Anvendelse af højtydende sintrede NdFeB-magneter i vindmøllegeneratorer

Permanentmagnetvindgeneratoren anvender sintret neodymjernbor permanentmagnet med høj magnetisk ydeevne, som har en tilstrækkelig høj koercitivitet til at undgå magnetismetab ved høj temperatur. Magnetens levetid afhænger af grundmaterialet og overfladens anti-korrosionsbehandling. Anti-korrosionen af ​​NdFeB magnetstål bør starte fra fremstillingen.
1. Introduktion

Den direkte drevne permanentmagnet vindgenerator anvender ventilatorhjulet til direkte at drive generatoren til at rotere, hvilket eliminerer den hastighedsforøgende gearkasse, der kræves af den traditionelle AC exciterede dobbeltfødede asynkrone vindgenerator, og undgår funktionsfejl og vedligeholdelse af gearkassen under drift. Samtidig vedtager vindgeneratoren permanent magnet permanent magnet excitation, ingen excitationsvikling og ingen slipring og børste på rotoren; derfor er strukturen enkel og driften pålidelig. Fra 1993 til Enercon GmbH udviklede Tyskland den første storskala direkte-drevne permanentmagnet vindmølle. Udviklingen af ​​vindmøller og permanentmagnet-vindmøller er i fremmarch. Det overordnede niveau af Kinas permanentmagnetiske vindmøller har været i forkant af verden.

Klik for at besøge vores produkter: Sintret NdFeB magnet

En vindmølles arbejdsmiljø er meget barskt, og den skal kunne modstå testen af høj temperatur, hård kulde, vind og sand, fugt og endda saltstænk. Designets levetid for en vindmølle er generelt tyve år. På nuværende tidspunkt anvendes sintrede neodym-jernbor-permanentmagneter til både små vindmøller og megawatt permanentmagnet-vindmøller. Derfor er udvælgelsen af ​​de magnetiske parametre for den permanente NdFeB-magnet og kravene til magnetens korrosionsbestandighed meget vigtige.
2. Typiske magnetiske egenskaber for sintret NdFeB brugt i permanentmagnet vindmøllegeneratorer

Neodymium jern bor permanent magnet kaldes tredje generation sjældne jordarters permanent magnet, og det er permanent magnet materiale med den højere magnetiske ydeevne indtil videre. Hovedfasen af ​​den sintrede NdFeB-legering er den intermetalliske forbindelse Nd2Fe14B, og dens mætningsmagnetiske polarisation (Js) er 1,6T. Da den sintrede NdFeB permanentmagnetlegering er sammensat af hovedfasen Nd2Fe14B og korngrænsefasen, og kornorienteringen af ​​Nd2Fe14B er begrænset af procesbetingelserne, kan den aktuelle magnetremanens nå op til 1,5T. Det tyske vakuumsmeltefirma (Vacuumschmelze GmbH) har produceret NdFeB-magneter med en max. magnetisk energiprodukt (BH) max på 57MGOe. Indenlandske NdFeB-producenter kan producere N50-kvalitetsmagneter med en max. magnetisk energiprodukt fra 53MGOe (Bemærk: Denne artikel blev offentliggjort i 2010. Med udviklingen af ​​teknologi er der allerede N54-kvalitetsmagneter på markedet, og det højere magnetiske energiprodukt er op til 55MGOe). Forøgelse af legeringens hovedfaseforhold, forøgelse af orienteringen af ​​krystalkornene og magnetens tæthed kan øge max. energi produkt af magneten; men det vil ikke overstige den teoretiske værdi af 64MGOe for max. energiprodukt af enkeltkrystal Nd2Fe14B. Jinluncicai.com vejleder producent og fabrik i leveringsserier af NdFeb-magnet og materiale.

Afmagnetiseringskurven for NdFeB ved stuetemperatur ligner en lige linje. Derfor, når man designer permanentmagnetmotorer, vælges højkvalitets neodymjernbor (det vil sige høj (BH) max af materialet) ofte for at opnå en høj magnetisk tæthed for luftgabet. Når motoren kører, er det på grund af eksistensen af ​​det vekslende afmagnetiseringsfelt og den demagnetiserende effekt af den øjeblikkelige store strøm, når belastningen pludselig ændres, påkrævet at vælge en neodymjernbormagnet med en tilstrækkelig høj koercitivitet.

