Applicering av sintrade NdFeB-magneter med hög prestanda i vindkraftsgeneratorer

Den permanentmagnetiska vindgeneratorn använder sintrade neodymjärnbor permanentmagnet med hög magnetisk prestanda, som har en tillräckligt hög koercitivitet för att undvika magnetismförlust vid hög temperatur. Magnetens livslängd beror på basmaterialet och ytkorrosionsskyddsbehandlingen. Antikorrosionen av NdFeB-magnetstål bör börja från tillverkningen.
1. Introduktion

Den direktdrivna permanentmagnetiska vindgeneratorn använder fläkthjulet för att direkt driva generatorn att rotera, vilket eliminerar den hastighetsökningsväxellåda som krävs av den traditionella AC-exciterade dubbelmatade asynkrona vindgeneratorn och undviker felfunktion och underhåll av växellådan under drift. Samtidigt antar vindgeneratorn med permanent magnet permanent magnet excitation, ingen excitationslindning och ingen glidring och borste på rotorn; därför är strukturen enkel och driften pålitlig. Från 1993 till Enercon GmbH, utvecklade Tyskland den första storskaliga direktdrivna permanentmagnetvindturbinen. Utvecklingen av vindkraftverk och permanentmagnetiska vindkraftverk är i frammarsch. Den övergripande nivån på Kinas permanentmagnetiska vindkraftverk har varit i framkant i världen.

Klicka för att besöka våra produkter: Sintrad NdFeB-magnet

Arbetsmiljön för ett vindturbin är mycket tuff, och den måste klara testet av höga temperaturer, sträng kyla, vind och sand, fukt och till och med saltstänk. Designlivslängden för ett vindturbin är i allmänhet tjugo år. För närvarande används sintrade neodymjärnbor permanentmagneter för både små vindturbiner och megawatt permanentmagnetvindkraftverk. Därför är valet av magnetiska parametrar för NdFeB-permanentmagneten och kraven på magnetens korrosionsbeständighet mycket viktiga.
2. Typiska magnetiska egenskaper hos sintrad NdFeB som används i vindkraftsgeneratorer med permanent magnet

Neodymjärnbor permanentmagnet kallas tredje generationens sällsynta jordartsmetall permanentmagnet, och det är permanentmagnetmaterialet med den högre magnetiska prestandan hittills. Huvudfasen för den sintrade NdFeB-legeringen är den intermetalliska föreningen Nd2Fe14B, och dess mättnadsmagnetiska polarisation (Js) är 1,6T. Eftersom den sintrade NdFeB permanentmagnetlegeringen är sammansatt av huvudfasen Nd2Fe14B och korngränsfasen, och kornorienteringen av Nd2Fe14B begränsas av processförhållandena, kan den aktuella magnetremanensen nå upp till 1,5T. Det tyska vakuumsmältningsföretaget (Vacuumschmelze GmbH) har producerat NdFeB-magneter med max. magnetisk energiprodukt (BH) max på 57MGOe. Inhemska NdFeB-tillverkare kan tillverka N50-magneter med max. magnetisk energiprodukt från 53MGOe (Notera: Denna artikel publicerades 2010. Med utvecklingen av teknologin finns det redan N54-magneter på marknaden, och den högre magnetiska energiprodukten är upp till 55MGOe). Att öka huvudfasförhållandet för legeringen, öka orienteringen av kristallkornen och magnetens densitet kan öka max. magnetens energiprodukt; men det kommer inte att överstiga det teoretiska värdet på 64MGOe för max. energiprodukt av enkristall Nd2Fe14B. Jinluncicai.com vägleder tillverkare och fabrik i leveransserier av NdFeb-magnet och material.

Avmagnetiseringskurvan för NdFeB vid rumstemperatur liknar en rak linje. Därför, när man designar permanentmagnetmotorer, väljs ofta höggradigt neodymjärnbor (det vill säga hög (BH) max av materialet) för att erhålla en hög magnetisk densitet för luftgapet. När motorn är igång, på grund av existensen av det alternerande avmagnetiseringsfältet och den avmagnetiserande effekten av den momentana stora strömmen när belastningen ändras plötsligt, krävs det att välja en neodymjärnbormagnet med tillräckligt hög koercitivitet.

