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

O aço 6,5% Si é um excelente material de núcleo para aplicações de alta frequência porque sua resistividade é quase 2 vezes maior do que a do aço Si 3% e a geração de calor é pequena devido à sua pequena perda de correntes parasitas. Por outro lado, o aço 3% Si tem a vantagem de uma maior densidade de fluxo de saturação em comparação com o aço 6,5% Si devido ao seu menor teor de Si, que é um elemento não magnético.

Com a tecnologia convencional, não foi possível satisfazer tanto a alta densidade de fluxo de saturação quase igual à do aço Si 3% quanto a baixa perda de ferro em alta frequência no mesmo nível do aço Si 6,5%. Por isso, a JFE Steel desenvolveu um novo material, o Gradient Si Super CoreTM JNSF, que satisfaz tanto a alta densidade de fluxo de saturação quanto a baixa perda de ferro em alta frequência1,2).

Fig. 1 Curva de magnetização por corrente contínua

A Figura 1 mostra as curvas de magnetização em corrente contínua do aço desenvolvido, 15JNSF950 (Espessura: 0,15 mm) e da chapa de aço Si 6,5% 10JNEX900 (Espessura: 0,1 mm). Como 15JNSF950 tem uma baixa concentração de Si no centro da espessura da chapa, sua densidade de fluxo de saturação mostra um alto valor (aprox. 2,0 T) quase igual ao de 3% de aço Si.

Fig. 2 Perda de ferro dos materiais

A Figura 2 mostra a perda de ferro de 15JNSF950 e 10JNEX900 e um núcleo de poeira de 6,5% de aço Si. Os núcleos de poeira são produzidos pela moldagem de pó de ferro puro ou pó de aço Si com ligante, e neste estudo o núcleo de pó de Si-Fe a 6,5%, que apresenta excelente desempenho mesmo entre os núcleos de poeira, foi utilizado como material de comparação. Quando comparada sob a condição de excitação magnética de uma frequência de 50 Hz, a perda de ferro de 15JNSF950 foi maior do que a de 10JNEX900, mas foi muito pequena em comparação com o núcleo de poeira. Por outro lado, em 10 kHz, a diferença entre a perda de ferro de 15JNSF950 e 10JNEX900 diminuiu, e em 20 kHz, 15JNSF950 mostra a menor perda de ferro mesmo com espessura de material mais espessa. Isso ocorre porque a perda de correntes parasitas diminuiu devido ao gradiente acentuado de concentração de Si na direção da espessura da folha, e esse efeito torna-se notável sob excitação de alta frequência, na qual a perda de correntes parasitas é o fator controlador da perda de ferro1).

Em outras palavras, 15JNSF950 é um material que satisfaz tanto alta densidade de fluxo de saturação quase igual à do aço 3% Si quanto baixa perda de ferro em alta frequência no mesmo nível do aço 6,5% Si.

Em reatores de alta frequência que são usados em condicionadores de ar, condicionadores de energia para sistemas de energia solar, fontes de alimentação a bordo para veículos elétricos híbridos (HEV) e aplicações similares, a corrente inclui altas frequências de vários quilohertzes a várias dezenas de quilohertzes. Portanto, para evitar a geração de calor no reator, é exigida baixa perda de ferro em alta frequência no material do núcleo. Além disso, quando a corrente aumenta e a densidade de fluxo no material central se aproxima da saturação, a indutância do reator cai acentuadamente, e há o perigo de que o dispositivo elétrico possa ser danificado. Por esta razão, alta densidade de fluxo de saturação também é exigida no material de núcleo.15JNSF950, que tem uma alta densidade de fluxo de saturação e apresenta baixa perda de ferro em alta frequência, é adequado para aplicações deste tipo, e é um material vantajoso para downsizing e alta eficiência em reatores.

Fig. 3 Características de viés de corrente contínua dos reatores de teste

Reatores do mesmo tipo foram produzidos usando 10JNEX900 e 15JNSF950, e a Figura 3 mostra seu viés de corrente contínua charasterística. No geral, pode-se entender que 15JNSF950 apresenta maior indutância. Devido à alta densidade de fluxo de saturação de 15JNSF950, a diminuição da indutância na região de alta corrente é moderada. Alguns reatores requerem alta indutância em região de corrente superior a um valor nominal; 15JNSF950 é considerado adequado para tais aplicações. Como a perda de ferro de 15JNSF950 em frequência comercial é extremamente pequena em comparação com a do núcleo de poeira (6,5% Si), como mostrado na Figura 2, 15JNSF950 também é considerado um material de núcleo adequado para reatores AC, nos quais a corrente alternada comercial é sobreposta a uma alta frequência.

O 15JNSF950, que foi desenvolvido pela JFE Steel, é um material que satisfaz tanto alta densidade de fluxo de saturação quase igual à do aço 3% Si quanto baixa perda de ferro em alta frequência no mesmo nível do aço 6,5% Si. 15JNSF950 é adequado para uso nos materiais centrais de reatores de alta frequência, etc. A aplicação no campo da eletrônica de potência, onde a tendência para frequências mais altas está progredindo, também é esperada no futuro.