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

Thép Si 6,5% là vật liệu cốt lõi tuyệt vời cho các ứng dụng tần số cao vì điện trở suất của nó cao hơn gần 2 lần so với thép Si 3% và sinh nhiệt nhỏ do tổn thất dòng xoáy nhỏ. Mặt khác, thép Si 3% có lợi thế là mật độ thông lượng bão hòa cao hơn so với thép Si 6,5% do hàm lượng Si nhỏ hơn, là một nguyên tố không từ tính.

Với công nghệ thông thường, không thể đáp ứng cả mật độ thông lượng bão hòa cao gần bằng mật độ của thép Si 3% và tổn thất sắt thấp ở tần số cao trên cùng mức với thép Si 6,5%. Do đó, JFE Steel đã phát triển một vật liệu mới, Gradient Si Super CoreTM JNSF, đáp ứng cả mật độ thông lượng bão hòa cao và tổn thất sắt thấp ở tần số cao1, 2).

Hình 1 Đường cong từ hóa dòng điện một chiều

Hình 1 cho thấy các đường cong từ hóa dòng điện trực tiếp của thép phát triển, 15JNSF950 (Độ dày: 0,15 mm) và tấm thép 6,5% Si 10JNEX900 (Độ dày: 0,1 mm). Bởi vì 15JNSF950 có nồng độ Si thấp ở trung tâm độ dày tấm, mật độ thông lượng bão hòa của nó cho thấy giá trị cao (xấp xỉ 2,0 T) gần bằng 3% thép Si.

Hình 2 Tổn thất sắt của vật liệu

Hình 2 cho thấy tổn thất sắt của 15JNSF950 và 10JNEX900 và lõi bụi của thép Si 6,5%. Lõi bụi được sản xuất bằng cách đúc bột sắt nguyên chất hoặc bột thép Si với chất kết dính, và trong nghiên cứu này, lõi bụi của bột Si-Fe 6,5%, cho thấy hiệu suất tuyệt vời ngay cả trong số các lõi bụi, được sử dụng làm vật liệu so sánh. Khi so sánh trong điều kiện kích thích từ tần số 50 Hz, tổn thất sắt của 15JNSF950 lớn hơn so với 10JNEX900 nhưng khá nhỏ so với lõi bụi. Mặt khác, ở 10 kHz, sự khác biệt giữa tổn thất sắt của 15JNSF950 và 10JNEX900 giảm, và ở 20 kHz, 15JNSF950 cho thấy tổn thất sắt thấp nhất thậm chí độ dày vật liệu dày hơn. Điều này là do tổn thất dòng điện xoáy giảm do gradient nồng độ Si dốc theo hướng độ dày tấm, và hiệu ứng này trở nên đáng chú ý dưới sự kích thích tần số cao, trong đó tổn thất dòng xoáy là yếu tố kiểm soát tổn thất sắt1).

Nói cách khác, 15JNSF950 là vật liệu đáp ứng cả mật độ thông lượng bão hòa cao gần bằng mật độ của thép Si 3% và tổn thất sắt thấp ở tần số cao trên cùng mức với thép Si 6,5%.

Trong các lò phản ứng tần số cao được sử dụng trong điều hòa không khí, điều hòa điện cho hệ thống năng lượng mặt trời, nguồn cung cấp điện trên tàu cho xe điện hybrid (HEV) và các ứng dụng tương tự, dòng điện bao gồm tần số cao từ vài kilohertz đến vài chục kilohertz. Do đó, để tránh sinh nhiệt trong lò phản ứng, yêu cầu tổn thất sắt thấp ở tần số cao trong vật liệu lõi. Hơn nữa, khi dòng điện tăng và mật độ thông lượng trong vật liệu lõi đạt đến độ bão hòa, độ tự cảm của lò phản ứng giảm mạnh và có nguy cơ thiết bị điện có thể bị hỏng. Vì lý do này, mật độ thông lượng bão hòa cao cũng được yêu cầu trong vật liệu lõi.15JNSF950, có mật độ thông lượng bão hòa cao và cho thấy tổn thất sắt thấp ở tần số cao, phù hợp cho các ứng dụng loại này và là vật liệu thuận lợi để giảm kích thước và hiệu quả cao trong lò phản ứng.

Hình 3 Đặc điểm thiên vị dòng điện trực tiếp của các lò phản ứng thử nghiệm

Các lò phản ứng cùng loại được sản xuất bằng cách sử dụng 10JNEX900 và 15JNSF950, và Hình 3 cho thấy sự charasteristic thiên vị dòng điện trực tiếp của chúng. Nhìn chung, có thể hiểu rằng 15JNSF950 cho thấy độ tự cảm cao hơn. Do mật độ thông lượng bão hòa cao 15JNSF950, sự giảm độ tự cảm trong vùng dòng điện cao là vừa phải. Một số lò phản ứng yêu cầu độ tự cảm cao ở vùng dòng điện cao hơn giá trị định mức; 15JNSF950 được coi là rất phù hợp với các ứng dụng như vậy. Bởi vì tổn thất sắt của 15JNSF950 ở tần số thương mại là cực kỳ nhỏ so với lõi bụi (6,5% Si), như trong Hình 2, 15JNSF950 cũng được coi là vật liệu lõi phù hợp cho các lò phản ứng xoay chiều, trong đó dòng điện xoay chiều thương mại được đặt chồng lên tần số cao.

15JNSF950, được phát triển bởi JFE Steel, là vật liệu đáp ứng cả mật độ thông lượng bão hòa cao gần bằng mật độ của thép Si 3% và tổn thất sắt thấp ở tần số cao trên cùng mức với thép Si 6,5%. 15JNSF950 phù hợp để sử dụng trong các vật liệu cốt lõi của lò phản ứng tần số cao, v.v. Ứng dụng trong lĩnh vực điện tử công suất, nơi xu hướng tần số cao hơn đang tiến triển, cũng được mong đợi trong tương lai.