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

6,5% Si oceľ je vynikajúcim jadrovým materiálom pre vysokofrekvenčné aplikácie, pretože jej odpor je takmer 2-krát vyšší ako odpor 3% Si ocele a výroba tepla je malá kvôli malým stratám vírivých prúdov. Na druhej strane, 3% Si oceľ má výhodu vyššej hustoty toku nasýtenia v porovnaní so 6,5% Si oceľou kvôli menšiemu obsahu Si, čo je nemagnetický prvok.

Konvenčnou technológiou nebolo možné uspokojiť vysokú hustotu saturačného toku, ktorá sa takmer rovnala hustote 3% Si ocele a nízku stratu železa pri vysokej frekvencii na rovnakej úrovni ako 6,5% Si oceľ. Preto spoločnosť JFE Steel vyvinula nový materiál, Gradient Si Super CoreTM JNSF, ktorý spĺňa vysokú hustotu saturačného toku a nízke straty železa pri vysokej frekvencii1, 2).

Obr. 1 Krivka magnetizácie jednosmerného prúdu

Obrázok 1 ukazuje krivky magnetizácie jednosmerného prúdu vyvinutej ocele, 15JNSF950 (hrúbka: 0,15 mm) a 6,5% oceľového plechu Si 10JNEX900 (hrúbka: 0,1 mm). Pretože 15JNSF950 má nízku koncentráciu Si v strede hrúbky plechu, jeho hustota saturačného toku vykazuje vysokú hodnotu (približne 2,0 T) takmer rovnakú ako 3% Si ocele.

Obr. 2 Strata železa v materiáloch

Obrázok 2 ukazuje stratu železa 15JNSF950 a 10JNEX900 a prachové jadro 6,5% Si ocele. Prachové jadrá sa vyrábajú tvarovaním čistého železného prášku alebo prášku z ocele Si spojivom a v tejto štúdii bolo ako porovnávací materiál použité prachové jadro 6,5% prášku Si-Fe, ktoré vykazuje vynikajúci výkon aj medzi prachovými jadrami. Pri porovnaní za podmienok magnetickej excitácie frekvencie 50 Hz bola strata železa 15JNSF950 väčšia ako strata 10JNEX900, ale bola pomerne malá v porovnaní s prachovým jadrom. Na druhej strane, pri 10 kHz sa rozdiel medzi stratou železa 15JNSF950 a 10JNEX900 znížil a pri 20 kHz vykazuje 15JNSF950 najnižšiu stratu železa ešte hrubšiu hrúbku materiálu. Je to preto, že strata vírivých prúdov sa znížila v dôsledku strmého gradientu koncentrácie Si v smere hrúbky plechu a tento efekt sa stáva pozoruhodným pri vysokofrekvenčnom budení, pri ktorom je strata vírivých prúdov riadiacim faktorom straty železa1).

Inými slovami, 15JNSF950 je materiál, ktorý spĺňa vysokú hustotu saturačného toku, ktorá sa takmer rovná hustote 3% Si ocele a nízku stratu železa pri vysokej frekvencii na rovnakej úrovni ako 6,5% Si oceľ.

Vo vysokofrekvenčných reaktoroch, ktoré sa používajú v klimatizačných zariadeniach, kondicionéroch pre solárne systémy, palubných napájacích zdrojoch pre hybridné elektrické vozidlá (HEV) a podobných aplikáciách, prúd zahŕňa vysoké frekvencie od niekoľkých kilohertzov do niekoľkých desiatok kilohertzov. Preto, aby sa zabránilo tvorbe tepla v reaktore, je v materiáli aktívnej zóny požadovaná nízka strata železa pri vysokej frekvencii. Okrem toho, keď sa prúd zvýši a hustota toku v materiáli jadra sa blíži nasýteniu, indukčnosť reaktora prudko klesá a existuje nebezpečenstvo poškodenia elektrického zariadenia. Z tohto dôvodu sa v materiáli jadra vyžaduje aj vysoká hustota saturačného toku.15JNSF950, ktorý má vysokú hustotu saturačného toku a vykazuje nízku stratu železa pri vysokej frekvencii, je vhodný pre aplikácie tohto typu a je výhodným materiálom pre zmenšovanie a vysokú účinnosť v reaktoroch.

Obr. 3 Charakteristiky predpätia jednosmerného prúdu skúšobných reaktorov

Reaktory rovnakého typu boli vyrobené použitím 10JNEX900 a 15JNSF950 a obr. 3 ukazuje ich charakteristiku jednosmerného prúdu. Celkovo je zrejmé, že 15JNSF950 vykazuje vyššiu indukčnosť. Vzhľadom na vysokú hustotu saturačného toku 15JNSF950 je pokles indukčnosti v oblasti vysokého prúdu mierny. Niektoré reaktory vyžadujú vysokú indukčnosť v oblasti vyššieho prúdu, ako je menovitá hodnota; 15JNSF950 sa považuje za vhodný pre takéto aplikácie. Pretože strata železa 15JNSF950 pri komerčnej frekvencii je extrémne malá v porovnaní so stratou prachového jadra (6,5% Si), ako je znázornené na obr. 2, 15JNSF950 sa tiež považuje za vhodný materiál jadra pre AC reaktory, v ktorých komerčný striedavý prúd prekrýva vysokú frekvenciu.

15JNSF950, ktorý vyvinula spoločnosť JFE Steel, je materiál, ktorý spĺňa vysokú hustotu saturačného toku, ktorá sa takmer rovná hustote 3% Si ocele a nízku stratu železa pri vysokej frekvencii na rovnakej úrovni ako 6,5% Si oceľ. 15JNSF950 je vhodný na použitie v materiáloch aktívnej zóny vysokofrekvenčných reaktorov atď. V budúcnosti sa očakáva aj uplatnenie v oblasti výkonovej elektroniky, kde postupuje trend smerom k vyšším frekvenciám.