Tilføjelse af elementer såsom dysprosium (terbium) til legeringen øger den iboende koercivitet (jHc) af neodymjernbor, men magnetens remanens (Br) vil falde tilsvarende. Derfor tager højtydende NdFeB-magneter, der anvendes i vindmøllegeneratorer, deres koercitivitet og remanens i betragtning.
3. Temperaturstabilitet af NdFeB permanent magnet

Vindkraftgeneratorer arbejder i ørkenen og tåler prøven med brændende varme og kulde; samtidig styrer motortab også motortemperaturstigningen. De sintrede NdFeB-magneter i tabellen ovenfor kan arbejde ved 120°C. Curie-temperaturen på NdFeB-permanentmagnetlegeringen er omkring 310 ℃. Når magnetens temperatur overstiger Curie-punktet, skifter den fra ferromagnetisme til paramagnetisme. Under Curie-temperaturen falder remanensen af ​​NdFeB med stigende temperatur, og dens temperaturkoefficient for remanens α (Br) er -0,095~-0,105%/℃. NdFeB's tvangskraft falder også med stigningen i temperaturen, og temperaturkoefficienten β (jHc) af dens tvangskraft er -0,54~-0,64%/℃. Vælg den passende tvangskraft, magneten har stadig en tilstrækkelig høj tvangskraft på max. arbejdstemperatur af motorens design; ellers vil der opstå tab af magnetisering.

Remanensen og koercitiviteten af ​​NdFeB permanentmagnetmaterialer er komplementære. Tilføjelse af tunge sjældne jordarters grundstoffer dysprosium (Dy) og terbium (Tb) til legeringen kan øge magnetens koercitivitet betydeligt. Efterhånden som tvangsevnen øges, vil remanensen og max. magnetiske energiprodukter falder tilsvarende. Det er klart, at valget af højkoercitivt magnetisk stål til vindmøller skal ske på bekostning af remanens og max. magnetisk energiprodukt.

4, konsistensen af magnetiske egenskaber af vindkraft NdFeB magneter

NdFeB-magneter fremstilles ved hjælp af en speciel pulvermetallurgiproces, og hovedfremstillingsprocessen afsluttes i en beskyttende atmosfære eller under vakuum. Den neodym-jernborgrønne krop er presset i et meget stærkt (~1,5T) magnetfelt. Størrelsen af ​​NdFeB-magneter er begrænset af disse særlige procesforhold.

En stor vindgenerator med permanent magnet bruger normalt tusindvis af neodymjernbormagneter, og hver pol på rotoren er sammensat af mange magneter. Konsistensen af ​​rotorpolerne kræver konsistensen af ​​det magnetiske stål, herunder konsistensen af ​​dimensionelle tolerancer og magnetiske egenskaber. Den såkaldte konsistens af magnetiske egenskaber omfatter den lille afvigelse af de magnetiske egenskaber mellem forskellige individer, samt ensartetheden af ​​de magnetiske egenskaber af en enkelt magnet.

Der er to typer magnetisme: tilsyneladende magnetisme og iboende magnetisme. Den såkaldte tilsyneladende magnetisme af magnetisk stål kan måles ved dets åbne kredsløbsmagnetiske flux og dets overflademagnetiske feltstyrke. Magnetens tilsyneladende magnetisme er relateret til magnetens form og magnetiseringstilstand. Det magnetiske ståls iboende egenskaber testes ved at måle prøvens afmagnetiseringskurve. Afmagnetiseringskurven er en del af hysteresesløjfen, som afspejler magnetiseringens reverseringsegenskaber for permanentmagnetmaterialet. Mål afmagnetiseringskurven for en magnetisk stålprøve, forudsat at prøven skal mættes magnetiseret før måling.

For at detektere om magnetismen af ​​en enkelt magnet er ensartet, er det nødvendigt at skære magneten i flere små stykker og måle deres afmagnetiseringskurver. Under produktionsprocessen, for at kontrollere, om magnetismen i en magnetovn er konsistent, er det nødvendigt at prøve magneterne fra forskellige dele af sintringsovnen for at måle prøvens afmagnetiseringskurve. Fordi måleudstyret er meget dyrt, og det er endnu umuligt at sikre integriteten af ​​hvert stykke magnetisk stål, der skal måles. Derfor kan alle produkter ikke efterses. Konsistensen af ​​de magnetiske egenskaber af NdFeB skal garanteres af produktionsudstyr og proceskontrol.

