Nagy teljesítményű szinterezett NdFeB mágnesek alkalmazása szélturbina generátorokban

Az állandó mágneses szélgenerátor nagy mágneses teljesítményű szinterezett neodímium vas-bór állandó mágnest alkalmaz, amely kellően magas koercitivitással rendelkezik ahhoz, hogy elkerülje a mágnesesség elvesztését magas hőmérsékleten. A mágnes élettartama az alapanyagtól és a felületi korróziógátló kezeléstől függ. Az NdFeB mágneses acél korrózióvédelmének a gyártástól kell kezdődnie.
1. Bevezetés

A közvetlen meghajtású állandó mágneses szélgenerátor a ventilátor járókerekét alkalmazza, hogy a generátort közvetlenül forogassa, kiküszöbölve a hagyományos váltakozó áramú gerjesztésű, kettős táplálású aszinkron szélgenerátor által megkövetelt sebességnövelő sebességváltót, és elkerülhető a sebességváltó működés közbeni meghibásodása és karbantartása. Ugyanakkor az állandó mágneses szélgenerátor állandó mágneses gerjesztést alkalmaz, nincs gerjesztő tekercs, és nincs csúszógyűrű és kefe a forgórészen; ezért a szerkezet egyszerű és a működés megbízható. 1993-tól az Enercon GmbH-ig Németország kifejlesztette az 1. nagyméretű, közvetlen meghajtású állandó mágneses szélturbinát. A szélturbinák és az állandó mágneses szélturbinák fejlődése felfelé ívelőben van. A kínai állandó mágneses szélturbinák általános szintje a világ élvonalában volt.

Kattintson termékeink megtekintéséhez: Szinterezett NdFeB mágnes

A szélturbinák munkakörnyezete nagyon zord, és ki kell bírnia a magas hőmérséklet, erős hideg, szél és homok, páratartalom és még a sópermet is. A szélturbinák tervezési élettartama általában húsz év. Jelenleg a szinterezett neodímium vas-bór állandó mágneseket kis szélturbinákhoz és megawattos állandó mágneses szélturbinákhoz egyaránt használják. Ezért nagyon fontos az NdFeB állandó mágnes mágneses paramétereinek kiválasztása és a mágnes korrózióállóságára vonatkozó követelmények.
2. Az állandó mágneses szélturbina generátorokban használt szinterezett NdFeB tipikus mágneses tulajdonságai

A neodímium vas-bór állandó mágnest a harmadik generációs ritkaföldfém állandó mágnesnek nevezik, és ez az állandó mágneses anyag, amely eddig magasabb mágneses teljesítménnyel rendelkezik. A szinterezett NdFeB ötvözet fő fázisa az Nd2Fe14B intermetallikus vegyület, melynek telítési mágneses polarizációja (Js) 1,6T. Mivel a szinterezett NdFeB állandó mágneses ötvözet az Nd2Fe14B főfázisból és a szemcsehatár-fázisból áll, és az Nd2Fe14B szemcse orientációját a folyamat körülményei korlátozzák, az áram mágneses remanenciája elérheti az 1,5T-t. A német vákuumolvasztó cég (Vacuumschmelze GmbH) NdFeB mágneseket gyártott max. mágneses energiatermék (BH) max. 57MGOe. A hazai NdFeB gyártók N50 minőségű mágneseket gyárthatnak max. 53MGOe mágneses energiatermék (Megjegyzés: Ez a cikk 2010-ben jelent meg. A technológia fejlődésével már N54 minőségű mágnesek is vannak a piacon, és a magasabb mágneses energiatermék akár 55MGOe). Az ötvözet főfázis arányának növelésével, a kristályszemcsék orientációjának és a mágnes sűrűségének növelésével a max. a mágnes energiaterméke; de nem haladja meg a 64MGOe elméleti értéket a max. az Nd2Fe14B egykristály energiaterméke. A Jinluncicai.com irányítja a gyártót és a gyárat az NdFeb mágnesek és anyagok kínálatában.

Az NdFeB lemágnesezési görbéje szobahőmérsékleten hasonló az egyeneshez. Ezért az állandó mágneses motorok tervezésekor gyakran a kiváló minőségű neodímium vasbórt (vagyis az anyag magas (BH) max értékét) választják a nagy légrés mágneses sűrűsége érdekében. Amikor a motor jár, a váltakozó lemágnesező tér megléte és a hirtelen terhelés megváltozásakor a pillanatnyi nagy áram demagnetizáló hatása miatt kellően nagy koercitivitású neodímium vas-bór mágnest kell választani.

