Primjena visokoučinkovitih sinteriranih NdFeB magneta u generatorima vjetroturbina

Vjetrogenerator s trajnim magnetom koristi trajni magnet od sinteriranog neodimija željeza i bora visokih magnetskih performansi, koji ima dovoljno visoku koercitivnost kako bi se izbjegao gubitak magnetizma na visokoj temperaturi. Životni vijek magneta ovisi o osnovnom materijalu i površinskom antikorozivnom tretmanu. Zaštita od korozije NdFeB magnetskog čelika trebala bi početi od proizvodnje.
1. Uvod

Vjetrogenerator s trajnim magnetom s izravnim pogonom koristi impeler ventilatora za izravno pokretanje generatora na rotaciju, eliminirajući mjenjač koji povećava brzinu koji zahtijeva tradicionalni asinkroni vjetrogenerator s dvostrukim napajanjem izmjeničnom strujom i izbjegava kvar i održavanje mjenjača tijekom rada. U isto vrijeme, vjetrogenerator s trajnim magnetom koristi uzbudu s trajnim magnetom, nema pobudni namot i nema kliznog prstena i četke na rotoru; stoga je struktura jednostavna, a rad pouzdan. Od 1993. do Enercon GmbH, Njemačka razvila je prvu veliku vjetroturbinu s trajnim magnetom s izravnim pogonom. Razvoj vjetroturbina i vjetroturbina s permanentnim magnetima je u usponu. Ukupna razina kineskih vjetroturbina s trajnim magnetima bila je u prvom planu u svijetu.

Kliknite da biste posjetili naše proizvode: Sinterirani NdFeB magnet

Radno okruženje vjetroturbine je vrlo surovo i mora biti u stanju izdržati test visoke temperature, jake hladnoće, vjetra i pijeska, vlage, pa čak i prskanja soli. Projektirani životni vijek vjetroturbine općenito je dvadeset godina. Trenutačno se sinterirani neodimijski željezo-bor trajni magneti koriste i za male vjetroturbine i za megavatne vjetroturbine s trajnim magnetima. Stoga su odabir magnetskih parametara NdFeB trajnog magneta i zahtjevi za otpornost magneta na koroziju vrlo važni.
2. Tipična magnetska svojstva sinteriranog NdFeB koji se koristi u generatorima vjetroturbina s trajnim magnetom

Trajni magnet od neodimijskog željeza i bora naziva se treća generacija trajnih magneta za rijetke zemlje i to je trajni magnetni materijal s većom magnetskom izvedbom do sada. Glavna faza sinterirane legure NdFeB je intermetalni spoj Nd2Fe14B, a njegova zasićena magnetska polarizacija (Js) je 1,6T. Budući da se sinterirana legura trajnog magneta NdFeB sastoji od glavne faze Nd2Fe14B i faze granice zrna, a orijentacija zrna Nd2Fe14B ograničena je uvjetima procesa, trenutna remanencija magneta može doseći do 1,5 T. Njemačka tvrtka za vakuumsko taljenje (Vacuumschmelze GmbH) proizvela je NdFeB magnete s max. proizvod magnetske energije (BH) max od 57MGOe. Domaći proizvođači NdFeB mogu proizvesti magnete kvalitete N50 s max. proizvod magnetske energije od 53MGOe (Napomena: Ovaj je članak objavljen 2010. S razvojem tehnologije, na tržištu već postoje magneti razreda N54, a produkt više magnetske energije je do 55MGOe). Povećanje omjera glavne faze legure, povećanje orijentacije kristalnih zrna i gustoće magneta može povećati max. energetski proizvod magneta; ali neće premašiti teoretsku vrijednost od 64MGOe za maks. energetski proizvod monokristala Nd2Fe14B. Jinluncicai.com je vodeći proizvođač i tvornica u opskrbi serije NdFeb magneta i materijala.

Krivulja demagnetizacije NdFeB na sobnoj temperaturi slična je ravnoj liniji. Stoga se pri projektiranju motora s trajnim magnetima često odabire visokokvalitetni neodimijski željezo-bor (to jest, visok (BH) maks. materijala) kako bi se dobila velika magnetska gustoća zračnog raspora. Kada motor radi, zbog postojanja izmjeničnog demagnetizirajućeg polja i demagnetizirajućeg učinka trenutne velike struje kada se opterećenje naglo promijeni, potrebno je odabrati neodimijski željezo-bor magnet s dovoljno visokom koercitivnošću.

