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

L'acciaio al 6,5% di Si è un eccellente materiale di base per applicazioni ad alta frequenza perché la sua resistività è quasi 2 volte superiore a quella dell'acciaio al 3% di Si e la generazione di calore è piccola a causa della sua piccola perdita di correnti parassite. D'altra parte, l'acciaio Si al 3% ha il vantaggio di una maggiore densità di flusso di saturazione rispetto all'acciaio Si al 6,5% grazie al suo contenuto inferiore di Si, che è un elemento non magnetico.

Con la tecnologia convenzionale, non era possibile soddisfare sia l'alta densità di flusso di saturazione quasi uguale a quella dell'acciaio al 3% di Si che la bassa perdita di ferro ad alta frequenza allo stesso livello dell'acciaio al 6,5% di Si. Pertanto, JFE Steel ha sviluppato un nuovo materiale, Gradient Si Super CoreTM JNSF, che soddisfa sia l'elevata densità di flusso di saturazione che la bassa perdita di ferro ad alta frequenza1, 2).

Fig. 1 Curva di magnetizzazione in corrente continua

La Figura 1 mostra le curve di magnetizzazione in corrente continua dell'acciaio sviluppato, 15JNSF950 (spessore: 0,15 mm) e della lamiera di acciaio silicio al 6,5% 10JNEX900 (spessore: 0,1 mm). Poiché 15JNSF950 ha una bassa concentrazione di Si nel centro dello spessore della lamiera, la sua densità di flusso di saturazione mostra un valore elevato (circa 2,0 T) quasi uguale a quello dell'acciaio al 3% di Si.

Fig. 2 Perdita di ferro dei materiali

La Figura 2 mostra la perdita di ferro di 15JNSF950 e 10JNEX900 e un nucleo di polvere di acciaio al 6,5% di si. I nuclei di polvere sono prodotti modellando polvere di ferro puro o polvere di acciaio Si con legante e in questo studio il nucleo di polvere di polvere Si-Fe al 6,5%, che mostra prestazioni eccellenti anche tra i nuclei di polvere, è stato utilizzato come materiale di confronto. Se confrontata in condizioni di eccitazione magnetica di una frequenza di 50 Hz, la perdita di ferro di 15JNSF950 era maggiore di quella di 10JNEX900 ma era piuttosto piccola rispetto al nucleo di polvere. D'altra parte, a 10 kHz, la differenza tra la perdita di ferro di 15JNSF950 e 10JNEX900 è diminuita e a 20 kHz, 15JNSF950 mostra la perdita di ferro più bassa anche lo spessore del materiale più spesso. Ciò è dovuto al fatto che la perdita di correnti parassite è diminuita a causa del ripido gradiente di concentrazione di Si nella direzione dello spessore della lamiera, e questo effetto diventa notevole sotto eccitazione ad alta frequenza, in cui la perdita di correnti parassite è il fattore di controllo della perdita di ferro1).

In altre parole, 15JNSF950 è un materiale che soddisfa sia un'elevata densità di flusso di saturazione quasi uguale a quella dell'acciaio al 3% di Si che una bassa perdita di ferro ad alta frequenza allo stesso livello dell'acciaio al 6,5% di Si.

Nei reattori ad alta frequenza utilizzati nei condizionatori d'aria, nei condizionatori di potenza per i sistemi di energia solare, negli alimentatori di bordo per veicoli elettrici ibridi (HEV) e in applicazioni simili, la corrente include frequenze elevate da diversi kilohertz a diverse decine di kilohertz. Pertanto, al fine di evitare la generazione di calore nel reattore, è richiesta una bassa perdita di ferro ad alta frequenza nel materiale del nucleo. Inoltre, quando la corrente aumenta e la densità di flusso nel materiale del nocciolo si avvicina alla saturazione, l'induttanza del reattore diminuisce bruscamente e c'è il pericolo che il dispositivo elettrico possa essere danneggiato. Per questo motivo, nel materiale del nucleo è richiesta anche un'elevata densità di flusso di saturazione.15JNSF950, che ha un'elevata densità di flusso di saturazione e mostra una bassa perdita di ferro ad alta frequenza, è adatto per applicazioni di questo tipo ed è un materiale vantaggioso per il ridimensionamento e l'alta efficienza nei reattori.

Fig. 3 Caratteristiche di polarizzazione in corrente continua dei reattori di prova

I reattori dello stesso tipo sono stati prodotti utilizzando 10JNEX900 e 15JNSF950, e la Fig. 3 mostra le loro caratteristiche di polarizzazione in corrente continua. Nel complesso, si può capire che 15JNSF950 mostra un'induttanza maggiore. A causa dell'elevata densità di flusso di saturazione di 15JNSF950, la diminuzione dell'induttanza nella regione ad alta corrente è moderata. Alcuni reattori richiedono un'elevata induttanza in una regione di corrente superiore a un valore nominale; 15JNSF950 è considerato adatto a tali applicazioni. Poiché la perdita di ferro di 15JNSF950 alla frequenza commerciale è estremamente piccola rispetto a quella del nucleo di polvere (6,5% Si), come mostrato in Fig. 2, 15JNSF950 è anche considerato un materiale adatto per i reattori a corrente alternata, in cui la corrente alternata commerciale è sovrapposta ad alta frequenza.

15JNSF950, sviluppato da JFE Steel, è un materiale che soddisfa sia un'elevata densità di flusso di saturazione quasi uguale a quella dell'acciaio al 3% di Si che una bassa perdita di ferro ad alta frequenza allo stesso livello dell'acciaio al 6,5% di Si. 15JNSF950 è adatto per l'uso nei materiali del nucleo dei reattori ad alta frequenza, ecc. In futuro è prevista anche l'applicazione nel campo dell'elettronica di potenza, dove la tendenza verso frequenze più elevate sta progredendo.