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

6,5% Si ocel je vynikajícím materiálem jádra pro vysokofrekvenční aplikace, protože její měrný odpor je téměř 2krát vyšší než u 3% Si oceli a tvorba tepla je malá kvůli malým ztrátám vířivými proudy. Na druhou stranu má 3% Si ocel výhodu vyšší hustoty nasyceného toku ve srovnání s 6,5% Si ocelí díky menšímu obsahu Si, což je nemagnetický prvek.

Konvenční technologií nebylo možné uspokojit jak vysokou hustotu nasyceného toku téměř stejnou jako u 3% Si oceli, tak nízkou ztrátu železa při vysoké frekvenci na stejné úrovni jako 6,5% Si ocel. Proto společnost JFE Steel vyvinula nový materiál Gradient Si Super CoreTM JNSF, který splňuje jak vysokou hustotu nasyceného toku, tak nízkou ztrátu železa při vysoké frekvenci1, 2).

Obr. 1 Křivka magnetizace stejnosměrným proudem

Obrázek 1 ukazuje křivky magnetizace stejnosměrného proudu vyvinuté oceli 15JNSF950 (tloušťka: 0,15 mm) a ocelového plechu 10JNEX900 s 6,5 % Si (tloušťka: 0,1 mm). Protože 15JNSF950 má nízkou koncentraci Si ve středu tloušťky plechu, jeho hustota nasyceného toku vykazuje vysokou hodnotu (přibližně 2,0 T) téměř stejnou jako u 3% oceli Si.

Obr. 2 Úbytek železa v materiálech

Obrázek 2 ukazuje úbytek železa 15JNSF950 a 10JNEX900 a prachové jádro z 6,5% Si oceli. Prachová jádra se vyrábějí lisováním čistého železného prášku nebo ocelového prášku Si s pojivem a v této studii bylo jako srovnávací materiál použito prachové jádro 6,5% Si-Fe prášku, které vykazuje vynikající výkon i mezi prachovými jádry. Při porovnání za podmínek magnetické excitace frekvence 50 Hz byla ztráta železa u 15JNSF950 větší než u 10JNEX900, ale byla poměrně malá ve srovnání s prachovým jádrem. Na druhou stranu při 10 kHz se rozdíl mezi ztrátou železa 15JNSF950 a 10JNEX900 snížil a při 20 kHz vykazuje 15JNSF950 nejnižší ztrátu železa ještě silnější tloušťkou materiálu. Je to proto, že ztráta vířivými proudy se snížila v důsledku strmého koncentračního gradientu Si ve směru tloušťky plechu a tento efekt se stává pozoruhodným při vysokofrekvenčním buzení, při kterém je ztráta vířivými proudy řídícím faktorem ztráty železa1).

Jinými slovy, 15JNSF950 je materiál, který splňuje jak vysokou hustotu nasyceného toku téměř stejnou jako u 3% Si oceli, tak nízkou ztrátu železa při vysoké frekvenci na stejné úrovni jako 6.5% Si ocel.

Ve vysokofrekvenčních reaktorech, které se používají v klimatizačních zařízeních, kondicionérech energie pro solární systémy, palubních napájecích zdrojích pro hybridní elektrická vozidla (HEV) a podobných aplikacích, proud zahrnuje vysoké frekvence od několika kilohertzů do několika desítek kilohertzů. Proto, aby se zabránilo tvorbě tepla v reaktoru, je požadována nízká ztráta železa při vysoké frekvenci v materiálu jádra. Navíc, když se proud zvýší a hustota toku v materiálu jádra se blíží nasycení, indukčnost reaktoru prudce klesá a existuje nebezpečí, že může dojít k poškození elektrického zařízení. Z tohoto důvodu je také požadována vysoká hustota nasyceného toku v materiálu jádra.15JNSF950, který má vysokou hustotu nasyceného toku a vykazuje nízkou ztrátu železa při vysoké frekvenci, je vhodný pro aplikace tohoto typu a je výhodným materiálem pro zmenšování a vysokou účinnost v reaktorech.

Obr. 3 Charakteristiky předpětí stejnosměrného proudu zkušebních reaktorů

Reaktory stejného typu byly vyrobeny pomocí 10JNEX900 a 15JNSF950 a obr. 3 ukazuje jejich charakteristiky předpětí stejnosměrného proudu. Celkově lze pochopit, že 15JNSF950 vykazuje vyšší indukčnost. Vzhledem k vysoké hustotě saturačního toku 15JNSF950 je pokles indukčnosti v oblasti vysokého proudu mírný. Některé reaktory vyžadují vysokou indukčnost v oblasti vyššího proudu, než je jmenovitá hodnota; 15JNSF950 je považován za vhodný pro takové aplikace. Vzhledem k tomu, že ztráta železa 15JNSF950 při komerční frekvenci je extrémně malá ve srovnání s prachovým jádrem (6,5 % Si), jak je znázorněno na obr. 2, je 15JNSF950 také považován za vhodný materiál aktivní zóny pro střídavé reaktory, ve kterých je komerční střídavý proud superponován na vysokou frekvenci.

15JNSF950, který byl vyvinut společností JFE Steel, je materiál, který splňuje jak vysokou hustotu nasyceného toku téměř stejnou jako u 3% Si oceli, tak nízkou ztrátu železa při vysoké frekvenci na stejné úrovni jako 6,5% Si ocel. 15JNSF950 je vhodný pro použití v materiálech aktivní zóny vysokofrekvenčních reaktorů atd. Do budoucna se počítá i s uplatněním v oblasti výkonové elektroniky, kde postupuje trend směrem k vyšším frekvencím.