5. Korrosionsbestandighed af NdFeB

NdFeB-legering indeholder aktive sjældne jordarters grundstoffer, som er nemme at oxidere og ruste. I applikationer, medmindre NdFeB er indkapslet og isoleret fra luft og vand, skal overfladen af ​​NdFeB behandles med anti-korrosion. Almindelige anti-korrosionsbelægninger er galvaniseret nikkel, elektrogalvaniseret og elektroforetisk epoxyharpiks. Overfladefosfatbehandlingen kan forhindre NdFeB i at ruste i et relativt tørt miljø i kort tid.

Sjældne jordarters intermetalliske forbindelser kan reagere med brint under bestemt tryk og temperatur. Efter at NdFeB absorberer brint, frigiver det varme og går i stykker. Brintknusningen i produktionen af ​​NdFeB udnytter denne funktion. Fra et brugssynspunkt er brintfragmenterne af NdFeB skadelige. Strengt taget starter korrosionen af ​​NdFeB fra dens behandling. Affedtningen efter skæring og slibning, bejdsningen før galvanisering og galvaniseringsprocessen har alle indflydelse på overfladelaget af NdFeB. Forkert behandlingsproces kan forårsage ukvalificeret belægningskvalitet (såsom nålehuller), og bindingen af ​​NdFeB-overfladelaget og belægningslaget er ikke stærk.

Det er værd at bemærke, at selvom de magnetiske egenskaber af NdFeB-magneter af samme mærke produceret af forskellige producenter grundlæggende er de samme, vil der være forskelle i sammensætningen af ​​legeringerne, især magneternes mikrostruktur kan være meget forskellig. Magnetisk stål med god ydeevne og god korrosionsbestandighed har karakteristika af fine og ensartede korn og høj magnetdensitet. På de følgende to metallografiske fotos af sintrede NdFeB-magneter har magneterne vist til venstre fine og ensartede korn, og magneterne vist til højre har store og ujævne korn.
6. Pålidelighedstest af NdFeB magnet

Designlevetiden for vindmøllegeneratorer er 20 år, hvilket betyder, at det magnetiske stål kan bruges i 20 år, dets magnetiske ydeevne er ikke væsentligt dæmpet, og det magnetiske stål er ikke korroderet. Følgende test- og inspektionsmetoder kan bruges som metoder for producenter og brugere af vindmagnetisk stål til at vurdere og inspicere magneterne.

Vægtløshedstest: brug 10 mm × 10 mm × 12 mm rektangulær sort plade som prøve (12 mm højde er magnetiseringsretningen), anbring den i 2 standard atmosfærisk tryk, ren luftfugtighed, 120 ℃ miljø, tag ud efter 48 timer og tag oxidlaget ud. Fjernelse, vægttabet er mindre end 0,2 mg/cm2.
Termisk afmagnetiseringstest: 120 ℃ × 4 timer, magnetisk fluxtab i åbent kredsløb er mindre end 3%.
Termisk stødtest: Efter 3 cyklusser med høje og lave temperaturer fra -40°C til 120°C er det åbne kredsløbs magnetiske fluxtab mindre end 3%.
Saltspraytest og temperatur- og fugtighedstest er metoder til evaluering af elektropletterede belægninger og andre korrosionsbeskyttende belægninger.
Andre fysiske egenskaber, såsom termisk ekspansionskoefficient, termisk ledningsevne, elektrisk modstand og mekanisk styrke, har alle forskellige grader af indflydelse på magnetisk ståls anvendelighed og pålidelighed.

Resumé
1. Denne artikel introducerer de magnetiske parametre for neodymjernbor permanente magneter til megawatt vindmøller.
2. Højkoercivitet sintret NdFeB kan sikre, at magneten stadig har tilstrækkelig koercivitet ved høj temperatur til at undgå højtemperaturtab af magnetisme.
3. Korrosionsbestandigheden af ​​vindmotorens magnetiske stål afhænger ikke kun af overfladebelægningsbehandlingen af ​​magneten, men også af korrosionsbestandigheden af ​​substratet.

4. Testmetoderne for magnetpålidelighed omfatter vægtløshedstest, termisk afmagnetiseringstest, belægningskorrosionsbestandighedstest osv.