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

El acero al 6,5% de Si es un excelente material de núcleo para aplicaciones de alta frecuencia porque su resistividad es casi 2 veces mayor que la del acero al 3% de Si y la generación de calor es pequeña debido a su pequeña pérdida por corrientes de Foucault. Por otro lado, el acero al 3% de Si tiene la ventaja de una mayor densidad de flujo de saturación en comparación con el acero al 6,5% de Si debido a su menor contenido de Si, que es un elemento no magnético.

Con la tecnología convencional, no era posible satisfacer tanto una alta densidad de flujo de saturación casi igual a la del acero de Si al 3% como una baja pérdida de hierro a alta frecuencia al mismo nivel que el acero de Si al 6,5%. Por lo tanto, JFE Steel desarrolló un nuevo material, Gradient Si Super CoreTM JNSF, que satisface tanto la alta densidad de flujo de saturación como la baja pérdida de hierro a alta frecuencia1, 2).

Fig. 1 Curva de magnetización de corriente continua

La figura 1 muestra las curvas de magnetización de corriente continua del acero desarrollado, 15JNSF950 (Espesor: 0,15 mm) y la lámina de acero al 6,5% de Si 10JNEX900 (Espesor: 0,1 mm). Debido a que 15JNSF950 tiene una baja concentración de Si en el centro de espesor de la lámina, su densidad de flujo de saturación muestra un valor alto (aprox. 2.0 T) casi igual al del acero al 3% de Si.

Fig. 2 Pérdida de hierro de los materiales

La Figura 2 muestra la pérdida de hierro de 15JNSF950 y 10JNEX900 y un núcleo de polvo de acero de Si al 6,5%. Los núcleos de polvo se producen moldeando polvo de hierro puro o polvo de acero Si con aglutinante, y en este estudio se utilizó como material de comparación el núcleo de polvo de Si-Fe al 6,5%, que muestra un excelente rendimiento incluso entre los núcleos de polvo. Cuando se comparó bajo la condición de excitación magnética de una frecuencia de 50 Hz, la pérdida de hierro de 15JNSF950 fue mayor que la de 10JNEX900, pero fue bastante pequeña en comparación con el núcleo de polvo. Por otro lado, a 10 kHz, la diferencia entre la pérdida de hierro de 15JNSF950 y 10JNEX900 disminuyó, y a 20 kHz, 15JNSF950 muestra la menor pérdida de hierro incluso de espesor de material más grueso. Esto se debe a que la pérdida por corrientes de Foucault disminuyó debido al pronunciado gradiente de concentración de Si en la dirección del espesor de la lámina, y este efecto se vuelve notable bajo excitación de alta frecuencia, en la que la pérdida por corrientes de Foucault es el factor de control de la pérdida de hierro1).

En otras palabras, 15JNSF950 es un material que satisface tanto una alta densidad de flujo de saturación casi igual a la del acero al 3% de Si como una baja pérdida de hierro a alta frecuencia al mismo nivel que el acero al 6,5% de Si.

En los reactores de alta frecuencia que se utilizan en acondicionadores de aire, acondicionadores de energía para sistemas de energía solar, fuentes de alimentación a bordo para vehículos eléctricos híbridos (HEV) y aplicaciones similares, la corriente incluye altas frecuencias desde varios kilohercios hasta varias decenas de kilohercios. Por lo tanto, para evitar la generación de calor en el reactor, se exige una baja pérdida de hierro a alta frecuencia en el material del núcleo. Además, cuando la corriente aumenta y la densidad de flujo en el material del núcleo se acerca a la saturación, la inductancia del reactor cae bruscamente y existe el peligro de que el dispositivo eléctrico se dañe. Por esta razón, también se exige una alta densidad de flujo de saturación en el material del núcleo.15JNSF950, que tiene una alta densidad de flujo de saturación y muestra una baja pérdida de hierro a alta frecuencia, es adecuado para aplicaciones de este tipo y es un material ventajoso para reducir el tamaño y la alta eficiencia en reactores.

Fig. 3 Características de polarización de corriente continua de los reactores de prueba

Los reactores del mismo tipo se produjeron utilizando 10JNEX900 y 15JNSF950, y la Fig. 3 muestra sus características de polarización de corriente continua. En general, se puede entender que 15JNSF950 muestra una mayor inductancia. Debido a la alta densidad de flujo de saturación de 15JNSF950, la disminución de la inductancia en la región de alta corriente es moderada. Algunos reactores requieren una alta inductancia en una región de corriente más alta que un valor nominal; 15JNSF950 se considera adecuado para tales aplicaciones. Debido a que la pérdida de hierro del 15JNSF950 a frecuencia comercial es extremadamente pequeña en comparación con la del núcleo de polvo (6,5% de Si), como se muestra en la Fig. 2, el 15JNSF950 también se considera un material de núcleo adecuado para reactores de CA, en los que la corriente alterna comercial se superpone a una alta frecuencia.

15JNSF950, que fue desarrollado por JFE Steel, es un material que satisface tanto una alta densidad de flujo de saturación casi igual a la del acero de Si al 3% como una baja pérdida de hierro a alta frecuencia al mismo nivel que el acero de Si al 6,5%. 15JNSF950 es adecuado para su uso en los materiales centrales de reactores de alta frecuencia, etc. También se espera su aplicación en el campo de la electrónica de potencia, donde la tendencia hacia frecuencias más altas está progresando en el futuro.