JFE σούπερ πυρήνα 15JNSF / 10JNRF / 10JNEX900 / 10JNHF600

Ο χάλυβας 6.5% Si είναι ένα εξαιρετικό υλικό πυρήνα για εφαρμογές υψηλής συχνότητας, επειδή η ειδική αντίσταση του είναι σχεδόν 2 φορές υψηλότερη από αυτή του χάλυβα 3% Si και η παραγωγή θερμότητας είναι μικρή λόγω της μικρής απώλειας δινορρευμάτων. Από την άλλη, ο χάλυβας 3% Si έχει το πλεονέκτημα υψηλότερης πυκνότητας ροής κορεσμού σε σύγκριση με τον χάλυβα 6,5% Si λόγω της μικρότερης περιεκτικότητάς του σε Si, το οποίο είναι ένα μη μαγνητικό στοιχείο.

Με τη συμβατική τεχνολογία, δεν ήταν δυνατό να ικανοποιηθεί τόσο η υψηλή πυκνότητα ροής κορεσμού σχεδόν ίση με εκείνη του χάλυβα 3% Si όσο και η χαμηλή απώλεια σιδήρου σε υψηλή συχνότητα στο ίδιο επίπεδο με το χάλυβα 6,5% Si. Ως εκ τούτου, η JFE Steel ανέπτυξε ένα νέο υλικό, το Gradient Si Super CoreTM JNSF, το οποίο ικανοποιεί τόσο την υψηλή πυκνότητα ροής κορεσμού όσο και τη χαμηλή απώλεια σιδήρου σε υψηλή συχνότητα1, 2).

Σχήμα 1 Καμπύλη μαγνήτισης συνεχούς ρεύματος

Το σχήμα 1 δείχνει τις καμπύλες μαγνήτισης συνεχούς ρεύματος του αναπτυγμένου χάλυβα, 15JNSF950 (Πάχος: 0,15 mm) και του χαλυβδοφύλλου 6,5% Si 10JNEX900 (Πάχος: 0,1 mm). Επειδή το 15JNSF950 έχει χαμηλή συγκέντρωση Si στο κέντρο πάχους του φύλλου, η πυκνότητα ροής κορεσμού του δείχνει υψηλή τιμή (περίπου 2,0 T) σχεδόν ίση με εκείνη του χάλυβα Si 3%.

Εικ. 2 Απώλεια σιδήρου των υλικών

Το σχήμα 2 δείχνει την απώλεια σιδήρου των 15JNSF950 και 10JNEX900 και έναν πυρήνα σκόνης 6,5% χάλυβα Si. Οι πυρήνες σκόνης παράγονται με χύτευση καθαρής σκόνης σιδήρου ή σκόνης χάλυβα Si με συνδετικό υλικό και σε αυτή τη μελέτη χρησιμοποιήθηκε ως υλικό σύγκρισης ο πυρήνας σκόνης 6,5% Si-Fe, ο οποίος δείχνει εξαιρετική απόδοση ακόμη και μεταξύ των πυρήνων σκόνης. Όταν συγκρίθηκε υπό συνθήκες μαγνητικής διέγερσης συχνότητας 50 Hz, η απώλεια σιδήρου του 15JNSF950 ήταν μεγαλύτερη από αυτή του 10JNEX900 αλλά ήταν αρκετά μικρή σε σύγκριση με τον πυρήνα σκόνης. Από την άλλη, στα 10 kHz, η διαφορά μεταξύ της απώλειας σιδήρου των 15JNSF950 και 10JNEX900 μειώθηκε και στα 20 kHz, το 15JNSF950 δείχνει τη χαμηλότερη απώλεια σιδήρου ακόμη παχύτερο πάχος υλικού. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η απώλεια δινορρευμάτων μειώθηκε λόγω της απότομης κλίσης συγκέντρωσης Si στην κατεύθυνση του πάχους του φύλλου και αυτό το φαινόμενο γίνεται αξιοσημείωτο υπό διέγερση υψηλής συχνότητας, στην οποία η απώλεια δινορρευμάτων είναι ο παράγοντας ελέγχου της απώλειας σιδήρου1).

