JFE Супер Ядро 15JNSF / 10JNRF / 10JNEX900 / 10JNHF600

Сталь с содержанием кремния 6,5% является отличным материалом для высокочастотных применений, поскольку ее удельное сопротивление почти в 2 раза выше, чем у стали с содержанием кремния 3%, а тепловыделение невелико из-за небольших потерь на вихревые токи. С другой стороны, 3%-ная кремниевая сталь имеет преимущество более высокой плотности потока насыщения по сравнению со сталью 6,5% Si из-за меньшего содержания Si, который является немагнитным элементом.

При использовании традиционной технологии не удавалось обеспечить высокую плотность потока насыщения, почти равную плотности 3%-ной кремниевой стали, и низкие потери железа при высокой частоте на том же уровне, что и 6,5%-ную кремниевую сталь. Поэтому компания JFE Steel разработала новый материал Gradient Si Super CoreTM JNSF, который обеспечивает как высокую плотность потока насыщения, так и низкие потери железа на высоких частотах1, 2).

Рис.1 Кривая намагниченности постоянным током

На рисунке 1 показаны кривые намагничивания постоянным током разработанной стали 15JNSF950 (толщина: 0,15 мм) и листа из кремниевой стали 10JNEX900 с содержанием кремния 6,5% (толщина: 0,1 мм). Поскольку 15JNSF950 имеет низкую концентрацию Si в центре толщины листа, его плотность потока насыщения показывает высокое значение (около 2,0 Тл), почти равное значению 3%-ной кремниевой стали.

Рис.2 Потери железа в материалах

На рисунке 2 показаны потери железа из стали 15JNSF950 и 10JNEX900 и пылевой сердечник из стали с содержанием кремния 6,5%. Пылевые сердечники производятся путем формования порошка чистого железа или порошка из кремниевой стали со связующим веществом, и в этом исследовании в качестве материала сравнения был использован пылевой сердечник из 6,5% порошка Si-Fe, который показывает отличные характеристики даже среди пылевых сердечников. При сравнении в условиях магнитного возбуждения частоты 50 Гц потери железа у 15JNSF950 были больше, чем у 10JNEX900, но были довольно малы по сравнению с пылевым сердечником. С другой стороны, при 10 кГц разница между потерями железа 15JNSF950 и 10JNEX900 уменьшилась, а при 20 кГц 15JNSF950 показывает самые низкие потери железа даже при более толстой толщине материала. Это связано с тем, что потери на вихревые токи уменьшились из-за крутого градиента концентрации кремния в направлении толщины листа, и этот эффект становится заметным при высокочастотном возбуждении, при котором потери на вихревые токи являются управляющим фактором потерь железа1).

Другими словами, 15JNSF950 является материалом, который удовлетворяет как высокой плотности потока насыщения, почти равной плотности потока кремния 3%, так и низким потерям железа на высокой частоте на том же уровне, что и 6,5% кремниевой стали.

В высокочастотных реакторах, которые используются в кондиционерах, кондиционерах для солнечных энергосистем, бортовых источниках питания для гибридных электромобилей (HEV) и аналогичных приложениях, ток включает в себя высокие частоты от нескольких килогерц до нескольких десятков килогерц. Поэтому, чтобы избежать тепловыделения в реакторе, в материале активной зоны требуются низкие потери железа при высокой частоте. Более того, при увеличении тока и приближении плотности потока в материале активной зоны индуктивность реактора резко падает, и возникает опасность повреждения электрического устройства. По этой причине в материале активной зоны также требуется высокая плотность потока насыщения.15JNSF950, который имеет высокую плотность потока насыщения и демонстрирует низкие потери железа на высокой частоте, подходит для применений такого типа и является выгодным материалом для уменьшения размеров и высокой эффективности в реакторах.

Рис.3 Характеристики смещения постоянного тока испытательных реакторов

Однотипные реакторы были изготовлены с использованием 10JNEX900 и 15JNSF950, и на рисунке 3 показаны характеристики их смещения постоянным током. В целом, можно понять, что 15JNSF950 показывает более высокую индуктивность. Из-за высокой плотности потока насыщения 15JNSF950 снижение индуктивности в области высоких токов является умеренным. Некоторые реакторы требуют высокой индуктивности в области тока выше номинального значения; 15JNSF950 считается хорошо подходящим для таких применений. Поскольку потери железа 15JNSF950 на промышленной частоте чрезвычайно малы по сравнению с потерями в пылевом сердечнике (6,5% Si), как показано на рис. 2, 15JNSF950 также считается подходящим материалом активной зоны для реакторов переменного тока, в которых коммерческий переменный ток накладывается на высокую частоту.

15JNSF950, разработанный компанией JFE Steel, представляет собой материал, который удовлетворяет как высокой плотности потока насыщения, почти равной плотности 3%-ной кремниевой стали, так и низким потерям железа на высокой частоте на том же уровне, что и 6,5%-ная кремниевая сталь. 15JNSF950 подходит для использования в активных материалах высокочастотных реакторов и т.д. В будущем также ожидается применение в области силовой электроники, где наблюдается тенденция к повышению частот.