Att lägga till element som dysprosium (terbium) till legeringen ökar den inneboende koerciviteten (jHc) hos neodymjärnbor, men magnetens remanens (Br) kommer att minska i enlighet därmed. Därför tar högpresterande NdFeB-magneter som används i vindkraftsgeneratorer hänsyn till dess koercitivitet och remanens.
3. Temperaturstabilitet för NdFeB permanentmagnet

Vindkraftsgeneratorer arbetar i vildmarken och uthärdar testet av brännande värme och kyla; samtidigt styr motorförluster också motortemperaturhöjningen. De sintrade NdFeB-magneterna som anges i tabellen ovan kan arbeta vid 120°C. Curie-temperaturen för NdFeB-permanentmagnetlegeringen är cirka 310 ℃. När magnetens temperatur överstiger Curie-punkten övergår den från ferromagnetism till paramagnetism. Under Curie-temperaturen minskar remanensen av NdFeB med ökande temperatur, och dess temperaturkoefficient för remanens α (Br) är -0,095~-0,105%/℃. Koercitivkraften för NdFeB minskar också med ökningen av temperaturen, och temperaturkoefficienten β (jHc) för dess koercitivkraft är -0,54~-0,64%/℃. Välj lämplig tvångskraft, magneten har fortfarande en tillräckligt hög tvångskraft vid max. arbetstemperatur för motorkonstruktionen; annars kommer magnetiseringsförlust att inträffa.

Remanensen och koercitiviteten hos NdFeB permanentmagnetmaterial är komplementära. Att lägga till tunga sällsynta jordartsmetaller dysprosium (Dy) och terbium (Tb) till legeringen kan avsevärt öka magnetens koercitivitet. När tvångskraften ökar kommer remanensen och max. magnetisk energiprodukt minskar i enlighet därmed. Uppenbarligen måste valet av högkoercitivt magnetiskt stål för vindkraftverk ske på bekostnad av remanens och max. magnetisk energiprodukt.

4, konsistensen av magnetiska egenskaper vindkraft NdFeB magneter

NdFeB-magneter tillverkas med hjälp av en speciell pulvermetallurgisk process, och den huvudsakliga tillverkningsprocessen slutförs i en skyddande atmosfär eller under vakuum. Den neodymjärnborgröna kroppen pressas i ett mycket starkt (~1,5T) magnetfält. Storleken på NdFeB-magneter begränsas av dessa speciella processförhållanden.

En stor vindgenerator med permanent magnet använder vanligtvis tusentals neodymjärnbormagneter, och varje pol på rotorn består av många magneter. Konsistensen hos rotorpolerna kräver konsistensen hos det magnetiska stålet, inklusive konsistensen av dimensionstoleranser och magnetiska egenskaper. Den så kallade konsistensen av magnetiska egenskaper inkluderar den lilla avvikelsen av de magnetiska egenskaperna mellan olika individer, såväl som enhetligheten i de magnetiska egenskaperna hos en enskild magnet.

Det finns två typer av magnetism: skenbar magnetism och inneboende magnetism. Den så kallade skenbara magnetismen hos magnetiskt stål kan mätas genom dess magnetiska flöde i öppen krets och dess magnetiska fältstyrka på ytan. Magnetens skenbara magnetism är relaterad till magnetens form och magnetiseringstillstånd. De inneboende egenskaperna hos det magnetiska stålet testas genom att mäta provets avmagnetiseringskurva. Avmagnetiseringskurvan är en del av hysteresloopen, som återspeglar magnetiseringsreverseringsegenskaperna hos permanentmagnetmaterialet. Mät avmagnetiseringskurvan för ett magnetiskt stålprov, förutsatt att provet måste mättas magnetiserat före mätning.

För att upptäcka om magnetismen hos en enskild magnet är enhetlig, är det nödvändigt att skära magneten i flera små bitar och mäta deras avmagnetiseringskurvor. Under produktionsprocessen, för att kontrollera om magnetismen hos en magnetugn är konsekvent, är det nödvändigt att ta prov på magneterna från olika delar av sintringsugnen för att mäta provets avmagnetiseringskurva. Eftersom mätutrustningen är mycket dyr, och det är ännu omöjligt att säkerställa integriteten hos varje bit magnetiskt stål som ska mätas. Därför kan alla produkter inte inspekteras. Konsistensen av de magnetiska egenskaperna hos NdFeB måste garanteras av produktionsutrustning och processkontroll.