Dodavanje elemenata kao što je disprozij (terbij) leguri povećava intrinzičnu koercitivnost (jHc) neodimijskog željeza i bora, ali će se remanencija (Br) magneta smanjiti u skladu s tim. Stoga NdFeB magneti visokih performansi koji se koriste u generatorima vjetroturbina uzimaju u obzir njegovu koercitivnost i remanenciju.
3. Temperaturna stabilnost NdFeB trajnog magneta

Generatori vjetroelektrane rade u divljini i izdržavaju test užarene vrućine i hladnoće; u isto vrijeme, gubitak motora također dovodi do porasta temperature motora. Sinterirani NdFeB magneti navedeni u gornjoj tablici mogu raditi na 120°C. Curiejeva temperatura legure trajnog magneta NdFeB je oko 310 ℃. Kada temperatura magneta prijeđe Curiejevu točku, prelazi iz feromagnetizma u paramagnetizam. Ispod Curiejeve temperature, remanencija NdFeB opada s porastom temperature, a njegov temperaturni koeficijent remanencije α (Br) je -0,095~-0,105%/℃. Koercitivna sila NdFeB također opada s porastom temperature, a temperaturni koeficijent β (jHc) njegove koercitivne sile je -0,54~-0,64%/℃. Odaberite odgovarajuću koercitivnu silu, magnet i dalje ima dovoljno veliku koercitivnu silu na max. radna temperatura dizajna motora; inače će doći do gubitka magnetizacije.

Remanencija i koercitivnost NdFeB trajnih magnetskih materijala su komplementarne. Dodavanje teških elemenata rijetke zemlje disprozija (Dy) i terbija (Tb) u leguru može značajno povećati koercitivnost magneta. Kako se koercitivnost povećava, remanencija i max. umnožak magnetske energije smanjuje se u skladu s tim. Očito, izbor visokokoercitivnog magnetskog čelika za vjetroturbine mora biti nauštrb remanencije i maks. proizvod magnetske energije.

4, dosljednost magnetskih svojstava vjetroelektrana NdFeB magneta

NdFeB magneti se proizvode posebnim postupkom metalurgije praha, a glavni proces proizvodnje odvija se u zaštitnoj atmosferi ili pod vakuumom. Zeleno tijelo od neodima, željeza i bora pritisnuto je u vrlo jakom (~1,5 T) magnetskom polju. Veličina NdFeB magneta ograničena je ovim posebnim uvjetima procesa.

Veliki vjetrogenerator s trajnim magnetom obično koristi tisuće magneta neodimijskog željeza i bora, a svaki pol rotora sastoji se od mnogo magneta. Konzistentnost polova rotora zahtijeva konzistentnost magnetskog čelika, uključujući konzistentnost dimenzijskih tolerancija i magnetskih svojstava. Takozvana dosljednost magnetskih svojstava uključuje mala odstupanja magnetskih svojstava između različitih jedinki, kao i ujednačenost magnetskih svojstava jednog magneta.

Postoje dvije vrste magnetizma: prividni magnetizam i intrinzični magnetizam. Takozvani prividni magnetizam magnetskog čelika može se mjeriti njegovim magnetskim tokom otvorenog kruga i jakošću površinskog magnetskog polja. Prividni magnetizam magneta povezan je s oblikom i stanjem magnetizacije magneta. Svojstvene karakteristike magnetskog čelika ispituju se mjerenjem krivulje demagnetizacije uzorka. Krivulja demagnetizacije dio je petlje histereze, koja odražava karakteristike preokreta magnetizacije materijala trajnog magneta. Izmjerite krivulju demagnetizacije uzorka magnetskog čelika, pod uvjetom da uzorak mora biti zasićen magnetiziran prije mjerenja.

Da bi se utvrdilo je li magnetizam jednog magneta ujednačen, potrebno je razrezati magnet na nekoliko malih dijelova i izmjeriti njihove krivulje demagnetizacije. Tijekom procesa proizvodnje, kako bi se provjerilo je li magnetizam peći magneta dosljedan, potrebno je uzorkovati magnete iz različitih dijelova peći za sinteriranje kako bi se izmjerila krivulja demagnetizacije uzorka. Budući da je mjerna oprema vrlo skupa, i više je nemoguće osigurati integritet svakog komada magnetskog čelika koji se mjeri. Stoga se ne mogu kontrolirati svi proizvodi. Konzistentnost magnetskih svojstava NdFeB mora biti zajamčena proizvodnom opremom i kontrolom procesa.