Ha az ötvözethez olyan elemeket adunk, mint a diszprózium (terbium), megnő a neodímium vasbór belső koercitivitása (jHc), de a mágnes remanenciája (Br) ennek megfelelően csökken. Ezért a szélturbina-generátorokban használt nagy teljesítményű NdFeB mágnesek figyelembe veszik annak koercitivitását és remanenciáját.
3. NdFeB állandó mágnes hőmérsékleti stabilitása

A szélerőművek a vadonban dolgoznak, és kiállják a rekkenő hőség és hideg próbáját; ugyanakkor a motorveszteség a motor hőmérsékletének emelkedését is irányítja. A fenti táblázatban megadott szinterezett NdFeB mágnesek 120°C-on is működhetnek. Az NdFeB állandó mágneses ötvözet Curie hőmérséklete körülbelül 310 ℃. Amikor a mágnes hőmérséklete meghaladja a Curie-pontot, ferromágnesességből paramágnesessé válik. A Curie-hőmérséklet alatt az NdFeB remanenciája a hőmérséklet emelkedésével csökken, és α (Br) remanencia együtthatója -0,095~-0,105%/℃. Az NdFeB koercitív ereje is csökken a hőmérséklet emelkedésével, és koercitív erejének hőmérsékleti együtthatója β (jHc) -0,54~-0,64%/℃. Válassza ki a megfelelő kényszerítő erőt, a mágnes még mindig kellően nagy kényszerítő erővel rendelkezik a max. a motor kialakításának üzemi hőmérséklete; ellenkező esetben a mágnesezettség elvesztése következik be.

Az NdFeB állandó mágneses anyagok remanenciája és koercitivitása kiegészítik egymást. A nehéz ritkaföldfém elemek diszprózium (Dy) és terbium (Tb) ötvözethez való hozzáadása jelentősen növelheti a mágnes koercitivitását. A koercitivitás növekedésével a remanencia és max. a mágneses energiatermék ennek megfelelően csökken. Nyilvánvaló, hogy a szélturbinák nagy koercitív mágneses acélját a remanencia rovására kell választani és max. mágneses energiatermék.

4, a szélerőmű NdFeB mágnesek mágneses tulajdonságainak konzisztenciája

Az NdFeB mágnesek gyártása speciális porkohászati eljárással történik, és a fő gyártási folyamat védőatmoszférában vagy vákuumban történik. A neodímium vas bór zöld testet nagyon erős (~1,5T) mágneses térben préselik. Az NdFeB mágnesek méretét ezek a speciális eljárási feltételek korlátozzák.

Egy nagy állandó mágneses szélgenerátor általában több ezer neodímium vasbór mágnest használ, és a rotor minden pólusa sok mágnesből áll. A rotor pólusainak konzisztenciája megköveteli a mágneses acél konzisztenciáját, beleértve a mérettűrések és a mágneses tulajdonságok konzisztenciáját. A mágneses tulajdonságok úgynevezett konzisztenciája magában foglalja a mágneses tulajdonságok különböző egyedek közötti kis eltérését, valamint egyetlen mágnes mágneses tulajdonságainak egységességét.

Kétféle mágnesesség létezik: látszólagos mágnesesség és belső mágnesesség. A mágneses acél ún. látszólagos mágnesessége a nyitott áramkörű mágneses fluxusával és a felületi mágneses térerősségével mérhető. A mágnes látszólagos mágnesessége összefügg a mágnes alakjával és mágnesezettségi állapotával. A mágneses acél belső jellemzőit a minta lemágnesezési görbéjének mérésével tesztelik. A lemágnesezési görbe a hiszterézis hurok része, amely tükrözi az állandó mágnes anyagának mágnesezési megfordítási jellemzőit. Mérje meg egy mágneses acélminta lemágnesezési görbéjét, feltéve, hogy a mintát mérés előtt telített mágnesezéssel kell ellátni.

Annak megállapításához, hogy egyetlen mágnes mágnesessége egyenletes-e, a mágnest több apró darabra kell vágni, és meg kell mérni azok lemágnesezési görbéit. A gyártási folyamat során annak ellenőrzésére, hogy a mágnesekből álló kemence mágnesessége konzisztens-e, mintát kell venni a szinterező kemence különböző részeiből, hogy megmérjük a minta lemágnesezési görbéjét. Mivel a mérőberendezés nagyon drága, és szinte lehetetlen minden egyes mérendő mágneses acél sértetlenségét biztosítani. Ezért nem lehet minden terméket ellenőrizni. Az NdFeB mágneses tulajdonságainak konzisztenciáját a gyártóberendezésekkel és a folyamatszabályozással kell garantálni.