5. Korrosionsbeständighet hos NdFeB

NdFeB-legering innehåller aktiva sällsynta jordartsmetaller, som är lätta att oxidera och rosta. I tillämpningar, såvida inte NdFeB är inkapslad och isolerad från luft och vatten, måste ytan på NdFeB behandlas med korrosionsskydd. Vanliga korrosionsskyddsbeläggningar är elektropläterad nickel, elektrogalvaniserad och elektroforetisk epoxiharts. Ytfosfatbehandlingen kan förhindra att NdFeB rostar i en relativt torr miljö under en kort tid.

Intermetalliska föreningar av sällsynta jordartsmetaller kan reagera med väte under visst tryck och temperatur. Efter att NdFeB absorberar väte frigör det värme och går sönder. Vätekrossningen i produktionen av NdFeB drar fördel av denna funktion. Ur användningssynpunkt är vätefragmenten av NdFeB skadliga. Strängt taget börjar korrosionen av NdFeB från dess bearbetning. Avfettningen efter skärning och slipning, betningen före galvanisering och galvaniseringsprocessen har alla en inverkan på ytskiktet av NdFeB. Felaktig behandlingsprocess kan orsaka okvalificerad beläggningskvalitet (såsom nålhål) och bindningen av NdFeB-ytskiktet och beläggningsskiktet är inte stark.

Det är värt att notera att även om de magnetiska egenskaperna hos NdFeB-magneter av samma märke som tillverkas av olika tillverkare är i princip desamma, kommer det att finnas skillnader i legeringarnas sammansättning, speciellt magneternas mikrostruktur kan vara mycket olika. Magnetiskt stål med bra prestanda och god korrosionsbeständighet har egenskaperna för fina och enhetliga korn och hög magnetdensitet. I följande två metallografiska foton av sintrade NdFeB-magneter har magneterna som visas till vänster fina och enhetliga korn, och magneterna som visas till höger har stora och ojämna korn.
6. Tillförlitlighetstest av NdFeB-magnet

Designlivslängden för vindkraftsgeneratorer är 20 år, vilket innebär att det magnetiska stålet kan användas i 20 år, dess magnetiska prestanda är inte avsevärt dämpad och det magnetiska stålet är inte korroderat. Följande test- och inspektionsmetoder kan användas som metoder för tillverkare och användare av vindmagnetiskt stål för att utvärdera och inspektera magneterna.

Viktlöshetstest: använd 10 mm × 10 mm × 12 mm rektangulär svart platta som prov (12 mm höjd är magnetiseringsriktningen), placera den i 2 standard atmosfärstryck, ren luftfuktighet, 120 ℃ miljö, ta ut efter 48 timmar och ta ut oxidskiktet Borttagning, viktminskningen är mindre än 0,2 mg/cm2.
Termiskt avmagnetiseringstest: 120 ℃ × 4 timmar, magnetisk flödesförlust i öppen krets är mindre än 3 %.
Termisk chocktest: Efter 3 cykler med höga och låga temperaturer från -40°C till 120°C är den öppna kretsmagnetiska flödesförlusten mindre än 3 %.
Saltspraytest och temperatur- och fuktighetstest är metoder för att utvärdera elektropläterade beläggningar och andra korrosionsskyddande beläggningar.
Andra fysikaliska egenskaper, såsom värmeutvidgningskoefficient, värmeledningsförmåga, elektrisk resistivitet och mekanisk hållfasthet, har alla olika grad av inflytande på magnetiskt ståls användbarhet och tillförlitlighet.

Sammanfattning
1. Den här artikeln introducerar de magnetiska parametrarna för permanentmagneter av neodymjärnbor för megawatt-vindkraftverk.
2. Sintrad NdFeB med hög koercivitet kan säkerställa att magneten fortfarande har tillräckligt med koercitivitet vid hög temperatur för att undvika hög temperaturförlust av magnetism.
3. Korrosionsbeständigheten hos vindmotorns magnetiska stål beror inte bara på ytbeläggningsbehandlingen av magneten utan också på substratets korrosionsbeständighet.

4. Testmetoderna för magnettillförlitlighet inkluderar viktlöshetstest, termisk avmagnetiseringstest, beläggningsprovning av korrosionsbeständighet, etc.