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

6.5% Si-stål er et utmerket kjernemateriale for høyfrekvente applikasjoner fordi dets resistivitet er nesten 2 ganger høyere enn for 3% Si-stål og varmegenerering er liten på grunn av det lille virvelstrømtapet. På den annen side har 3% Si stål fordelen av en høyere metningsflukstetthet sammenlignet med 6, 5% Si stål på grunn av det mindre innholdet av Si, som er et ikke-magnetisk element.

Med konvensjonell teknologi var det ikke mulig å tilfredsstille både høy metningsflukstetthet nesten lik den for 3% Si-stål og lavt jerntap ved høy frekvens på samme nivå som 6, 5% Si-stål. Derfor utviklet JFE Steel et nytt materiale, Gradient Si Super CoreTM JNSF, som tilfredsstiller både høy metningsflukstetthet og lavt jerntap ved høy frekvens1, 2).

Fig. 1 Magnetiseringskurve for likestrøm

Figur 1 viser likestrømsmagnetiseringskurvene til det utviklede stålet, 15JNSF950 (Tykkelse: 0,15 mm) og 6,5% Si-stålplaten 10JNEX900 (Tykkelse: 0,1 mm). Fordi 15JNSF950 har en lav konsentrasjon av Si i arkets tykkelsessenter, viser metningsflukstettheten en høy verdi (ca. 2.0 T) nesten lik den for 3% Si-stål.

Fig. 2 Jerntap av materialene

Figur 2 viser jerntapet på 15JNSF950 og 10JNEX900 og en støvkjerne på 6,5% Si-stål. Støvkjerner produseres ved støping av rent jernpulver eller Si-stålpulver med bindemiddel, og i denne studien ble støvkjernen av 6,5% Si-Fe-pulver, som viser utmerket ytelse selv blant støvkjernene, brukt som sammenligningsmateriale. Sammenlignet under magnetisk eksitasjonstilstand med en frekvens på 50 Hz, var jerntapet på 15JNSF950 større enn 10JNEX900, men var ganske lite i forhold til støvkjernen. På den annen side, ved 10 kHz, ble forskjellen mellom jerntapet på 15JNSF950 og 10JNEX900 redusert, og ved 20 kHz viser 15JNSF950 det laveste jerntapet enda tykkere materialtykkelse. Dette skyldes at virvelstrømtapet reduseres på grunn av den bratte Si-konsentrasjonsgradienten i arktykkelsesretningen, og denne effekten blir bemerkelsesverdig under høyfrekvent eksitasjon, der virvelstrømtap er den kontrollerende faktoren for jerntap1).

Med andre ord er 15JNSF950 et materiale som tilfredsstiller både høy metningsflukstetthet nesten lik den for 3% Si-stål og lavt jerntap ved høy frekvens på samme nivå som 6.5% Si-stål.

I høyfrekvente reaktorer som brukes i klimaanlegg, kraftkondisjoneringsanlegg for solenergisystemer, strømforsyninger for hybridelektriske kjøretøyer (HEV) og lignende applikasjoner, inkluderer strømmen høye frekvenser fra flere kilohertzes til flere titalls kilohertzes. Derfor, for å unngå varmeutvikling i reaktoren, kreves lavt jerntap ved høy frekvens i kjernematerialet. Videre, når strømmen øker og flukstettheten i kjernematerialet nærmer seg metning, faller reaktorinduktansen kraftig, og det er fare for at den elektriske enheten kan bli skadet. Av denne grunn kreves også høy metningsflukstetthet i kjernematerialet.15JNSF950, som har høy metningsflukstetthet og viser lavt jerntap ved høy frekvens, er egnet for applikasjoner av denne typen, og er et fordelaktig materiale for downsizing og høy effektivitet i reaktorer.

Fig. 3 Likestrømsskjevhetskarakteristikker for testreaktorene

Reaktorer av samme type ble produsert ved å bruke 10JNEX900 og 15JNSF950, og figur 3 viser deres likestrømsskjevhetskarasteristikk. Samlet sett kan det forstås at 15JNSF950 viser høyere induktans. På grunn av den høye metningsflukstettheten på 15JNSF950 er reduksjonen av induktans i høystrømsområdet moderat. Noen reaktorer krever høy induktans i høyere strømregion enn en nominell verdi; 15JNSF950 anses som godt egnet til slike anvendelser. Fordi jerntapet på 15JNSF950 ved kommersiell frekvens er ekstremt lite sammenlignet med støvkjernen (6,5 % Si), som vist i fig. 2, anses 15JNSF950 også å være et egnet kjernemateriale for vekselstrømsreaktorer, der kommersiell vekselstrøm legges over en høy frekvens.

15JNSF950, som ble utviklet av JFE Steel, er et materiale som tilfredsstiller både høy metningsflukstetthet nesten lik den for 3% Si-stål og lavt jerntap ved høy frekvens på samme nivå som 6,5% Si-stål. 15JNSF950 er egnet for bruk i kjernematerialene til høyfrekvente reaktorer, etc. Søknad innen kraftelektronikk, hvor trenden mot høyere frekvenser utvikler seg, forventes også i fremtiden.