Anvendelse av sintrede NdFeB-magneter med høy ytelse i vindturbingeneratorer

Vindgeneratoren med permanent magnet tar i bruk sintret neodym-jernbor permanentmagnet med høy magnetisk ytelse, som har en tilstrekkelig høy koercitivitet til å unngå tap av magnetisme ved høy temperatur. Levetiden til magneten avhenger av grunnmaterialet og overflatebeskyttende korrosjonsbehandling. Anti-korrosjon av NdFeB magnetstål bør starte fra produksjon.
1. Introduksjon

Den direktedrevne permanentmagnetvindgeneratoren bruker viftehjulet for å drive generatoren direkte til å rotere, og eliminerer den hastighetsøkende girkassen som kreves av den tradisjonelle AC-eksiterte dobbeltmatede asynkrone vindgeneratoren, og unngår funksjonsfeil og vedlikehold av girkassen under drift. Samtidig bruker vindgeneratoren med permanent magnet permanent magneteksitasjon, ingen eksitasjonsvikling og ingen skliring og børste på rotoren; derfor er strukturen enkel og driften pålitelig. Fra 1993 til Enercon GmbH utviklet Tyskland den første storskala direktedrevne permanentmagnet vindturbinen. Utviklingen av vindturbiner og permanentmagnet vindturbiner er i fremmarsj. Det generelle nivået på Kinas permanentmagnet-vindturbiner har vært i forkant av verden.

Klikk for å besøke våre produkter: Sintret NdFeB-magnet

Arbeidsmiljøet til en vindturbin er svært tøft, og den må tåle testen av høy temperatur, sterk kulde, vind og sand, fuktighet og til og med saltsprut. Designlevetiden til en vindturbin er vanligvis tjue år. For tiden brukes sintrede neodymjernbor permanente magneter for både små vindturbiner og megawatt permanentmagnet vindturbiner. Derfor er valget av magnetiske parametere til NdFeB permanent magnet og kravene til korrosjonsmotstanden til magneten svært viktig.
2. Typiske magnetiske egenskaper til sintret NdFeB brukt i permanentmagnet vindturbingeneratorer

Neodym jernbor permanent magnet kalles tredje generasjons sjeldne jord permanent magnet, og det er permanent magnet materialet med høyere magnetisk ytelse så langt. Hovedfasen til den sintrede NdFeB-legeringen er den intermetalliske forbindelsen Nd2Fe14B, og dens metningsmagnetiske polarisering (Js) er 1,6T. Siden den sintrede NdFeB permanentmagnetlegeringen er sammensatt av hovedfasen Nd2Fe14B og korngrensefasen, og kornorienteringen til Nd2Fe14B er begrenset av prosessforholdene, kan den nåværende magnetremanensen nå opptil 1,5T. Det tyske vakuumsmeltefirmaet (Vacuumschmelze GmbH) har produsert NdFeB-magneter med maks. magnetisk energiprodukt (BH) maks på 57MGOe. Innenlandske NdFeB-produsenter kan produsere N50-kvalitetsmagneter med maks. magnetisk energiprodukt av 53MGOe (Merk: Denne artikkelen ble publisert i 2010. Med utviklingen av teknologien er det allerede N54-klassemagneter på markedet, og det høyere magnetiske energiproduktet er opptil 55MGOe). Å øke hovedfaseforholdet til legeringen, øke orienteringen av krystallkornene og tettheten til magneten kan øke maks. energi produkt av magneten; men det vil ikke overstige den teoretiske verdien på 64MGOe for maks. energiprodukt av enkrystall Nd2Fe14B. Jinluncicai.com veileder produsent og fabrikk i forsyningsserier av NdFeb-magnet og materiale.

Avmagnetiseringskurven til NdFeB ved romtemperatur ligner på en rett linje. Derfor, når man designer permanentmagnetmotorer, velges ofte høyverdig neodymjernbor (det vil si høy (BH) maks av materialet) for å oppnå en høy magnetisk tetthet for luftgapet. Når motoren går, på grunn av eksistensen av det vekslende avmagnetiseringsfeltet og den demagnetiserende effekten av den øyeblikkelige store strømmen når belastningen endres plutselig, er det nødvendig å velge en neodymjernbormagnet med tilstrekkelig høy koercitivitet.