Με άλλα λόγια, το 15JNSF950 είναι ένα υλικό που ικανοποιεί τόσο υψηλή πυκνότητα ροής κορεσμού σχεδόν ίση με εκείνη του χάλυβα 3% Si όσο και χαμηλή απώλεια σιδήρου σε υψηλή συχνότητα στο ίδιο επίπεδο με το χάλυβα 6,5% Si.

Σε αντιδραστήρες υψηλής συχνότητας που χρησιμοποιούνται σε κλιματιστικά, κλιματιστικά για συστήματα ηλιακής ενέργειας, ενσωματωμένα τροφοδοτικά για υβριδικά ηλεκτρικά οχήματα (HEV) και παρόμοιες εφαρμογές, το ρεύμα περιλαμβάνει υψηλές συχνότητες από αρκετές kilohertzes έως αρκετές δεκάδες kilohertzes. Επομένως, προκειμένου να αποφευχθεί η παραγωγή θερμότητας στον αντιδραστήρα, απαιτείται χαμηλή απώλεια σιδήρου σε υψηλή συχνότητα στο υλικό πυρήνα. Επιπλέον, όταν το ρεύμα αυξάνεται και η πυκνότητα ροής στο υλικό πυρήνα πλησιάζει τον κορεσμό, η επαγωγή του αντιδραστήρα πέφτει απότομα και υπάρχει κίνδυνος βλάβης της ηλεκτρικής συσκευής. Για το λόγο αυτό, απαιτείται επίσης υψηλή πυκνότητα ροής κορεσμού στο υλικό πυρήνα.15Το JNSF950, το οποίο έχει υψηλή πυκνότητα ροής κορεσμού και παρουσιάζει χαμηλή απώλεια σιδήρου σε υψηλή συχνότητα, είναι κατάλληλο για εφαρμογές αυτού του τύπου και είναι ένα πλεονεκτικό υλικό για μείωση μεγέθους και υψηλή απόδοση σε αντιδραστήρες.

Σχήμα 3 Χαρακτηριστικά μεροληψίας συνεχούς ρεύματος των αντιδραστήρων δοκιμής

Αντιδραστήρες του ίδιου τύπου παρήχθησαν χρησιμοποιώντας 10JNEX900 και 15JNSF950 και το σχήμα 3 δείχνει τα χαρακτηριστικά μεροληψίας συνεχούς ρεύματος. Συνολικά, μπορεί να γίνει κατανοητό ότι το 15JNSF950 δείχνει υψηλότερη επαγωγή. Λόγω της υψηλής πυκνότητας ροής κορεσμού 15JNSF950, η μείωση της επαγωγής στην περιοχή υψηλού ρεύματος είναι μέτρια. Ορισμένοι αντιδραστήρες απαιτούν υψηλή επαγωγή σε περιοχή υψηλότερου ρεύματος από μια ονομαστική τιμή. Το 15JNSF950 θεωρείται κατάλληλο για τέτοιες εφαρμογές. Επειδή η απώλεια σιδήρου του 15JNSF950 σε εμπορική συχνότητα είναι εξαιρετικά μικρή σε σύγκριση με εκείνη του πυρήνα σκόνης (6,5% Si), όπως φαίνεται στο σχήμα 2, το 15JNSF950 θεωρείται επίσης κατάλληλο υλικό πυρήνα για αντιδραστήρες εναλλασσόμενου ρεύματος, στους οποίους το εμπορικό εναλλασσόμενο ρεύμα υπερτίθεται σε υψηλή συχνότητα.

Το 15JNSF950, το οποίο αναπτύχθηκε από την JFE Steel, είναι ένα υλικό που ικανοποιεί τόσο υψηλή πυκνότητα ροής κορεσμού σχεδόν ίση με εκείνη του χάλυβα 3% Si όσο και χαμηλή απώλεια σιδήρου σε υψηλή συχνότητα στο ίδιο επίπεδο με το χάλυβα 6,5% Si. Το 15JNSF950 είναι κατάλληλο για χρήση στα βασικά υλικά αντιδραστήρων υψηλής συχνότητας κ.λπ. Εφαρμογή στον τομέα των ηλεκτρονικών ισχύος, όπου η τάση προς υψηλότερες συχνότητες προχωρά, αναμένεται επίσης στο μέλλον.