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

6,5 % Si-stål är ett utmärkt kärnmaterial för högfrekventa applikationer eftersom dess resistivitet är nästan 2 gånger högre än för 3 % Si-stål och värmeutvecklingen är liten på grund av dess lilla virvelströmsförlust. Å andra sidan har 3 % Si-stål fördelen av en högre mättnadsflödestäthet jämfört med 6,5 % Si-stål på grund av dess mindre innehåll av Si, som är ett icke-magnetiskt element.

Med konventionell teknik var det inte möjligt att uppnå både hög mättnadsflödestäthet som var nästan lika med den för 3 % Si-stål och låg järnförlust vid hög frekvens på samma nivå som 6,5 % Si-stål. Därför utvecklade JFE Steel ett nytt material, Gradient Si Super CoreTM JNSF, som uppfyller både hög mättnadsflödestäthet och låg järnförlust vid hög frekvens1, 2).

Fig. 1 Kurva för likströmsmagnetisering

Figur 1 visar likströmsmagnetiseringskurvorna för det utvecklade stålet, 15JNSF950 (tjocklek: 0,15 mm) och 6,5 % Si-stålplåten 10JNEX900 (tjocklek: 0,1 mm). Eftersom 15JNSF950 har en låg koncentration av Si i plåtens tjocklekscentrum, visar dess mättnadsflödestäthet ett högt värde (ca 2,0 T) nästan lika med det för 3 % Si-stål.

Fig. 2 Järnförlust av material

Figur 2 visar järnförlusten för 15JNSF950 och 10JNEX900 och en stoftkärna av 6,5 % Si-stål. Stoftkärnor tillverkas genom att gjuta rent järnpulver eller Si-stålpulver med bindemedel, och i denna studie användes dammkärnan av 6,5 % Si-Fe-pulver, som visar utmärkt prestanda även bland dammkärnorna, som jämförelsematerial. Vid jämförelse under det magnetiska excitationstillståndet med en frekvens på 50 Hz var järnförlusten för 15JNSF950 större än för 10JNEX900 men var ganska liten i jämförelse med stoftkärnan. Å andra sidan, vid 10 kHz minskar skillnaden mellan järnförlusten för 15JNSF950 och 10JNEX900, och vid 20 kHz visar 15JNSF950 den lägsta järnförlusten även tjockare materialtjocklek. Detta beror på att virvelströmsförlusten minskade på grund av den branta Si-koncentrationsgradienten i plåttjockleksriktningen, och denna effekt blir anmärkningsvärd under högfrekvent excitation, där virvelströmsförlust är den styrande faktorn för järnförlust1).

Med andra ord är 15JNSF950 ett material som uppfyller både hög mättnadsflödestäthet nästan lika med 3 % Si-stål och låg järnförlust vid hög frekvens på samma nivå som 6,5 % Si-stål.

I högfrekvensreaktorer som används i luftkonditioneringsapparater, kraftkonditioneringsapparater för solenergisystem, strömförsörjning ombord för hybridelfordon (HEV) och liknande applikationer, inkluderar strömmen höga frekvenser från flera kilohertz till flera tiotals kilohertz. För att undvika värmeutveckling i reaktorn krävs därför låg järnförlust vid hög frekvens i härdmaterialet. Dessutom, när strömmen ökar och flödestätheten i härdmaterialet närmar sig mättnad, sjunker reaktorinduktansen kraftigt, och det finns risk för att den elektriska enheten kan skadas. Av denna anledning efterfrågas även hög mättnadsflödestäthet i kärnmaterialet.15JNSF950, som har en hög mättnadsflödestäthet och visar låg järnförlust vid hög frekvens, är lämplig för applikationer av denna typ, och är ett fördelaktigt material för downsizing och hög effektivitet i reaktorer.

Fig. 3 Likströmsförspänningskarakteristik för testreaktorerna

Reaktorer av samma typ tillverkades med hjälp av 10JNEX900 och 15JNSF950, och fig. 3 visar deras likströmsbiaskarasteristik. Sammantaget kan man förstå att 15JNSF950 visar högre induktans. På grund av den höga mättnadsflödestätheten på 15JNSF950 är minskningen av induktansen i högströmsområdet måttlig. Vissa reaktorer kräver hög induktans i högre strömområde än ett nominellt värde; 15JNSF950 anses vara väl lämpad för sådana applikationer. Eftersom järnförlusten av 15JNSF950 vid kommersiell frekvens är extremt liten i jämförelse med stoftkärnan (6,5 % Si), som visas i fig. 2, anses 15JNSF950 också vara ett lämpligt härdmaterial för växelströmsreaktorer, där kommersiell växelström överlagras på en hög frekvens.

15JNSF950, som utvecklades av JFE Steel, är ett material som uppfyller både hög mättnadsflödestäthet nästan lika med 3 % Si-stål och låg järnförlust vid hög frekvens på samma nivå som 6,5 % Si-stål. 15JNSF950 är lämplig för användning i härdmaterialen i högfrekvensreaktorer etc. Tillämpningar inom kraftelektronikområdet, där trenden mot högre frekvenser fortskrider, förväntas också i framtiden.