5. Az NdFeB korrózióállósága

Az NdFeB ötvözet aktív ritkaföldfém elemeket tartalmaz, amelyek könnyen oxidálódnak és rozsdásodnak. Alkalmazásokban, kivéve, ha az NdFeB kapszulázott és el van szigetelve a levegőtől és a víztől, az NdFeB felületét korróziógátlóval kell kezelni. A leggyakoribb korróziógátló bevonatok a galvanizált nikkel, galvanizált és elektroforetikus epoxigyanta. A felületi foszfátkezelés rövid időre megakadályozhatja az NdFeB rozsdásodását viszonylag száraz környezetben.

A ritkaföldfémek intermetallikus vegyületek bizonyos nyomáson és hőmérsékleten reagálhatnak hidrogénnel. Miután az NdFeB elnyeli a hidrogént, hőt bocsát ki és megtörik. Az NdFeB előállítása során a hidrogénes zúzás kihasználja ezt a funkciót. A felhasználás szempontjából az NdFeB hidrogén-fragmensei károsak. Szigorúan véve az NdFeB korróziója a feldolgozástól kezdődik. A vágás és őrlés utáni zsírtalanítás, a galvanizálás előtti pácolás és a galvanizálási folyamat mind hatással van az NdFeB felületi rétegére. A nem megfelelő kezelési folyamat minősíthetetlen bevonatminőséget okozhat (például lyukak), és az NdFeB felületi réteg és a bevonóréteg kötése nem erős.

Érdemes megjegyezni, hogy bár a különböző gyártók által gyártott, azonos márkájú NdFeB mágnesek mágneses tulajdonságai alapvetően megegyeznek, az ötvözetek összetételében lesznek eltérések, különösen a mágnesek mikroszerkezete lehet nagyon eltérő. A jó teljesítményű és jó korrózióállóságú mágneses acél finom és egyenletes szemcsékkel és nagy mágnessűrűséggel rendelkezik. A szinterezett NdFeB mágnesek alábbi két metallográfiai fotóján a bal oldalon látható mágnesek finom és egyenletes szemcsék, a jobb oldalon pedig nagy és egyenetlen szemcsék.
6. NdFeB mágnes megbízhatósági vizsgálata

A szélturbinás generátorok tervezési élettartama 20 év, ami azt jelenti, hogy a mágneses acél 20 évig használható, a mágneses teljesítménye nem gyengül jelentősen, és a mágneses acél nem korrodálódik. A következő vizsgálati és ellenőrzési módszerek használhatók a mágneses szélacél gyártói és felhasználói számára a mágnesek értékelésére és ellenőrzésére.

Súlytalansági teszt: használjon 10 mm × 10 mm × 12 mm-es téglalap alakú fekete lemezt mintaként (12 mm magasság a mágnesezési irány), helyezze 2 normál légköri nyomású, tiszta páratartalmú, 120 ℃ környezetbe, 48 óra múlva vegye ki és vegye ki az oxidréteget. Eltávolítás, a súlyveszteség kevesebb, mint 0,2 mg/cm2.
Termikus lemágnesezési teszt: 120 ℃ × 4 óra, a nyitott áramkörű mágneses fluxusveszteség kevesebb, mint 3%.
Hősokk teszt: 3 magas és alacsony hőmérsékleti ciklus után -40°C és 120°C között a nyitott áramköri mágneses fluxusveszteség kevesebb, mint 3%.
A sóspray-teszt, valamint a hőmérséklet- és páratartalom-teszt a galvanizált bevonatok és más korróziógátló bevonatok értékelésére szolgáló módszerek.
Más fizikai tulajdonságok, mint például a hőtágulási együttható, a hővezető képesség, az elektromos ellenállás és a mechanikai szilárdság, mind különböző mértékben befolyásolják a mágneses acél használhatóságát és megbízhatóságát.

Összegzés
1. Ez a cikk a neodímium vas-bór állandó mágnesek mágneses paramétereit mutatja be megawattos szélturbinákhoz.
2. A nagy koercitív szinterezett NdFeB biztosítja, hogy a mágnes még mindig elegendő koercitivitással rendelkezzen magas hőmérsékleten, hogy elkerülje a mágnesesség magas hőmérsékletű elvesztését.
3. A szélmotor mágneses acéljának korrózióállósága nemcsak a mágnes felületi bevonatkezelésétől függ, hanem az alapfelület korrózióállóságától is.

4. A mágnes megbízhatóságának vizsgálati módszerei közé tartozik a súlytalansági teszt, a termikus lemágnesezési teszt, a bevonat korrózióállósági vizsgálata stb.