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

6.5% Si jeklo je odličen jedrni material za visokofrekvenčne aplikacije, saj je njegova upornost skoraj 2-krat večja kot pri 3% Si jekla in proizvodnja toplote je majhna zaradi majhne izgube vrtinčnega toka. Po drugi strani pa ima jeklo 3% Si prednost večje gostote nasičenega toka v primerjavi s 6,5% Si jekla zaradi manjše vsebnosti Si, ki je nemagnetni element.

S konvencionalno tehnologijo ni bilo mogoče zadovoljiti tako visoke gostote nasičenega toka, ki je skoraj enaka gostoti 3% Si jekla, kot tudi nizke izgube železa pri visoki frekvenci na enaki ravni kot jeklo 6,5% Si. Zato je JFE Steel razvil nov material, Gradient Si Super CoreTM JNSF, ki zadovoljuje tako visoko gostoto nasičenega toka kot nizko izgubo železa pri visoki frekvenci1, 2).

Slika 1 Krivulja magnetizacije enosmernega toka

Slika 1 prikazuje krivulje magnetizacije enosmernega toka razvitega jekla, 15JNSF950 (debelina: 0,15 mm) in jeklene pločevine 6,5% Si 10JNEX900 (debelina: 0,1 mm). Ker ima 15JNSF950 nizko koncentracijo Si v središču debeline pločevine, ima gostota nasičenega toka visoko vrednost (približno 2,0 T), ki je skoraj enaka vrednosti 3% Si jekla.

Slika 2 Izguba železa v materialih

Slika 2 prikazuje izgubo železa 15JNSF950 in 10JNEX900 ter prašno jedro 6,5% Si jekla. Prašna jedra se proizvajajo z oblikovanjem čistega železovega prahu ali Si jeklenega prahu z vezivom, v tej študiji pa je bilo kot primerjalni material uporabljeno prašno jedro 6,5% Si-Fe prahu, ki kaže odlične lastnosti tudi med prašnimi jedri. V primerjavi s stanjem magnetnega vzbujanja frekvence 50 Hz je bila izguba železa 15JNSF950 večja kot pri 10JNEX900, vendar je bila precej majhna v primerjavi s prašnim jedrom. Po drugi strani pa se je pri 10 kHz razlika med izgubo železa 15JNSF950 in 10JNEX900 zmanjšala, pri 20 kHz pa 15JNSF950 kaže najnižjo izgubo železa še debelejšo debelino materiala. To je zato, ker se je izguba vrtinčnega toka zmanjšala zaradi strmega gradienta koncentracije Si v smeri debeline pločevine, ta učinek pa postane izjemen pri visokofrekvenčnem vzbujanju, pri katerem je izguba vrtinčnega toka kontrolni dejavnik izgube železa1).

Z drugimi besedami, 15JNSF950 je material, ki zadovoljuje tako visoko gostoto nasičenega toka, ki je skoraj enaka gostoti 3% Si jekla, kot tudi nizko izgubo železa pri visoki frekvenci na isti ravni kot jeklo 6.5% Si.

V visokofrekvenčnih reaktorjih, ki se uporabljajo v klimatskih napravah, električnih napravah za sončne sisteme, vgrajenih napajalnikih za hibridna električna vozila (HEV) in podobnih aplikacijah, tok vključuje visoke frekvence od več kilohercev do več deset kilohercev. Da bi se izognili nastajanju toplote v reaktorju, je v jedru materiala potrebna nizka izguba železa pri visoki frekvenci. Poleg tega, ko se tok poveča in se gostota pretoka v jedrnem materialu približa nasičenosti, induktivnost reaktorja močno pade in obstaja nevarnost, da se električna naprava poškoduje. Zato se visoka gostota nasičenega toka zahteva tudi v jedrnem materialu.15JNSF950, ki ima visoko gostoto nasičenega toka in kaže nizko izgubo železa pri visoki frekvenci, je primeren za uporabo tega tipa in je ugoden material za zmanjšanje velikosti in visoko učinkovitost v reaktorjih.

Slika 3 Značilnosti pristranskosti enosmernega toka preskusnih reaktorjev

Reaktorji istega tipa so bili proizvedeni z uporabo 10JNEX900 in 15JNSF950, slika 3 pa prikazuje njihovo karasteristiko pristranskosti enosmernega toka. Na splošno je mogoče razumeti, da 15JNSF950 kaže večjo induktivnost. Zaradi visoke gostote nasičenega toka 15JNSF950 je zmanjšanje induktivnosti v območju visokega toka zmerno. Nekateri reaktorji zahtevajo visoko induktivnost v območju višjega toka od nazivne vrednosti; 15JNSF950 velja za zelo primernega za takšne aplikacije. Ker je izguba železa 15JNSF950 pri komercialni frekvenci izjemno majhna v primerjavi z izgubo prašnega jedra (6,5% Si), kot je prikazano na sliki 2, 15JNSF950 velja tudi za primeren jedrni material za AC reaktorje, v katerih se komercialni izmenični tok prekriva na visoki frekvenci.

15JNSF950, ki ga je razvilo podjetje JFE Steel, je material, ki zadovoljuje tako visoko gostoto nasičenega toka, ki je skoraj enaka gostoti 3% jekla Si in nizko izgubo železa pri visoki frekvenci na isti ravni kot 6,5% Si jekla. 15JNSF950 je primeren za uporabo v jedrnih materialih visokofrekvenčnih reaktorjev itd. Uporaba na področju močnostne elektronike, kjer napreduje trend višjih frekvenc, se pričakuje tudi v prihodnje.