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

A 6,5% Si acél kiváló maganyag a nagyfrekvenciás alkalmazásokhoz, mivel ellenállása közel 2-szer nagyobb, mint a 3% Si acélé, és a hőtermelés kicsi a kis örvényáram-veszteség miatt. Másrészt a 3% Si acél előnye, hogy nagyobb telítettségi fluxus sűrűséggel rendelkezik, mint a 6, 5% Si acél, kisebb Si tartalma miatt, amely nem mágneses elem.

A hagyományos technológiával nem lehetett kielégíteni mind a 3% Si acéléval közel azonos magas telítettségi fluxussűrűséget, mind az alacsony vasveszteséget magas frekvencián ugyanazon a szinten, mint a 6,5% Si acél. Ezért a JFE Steel kifejlesztett egy új anyagot, a Gradient Si Super CoreTM JNSF-et, amely kielégíti mind a nagy telítettségi fluxus sűrűséget, mind az alacsony vasveszteséget magas frekvencián1, 2).

1. ábra Egyenáramú mágnesezési görbe

Az 1. ábra a kifejlesztett acél, 15JNSF950 (vastagság: 0,15 mm) és a 6,5% Si acéllemez 10JNEX900 (vastagság: 0,1 mm) egyenáramú mágnesezési görbéit mutatja. Mivel a 15JNSF950 alacsony Si koncentrációval rendelkezik a lemez vastagsági középpontjában, telítettségi fluxus sűrűsége magas értéket mutat (kb. 2,0 T), amely közel megegyezik a 3% Si acéléval.

2. ábra Az anyagok vasvesztesége

A 2. ábra 15JNSF950 és 10JNEX900 vasveszteséget és 6,5% Si acél pormagot mutat. A pormagokat tiszta vaspor vagy Si acélpor kötőanyaggal történő öntésével állítják elő, és ebben a tanulmányban összehasonlító anyagként a 6,5% Si-Fe por pormagját használtuk, amely még a pormagok között is kiváló teljesítményt mutat. Összehasonlítva 50 Hz-es mágneses gerjesztési feltételek mellett, a 15JNSF950 vasvesztesége nagyobb volt, mint a 10JNEX900-é, de meglehetősen kicsi volt a pormaghoz képest. Másrészt 10 kHz-en a 15JNSF950 és a 10JNEX900 vasveszteség közötti különbség csökkent, 20 kHz-en pedig a 15JNSF950 mutatja a legalacsonyabb vasveszteséget, még vastagabb anyagvastagságban. Ennek oka, hogy az örvényáram-veszteség csökkent a lemezvastagság irányában a meredek Si-koncentrációgradiens miatt, és ez a hatás figyelemre méltó nagyfrekvenciás gerjesztésnél, ahol az örvényáram-veszteség a vasveszteség szabályozó tényezője1).

Más szavakkal, a 15JNSF950 egy olyan anyag, amely kielégíti mind a magas telítettségi fluxus sűrűséget, amely közel azonos a 3% Si acéléval, mind az alacsony vasveszteséget magas frekvencián, ugyanazon a szinten, mint a 6,5% Si acél.

A légkondicionálókban, a napenergia-rendszerek klímaberendezéseiben, a hibrid elektromos járművek (HEV) fedélzeti tápegységeiben és hasonló alkalmazásokban használt nagyfrekvenciás reaktorokban az áram több kilohertztől több tíz kilohertzig terjedő magas frekvenciákat tartalmaz. Ezért a reaktorban a hőtermelés elkerülése érdekében alacsony frekvenciájú vasveszteségre van szükség a maganyagban. Továbbá, amikor az áram növekszik, és a maganyagban a fluxus sűrűsége megközelíti a telítettséget, a reaktor induktivitása jelentősen csökken, és fennáll annak a veszélye, hogy az elektromos eszköz megsérülhet. Emiatt a maganyagban is nagy telítettségi fluxus sűrűségre van szükség.15JNSF950, amely nagy telítettségi fluxus sűrűséggel rendelkezik, és alacsony vasveszteséget mutat nagy frekvencián, alkalmas ilyen típusú alkalmazásokra, és előnyös anyag a reaktorok méretének csökkentéséhez és nagy hatékonyságához.

3. ábra: A tesztreaktorok egyenáramú torzítási jellemzői

Az azonos típusú reaktorokat 10JNEX900 és 15JNSF950 felhasználásával állítottuk elő, és a 3. ábra egyenáramú torzítási karaszterisztikáját mutatja. Összességében érthető, hogy a 15JNSF950 nagyobb induktivitást mutat. A 15JNSF950 magas telítettségi fluxus sűrűsége miatt az induktivitás csökkenése a nagyáramú régióban mérsékelt. Egyes reaktorok nagy induktivitást igényelnek a névleges értéknél nagyobb áramtartományban; A 15JNSF950 alkalmasnak tekinthető az ilyen alkalmazásokhoz. Mivel a 15JNSF950 vasvesztesége kereskedelmi frekvencián rendkívül kicsi a pormagéhoz képest (6,5% Si), amint azt a 2. ábra mutatja, a 15JNSF950 szintén megfelelő maganyagnak tekinthető váltakozó áramú reaktorok számára, amelyekben a kereskedelmi váltakozó áram magas frekvencián van elhelyezve.

A JFE Steel által kifejlesztett 15JNSF950 olyan anyag, amely kielégíti mind a 3% Si acéléval közel azonos magas telítettségi fluxussűrűséget, mind az alacsony vasveszteséget magas frekvencián, ugyanazon a szinten, mint a 6,5% Si acél. A 15JNSF950 alkalmas nagyfrekvenciás reaktorok maganyagaiban stb. A jövőben a teljesítményelektronika területén is várható alkalmazás, ahol a magasabb frekvenciák irányába mutató tendencia halad.