10 kHz: llä ero 15JNSF950: n ja 10JNEX900: n rautahäviön välillä pieneni, ja 20 kHz: llä 15JNSF950 osoittaa pienimmän rautahäviön vielä paksumman materiaalipaksuuden. Tämä johtuu siitä, että pyörrevirtahäviö pieneni levyn paksuuden suunnassa olevan jyrkän Si-pitoisuusgradientin vuoksi, ja tämä vaikutus tulee merkittäväksi suurtaajuusvirityksessä, jossa pyörrevirtahäviö on rautahäviön hallitseva tekijä1).

Toisin sanoen 15JNSF950 on materiaali, joka täyttää sekä korkean kyllästysvuon tiheyden, joka on lähes yhtä suuri kuin 3% Si-teräs, että alhaisen rautahäviön suurella taajuudella samalla tasolla kuin 6,5% Si-teräs.

Suurtaajuusreaktoreissa, joita käytetään ilmastointilaitteissa, aurinkosähköjärjestelmien tehonsyöttölaitteissa, hybridisähköajoneuvojen (HEV) sisäisissä virtalähteissä ja vastaavissa sovelluksissa, virta sisältää korkeita taajuuksia useista kilohertsistä useisiin kymmeniin kilohertsiin. Siksi reaktorin lämmöntuotannon välttämiseksi ydinmateriaalissa vaaditaan vähäistä rautahäviötä suurella taajuudella. Lisäksi, kun virta kasvaa ja vuon tiheys ydinmateriaalissa lähestyy kylläisyyttä, reaktorin induktanssi laskee jyrkästi ja on olemassa vaara, että sähkölaite voi vaurioitua. Tästä syystä ydinmateriaalissa vaaditaan myös suurta kyllästysvuon tiheyttä.15JNSF950, jolla on suuri kyllästysvuon tiheys ja jolla on alhainen rautahäviö suurilla taajuuksilla, soveltuu tämän tyyppisiin sovelluksiin ja on edullinen materiaali reaktorien pienentämiseen ja korkeaan hyötysuhteeseen.

Kuva 3 Testireaktoreiden tasavirtapoikkeamaominaisuudet

Samantyyppiset reaktorit valmistettiin käyttämällä 10JNEX900 ja 15JNSF950, ja kuva 3 esittää niiden tasavirtaharhan karasteristiikkaa. Kaiken kaikkiaan voidaan ymmärtää, että 15JNSF950 osoittaa suurempaa induktanssia. 15JNSF950: n suuren kyllästysvuon tiheyden vuoksi induktanssin väheneminen suurvirta-alueella on kohtalainen. Jotkut reaktorit vaativat suurta induktanssia nimellisarvoa suuremmalla virta-alueella; 15JNSF950: n katsotaan soveltuvan hyvin tällaisiin sovelluksiin. Koska 15JNSF950:n rautahäviö kaupallisella taajuudella on erittäin pieni verrattuna pölyytimen häviöön (6,5 % Si), kuten kuvassa 2 on esitetty, 15JNSF950:tä pidetään myös sopivana ydinmateriaalina vaihtovirtareaktoreille, joissa kaupallinen vaihtovirta asetetaan korkealle taajuudelle.

JFE Steelin kehittämä 15JNSF950 on materiaali, joka täyttää sekä korkean kyllästysvuon tiheyden, joka on lähes yhtä suuri kuin 3% Si-teräs, että alhaisen rautahäviön suurella taajuudella samalla tasolla kuin 6,5% Si-terästä. 15JNSF950 soveltuu käytettäväksi suurtaajuusreaktorien ydinmateriaaleissa jne. Tulevaisuudessa odotetaan myös soveltamista tehoelektroniikan alalla, jossa suuntaus kohti korkeampia taajuuksia etenee.