Tilsetning av elementer som dysprosium (terbium) til legeringen øker den indre koerciviteten (jHc) til neodymjernbor, men remanensen (Br) til magneten vil reduseres tilsvarende. Derfor tar NdFeB-magneter med høy ytelse som brukes i vindturbingeneratorer hensyn til dens tvangskraft og remanens.
3. Temperaturstabilitet av NdFeB permanent magnet

Vindkraftgeneratorer jobber i villmarken og tåler testen med brennende varme og kulde; samtidig styrer motortap også motortemperaturøkningen. De sintrede NdFeB-magnetene gitt i tabellen ovenfor kan fungere ved 120°C. Curie-temperaturen til NdFeB-permanentmagnetlegeringen er omtrent 310 ℃. Når temperaturen på magneten overstiger Curie-punktet, går den fra ferromagnetisme til paramagnetisme. Under Curie-temperaturen avtar remanensen til NdFeB med økende temperatur, og dens temperaturkoeffisient for remanens α (Br) er -0,095~-0,105%/℃. Koersivkraften til NdFeB avtar også med økningen av temperaturen, og temperaturkoeffisienten β (jHc) for dens tvangskraft er -0,54~-0,64%/℃. Velg passende tvangskraft, magneten har fortsatt en tilstrekkelig høy tvangskraft på maks. arbeidstemperatur for motordesign; ellers vil tap av magnetisering oppstå.

Remanensen og tvangsevnen til NdFeB permanentmagnetmaterialer er komplementære. Tilsetning av tunge sjeldne jordartselementer dysprosium (Dy) og terbium (Tb) til legeringen kan øke koersiviteten til magneten betydelig. Ettersom tvangskraften øker, vil remanensen og maks. magnetisk energiprodukt reduseres tilsvarende. Åpenbart må valg av høykoercivitet magnetisk stål for vindturbiner gå på bekostning av remanens og maks. magnetisk energiprodukt.

4, konsistensen av magnetiske egenskaper av vindkraft NdFeB magneter

NdFeB-magneter produseres ved hjelp av en spesiell pulvermetallurgiprosess, og hovedfremstillingsprosessen fullføres i en beskyttende atmosfære eller under vakuum. Den neodym-jernborgrønne kroppen er presset i et veldig sterkt (~1,5T) magnetfelt. Størrelsen på NdFeB-magneter er begrenset av disse spesielle prosessforholdene.

En stor vindgenerator med permanent magnet bruker vanligvis tusenvis av neodymjernbormagneter, og hver pol på rotoren er sammensatt av mange magneter. Konsistensen til rotorpolene krever konsistensen til det magnetiske stålet, inkludert konsistensen av dimensjonstoleranser og magnetiske egenskaper. Den såkalte konsistensen av magnetiske egenskaper inkluderer det lille avviket i de magnetiske egenskapene mellom ulike individer, samt jevnheten til de magnetiske egenskapene til en enkelt magnet.

Det er to typer magnetisme: tilsynelatende magnetisme og indre magnetisme. Den såkalte tilsynelatende magnetismen til magnetisk stål kan måles ved dets åpne krets magnetiske fluks og dets overflatemagnetiske feltstyrke. Den tilsynelatende magnetismen til magneten er relatert til formen og magnetiseringstilstanden til magneten. De iboende egenskapene til det magnetiske stålet testes ved å måle prøvens demagnetiseringskurve. Avmagnetiseringskurven er en del av hysteresesløyfen, som gjenspeiler magnetiseringsreverseringsegenskapene til permanentmagnetmaterialet. Mål avmagnetiseringskurven til en magnetisk stålprøve, forutsatt at prøven må mettes magnetisert før måling.

For å oppdage om magnetismen til en enkelt magnet er jevn, er det nødvendig å kutte magneten i flere små biter og måle deres avmagnetiseringskurver. Under produksjonsprosessen, for å kontrollere om magnetismen til en magnetovn er konsistent, er det nødvendig å prøve magnetene fra forskjellige deler av sintringsovnen for å måle prøvens demagnetiseringskurve. Fordi måleutstyret er veldig dyrt, og det er enda umulig å sikre integriteten til hvert stykke magnetisk stål som skal måles. Derfor kan ikke alle produkter inspiseres. Konsistensen av de magnetiske egenskapene til NdFeB må garanteres av produksjonsutstyr og prosesskontroll.