5. Otpornost na koroziju NdFeB

NdFeB legura sadrži aktivne elemente rijetke zemlje, koji se lako oksidiraju i hrđaju. U primjenama, osim ako je NdFeB inkapsuliran i izoliran od zraka i vode, površinu NdFeB treba tretirati antikorozivno. Uobičajeni antikorozivni premazi su galvanizirani nikal, elektrogalvanizirana i elektroforetska epoksidna smola. The surface phosphating treatment can prevent NdFeB from rusting in a relatively dry environment for a short time.

Intermetalni spojevi rijetkih zemalja mogu reagirati s vodikom pod određenim tlakom i temperaturom. Nakon što NdFeB apsorbira vodik, oslobađa toplinu i lomi se. Drobljenje vodika u proizvodnji NdFeB koristi ovu značajku. Sa stajališta uporabe, vodikovi fragmenti NdFeB su štetni. Strogo govoreći, korozija NdFeB počinje njegovom preradom. Odmašćivanje nakon rezanja i brušenja, dekapiranje prije galvanizacije i postupak galvanizacije imaju utjecaja na površinski sloj NdFeB. Neodgovarajući postupak obrade može uzrokovati nekvalificiranu kvalitetu premaza (kao što su rupice), a veza površinskog sloja NdFeB i sloja premaza nije jaka.

Važno je napomenuti da iako su magnetska svojstva NdFeB magneta iste marke proizvedenih od strane različitih proizvođača u osnovi ista, postojat će razlike u sastavu legura, posebice mikrostruktura magneta može biti vrlo različita. Magnetski čelik s dobrim performansama i dobrom otpornošću na koroziju ima karakteristike finih i jednolikih zrna i visoku gustoću magneta. Na sljedeće dvije metalografske fotografije sinteriranih NdFeB magneta, magneti prikazani lijevo imaju fina i ujednačena zrna, a magneti prikazani desno imaju velika i nejednaka zrna.
6. Ispitivanje pouzdanosti NdFeB magneta

Projektirani životni vijek generatora vjetroturbina je 20 godina, što znači da se magnetski čelik može koristiti 20 godina, njegova magnetska izvedba nije značajno oslabljena i magnetski čelik nije korodiran. Sljedeće metode ispitivanja i inspekcije mogu se koristiti kao metode za proizvođače i korisnike čelika s magnetima za vjetar za procjenu i pregled magneta.

Test bestežinskog stanja: upotrijebite 10mm×10mm×12mm pravokutnu crnu ploču kao uzorak (visina 12mm je smjer magnetiziranja), stavite je u 2 standardna atmosferskog tlaka, čistu vlažnost, 120℃ okolinu, izvadite nakon 48h i uklonite oksidni sloj. Uklanjanje, gubitak težine manji je od 0,2 mg/cm2.
Ispitivanje toplinske demagnetizacije: 120 ℃ × 4 sata, gubitak magnetskog toka u otvorenom krugu je manji od 3%.
Ispitivanje toplinskim udarom: Nakon 3 ciklusa visokih i niskih temperatura od -40°C do 120°C, gubitak magnetskog toka u otvorenom krugu je manji od 3%.
Test slanog spreja i test temperature i vlažnosti metode su za procjenu galvaniziranih premaza i drugih antikorozivnih premaza.
Ostala fizikalna svojstva, kao što su koeficijent toplinskog širenja, toplinska vodljivost, električni otpor i mehanička čvrstoća, imaju različite stupnjeve utjecaja na uporabljivost i pouzdanost magnetskog čelika.

Sažetak
1. Ovaj članak predstavlja magnetske parametre neodimij željezo bor trajnih magneta za megavatne vjetroturbine.
2. Sinterirani NdFeB s visokom koercitivnošću može osigurati da magnet i dalje ima dovoljnu koercitivnost na visokoj temperaturi kako bi se izbjegao gubitak magnetizma pri visokoj temperaturi.
3. Otpornost na koroziju magnetskog čelika vjetromotora ne ovisi samo o obradi površine magneta, već i o otpornosti podloge na koroziju.

4. Metode ispitivanja pouzdanosti magneta uključuju ispitivanje bestežinskog stanja, ispitivanje toplinske demagnetizacije, ispitivanje otpornosti premaza na koroziju itd.