JFE Süper Çekirdek 15JNSF / 10JNRF / 10JNEX900 / 10JNHF600

%6,5 Si çeliği, yüksek frekanslı uygulamalar için mükemmel bir çekirdek malzemedir, çünkü direnci %3 Si çeliğinden yaklaşık 2 kat daha yüksektir ve küçük girdap akımı kaybı nedeniyle ısı üretimi küçüktür. Öte yandan, %3 Si çeliği, manyetik olmayan bir element olan daha küçük Si içeriği nedeniyle %6,5 Si çeliğe kıyasla daha yüksek doygunluk akı yoğunluğu avantajına sahiptir.

Konvansiyonel teknoloji ile, hem neredeyse %3 Si çeliğine eşit yüksek doygunluk akı yoğunluğunu hem de yüksek frekansta %6,5 Si çeliği ile aynı seviyede düşük demir kaybını sağlamak mümkün değildi. Bu nedenle JFE Steel, hem yüksek doygunluk akı yoğunluğunu hem de yüksek frekansta düşük demir kaybını karşılayan yeni bir malzeme olan Gradient Si Super CoreTM JNSF'yi geliştirdi1, 2).

Şekil 1 Doğru akım manyetizasyon eğrisi

Şekil 1, geliştirilen çeliğin 15JNSF950 (Kalınlık: 0.15 mm) ve %6.5 Si çelik sac 10JNEX900'ün (Kalınlık: 0.1 mm) doğru akım mıknatıslanma eğrilerini göstermektedir. 15JNSF950, sac kalınlık merkezinde düşük bir Si konsantrasyonuna sahip olduğundan, doygunluk akı yoğunluğu, neredeyse %3 Si çeliğininkine eşit yüksek bir değer (yaklaşık 2,0 T) gösterir.

Şekil 2 Malzemelerin demir kaybı

Şekil 2, 15JNSF950 ve 10JNEX900'ün demir kaybını ve %6.5 Si çeliğin toz çekirdeğini göstermektedir. Toz petekleri, saf demir tozu veya Si çelik tozunun bağlayıcı ile kalıplanması ile üretilir ve bu çalışmada toz petekler arasında bile mükemmel performans gösteren %6,5'lik Si-Fe tozunun toz nüvesi karşılaştırma malzemesi olarak kullanılmıştır. 50 Hz'lik bir frekansın manyetik uyarma koşulu altında karşılaştırıldığında, 15JNSF950'nin demir kaybı 10JNEX900'ünkinden daha büyüktü, ancak toz çekirdeğine kıyasla oldukça küçüktü. Öte yandan, 10 kHz'de, 15JNSF950 ve 10JNEX900'ün demir kaybı arasındaki fark azaldı ve 20 kHz'de 15JNSF950, daha kalın malzeme kalınlığı bile en düşük demir kaybını gösteriyor. Bunun nedeni, sac kalınlığı yönündeki dik Si konsantrasyon gradyanı nedeniyle girdap akımı kaybının azalması ve bu etkinin, girdap akımı kaybının demir kaybının kontrol faktörü olduğu yüksek frekanslı uyarma altında dikkat çekici hale gelmesidir1).

Başka bir deyişle, 15JNSF950, hem %3 Si çeliğine neredeyse eşit olan yüksek doygunluk akı yoğunluğunu hem de %6.5 Si çeliği ile aynı seviyede yüksek frekansta düşük demir kaybını sağlayan bir malzemedir.

Klimalarda, güneş enerjisi sistemleri için güç koşullandırıcılarda, hibrit elektrikli araçlar (HEV) için yerleşik güç kaynaklarında ve benzeri uygulamalarda kullanılan yüksek frekanslı reaktörlerde, akım birkaç kilohertz'den birkaç on kilohertz'e kadar yüksek frekanslar içerir. Bu nedenle, reaktörde ısı oluşumunu önlemek için, çekirdek malzemede yüksek frekansta düşük demir kaybı talep edilmektedir. Ayrıca, akım arttığında ve çekirdek malzemedeki akı yoğunluğu doygunluğa yaklaştığında, reaktör endüktansı keskin bir şekilde düşer ve elektrikli cihazın hasar görme tehlikesi vardır. Bu nedenle çekirdek malzemede yüksek doygunluk akı yoğunluğu da talep edilmektedir.15Yüksek doygunluk akı yoğunluğuna sahip olan ve yüksek frekansta düşük demir kaybı gösteren JNSF950, bu tip uygulamalar için uygundur ve reaktörlerde küçültme ve yüksek verim için avantajlı bir malzemedir.

Şekil 3 Test reaktörlerinin doğru akım önyargı karakteristikleri

Aynı tipteki reaktörler 10JNEX900 ve 15JNSF950 kullanılarak üretildi ve Şekil 3'te doğru akım önyargı özellikleri gösteriliyor. Genel olarak, 15JNSF950'nin daha yüksek endüktans gösterdiği anlaşılabilir. 15JNSF950'nin yüksek doygunluk akı yoğunluğu nedeniyle, yüksek akım bölgesindeki endüktansın azalması orta düzeydedir. Bazı reaktörler, nominal değerden daha yüksek akım bölgesinde yüksek endüktans gerektirir; 15JNSF950'nin bu tür uygulamalar için çok uygun olduğu düşünülmektedir. Ticari frekansta 15JNSF950'nin demir kaybı, toz çekirdeğininkine (%6,5 Si) kıyasla son derece küçük olduğundan, Şekil 2'de gösterildiği gibi, 15JNSF950 ayrıca ticari alternatif akımın yüksek bir frekansa bindirildiği AC reaktörleri için uygun bir çekirdek malzeme olarak kabul edilir.

JFE Steel tarafından geliştirilen 15JNSF950, hem %3 Si çeliğine eşit yüksek doygunluk akı yoğunluğunu hem de %6,5 Si çeliği ile aynı seviyede yüksek frekansta düşük demir kaybını sağlayan bir malzemedir. 15JNSF950, yüksek frekanslı reaktörlerin vb. çekirdek malzemelerinde kullanıma uygundur. Gelecekte daha yüksek frekanslara doğru eğilimin ilerlediği güç elektroniği alanında da uygulama beklenmektedir.