5. Korrosjonsbestandighet av NdFeB

NdFeB-legering inneholder aktive sjeldne jordartsmetaller, som er lette å oksidere og ruste. I applikasjoner, med mindre NdFeB er innkapslet og isolert fra luft og vann, må overflaten av NdFeB behandles med anti-korrosjon. Vanlige anti-korrosjonsbelegg er galvanisert nikkel, elektrogalvanisert og elektroforetisk epoksyharpiks. Overflatefosfateringsbehandlingen kan forhindre at NdFeB ruster i et relativt tørt miljø i kort tid.

Sjeldne jordartsmetallforbindelser kan reagere med hydrogen under et visst trykk og temperatur. Etter at NdFeB absorberer hydrogen, frigjør det varme og går i stykker. Hydrogenknusingen i produksjonen av NdFeB utnytter denne funksjonen. Fra et brukssynspunkt er hydrogenfragmentene av NdFeB skadelige. Strengt tatt starter korrosjonen av NdFeB fra behandlingen. Avfettingen etter kutting og sliping, beisingen før galvanisering og galvaniseringsprosessen har alle innvirkning på overflatelaget til NdFeB. Feil behandlingsprosess kan forårsake ukvalifisert beleggskvalitet (som pinholes), og bindingen av NdFeB-overflatelaget og belegglaget er ikke sterk.

Det er verdt å merke seg at selv om de magnetiske egenskapene til NdFeB-magneter av samme merke produsert av forskjellige produsenter i utgangspunktet er de samme, vil det være forskjeller i sammensetningen av legeringene, spesielt mikrostrukturen til magnetene kan være svært forskjellig. Magnetisk stål med god ytelse og god korrosjonsbestandighet har egenskapene til fine og jevne korn og høy magnettetthet. I de følgende to metallografiske bildene av sintrede NdFeB-magneter har magnetene vist til venstre fine og jevne korn, og magnetene vist til høyre har store og ujevne korn.
6. Pålitelighetstest av NdFeB-magnet

Designlevetiden til vindturbingeneratorer er 20 år, noe som betyr at det magnetiske stålet kan brukes i 20 år, dets magnetiske ytelse er ikke vesentlig svekket, og det magnetiske stålet er ikke korrodert. Følgende test- og inspeksjonsmetoder kan brukes som metoder for produsenter og brukere av vindmagnetisk stål for å evaluere og inspisere magnetene.

Vektløshetstest: bruk 10 mm × 10 mm × 12 mm rektangulær svart plate som prøve (12 mm høyde er magnetiseringsretningen), plasser den i 2 standard atmosfærisk trykk, ren fuktighet, 120 ℃ miljø, ta ut etter 48 timer og ta ut oksidlaget Fjerning, vekttapet er mindre enn 0,2 mg/cm2.
Termisk avmagnetiseringstest: 120 ℃ × 4 timer, magnetisk flukstap i åpen krets er mindre enn 3 %.
Termisk sjokktest: Etter 3 sykluser med høye og lave temperaturer fra -40 °C til 120 °C, er det åpne krets magnetiske flukstapet mindre enn 3 %.
Saltspraytest og temperatur- og fuktighetstest er metoder for å evaluere galvaniserte belegg og andre korrosive belegg.
Andre fysiske egenskaper, som termisk ekspansjonskoeffisient, termisk ledningsevne, elektrisk resistivitet og mekanisk styrke, har alle ulik grad av innflytelse på brukbarheten og påliteligheten til magnetisk stål.

Sammendrag
1. Denne artikkelen introduserer de magnetiske parameterne til neodymjernbor permanente magneter for megawatt vindturbiner.
2. Høykoersivitetssintret NdFeB kan sikre at magneten fortsatt har nok koersivitet ved høy temperatur for å unngå høytemperaturtap av magnetisme.
3. Korrosjonsmotstanden til vindmotorens magnetiske stål avhenger ikke bare av overflatebeleggbehandlingen av magneten, men også av korrosjonsmotstanden til underlaget.

4. Testmetodene for magnetpålitelighet inkluderer vektløshetstest, termisk demagnetiseringstest, beleggkorrosjonsmotstandstest, etc.