Toepassing van hoogwaardige gesinterde NdFeB-magneten in windturbinegeneratoren

De permanente magneetwindgenerator maakt gebruik van een gesinterde permanente magneet van neodymium-ijzerborium met hoge magnetische prestaties, die een voldoende hoge coërciviteit heeft om magnetismeverlies bij hoge temperaturen te voorkomen. De levensduur van de magneet is afhankelijk van het basismateriaal en de anticorrosiebehandeling van het oppervlak. De anti-corrosie van NdFeB-magneetstaal moet beginnen bij de productie.
1. Inleiding

De direct aangedreven permanente magneetwindgenerator maakt gebruik van de ventilatorwaaier om de generator direct te laten draaien, waardoor de snelheidsverhogende versnellingsbak wordt geëlimineerd die vereist is door de traditionele AC-aangeslagen, dubbel gevoede asynchrone windgenerator, en het defect en onderhoud van de versnellingsbak tijdens bedrijf wordt vermeden. Tegelijkertijd gebruikt de permanente magneetwindgenerator permanente magneetexcitatie, geen excitatiewikkeling en geen sleepring en borstel op de rotor; daarom is de structuur eenvoudig en de werking betrouwbaar. Van 1993 ontwikkelde Enercon GmbH, Duitsland, de eerste grootschalige windturbine met directe aandrijving en permanente magneet. De ontwikkeling van windturbines en permanente magneetwindturbines is in opkomst. Het algemene niveau van de Chinese windturbines met permanente magneet bevindt zich in de voorhoede van de wereld.

Klik om onze producten te bezoeken: Gesinterde NdFeB-magneet

De werkomgeving van een windturbine is zeer zwaar en moet bestand zijn tegen de test van hoge temperaturen, strenge kou, wind en zand, vochtigheid en zelfs zoutnevel. De ontwerplevensduur van een windturbine bedraagt ​​doorgaans twintig jaar. Momenteel worden gesinterde permanente magneten van neodymium-ijzer-borium gebruikt voor zowel kleine windturbines als megawatt-windturbines met permanente magneten. Daarom zijn de selectie van de magnetische parameters van de NdFeB permanente magneet en de vereisten voor de corrosieweerstand van de magneet erg belangrijk.
2. Typische magnetische eigenschappen van gesinterd NdFeB gebruikt in windturbinegeneratoren met permanente magneet

Neodymium-ijzer-boor permanente magneet wordt de derde generatie zeldzame aarde permanente magneet genoemd, en het is het permanente magneetmateriaal met de hogere magnetische prestaties tot nu toe. De hoofdfase van de gesinterde NdFeB-legering is de intermetallische verbinding Nd2Fe14B, en de magnetische verzadigingspolarisatie (Js) is 1,6T. Omdat de gesinterde NdFeB permanente magneetlegering bestaat uit de hoofdfase Nd2Fe14B en de korrelgrensfase, en de korreloriëntatie van Nd2Fe14B wordt beperkt door de procesomstandigheden, kan de huidige magneetremanentie oplopen tot 1,5T. Het Duitse vacuümsmeltbedrijf (Vacuumschmelze GmbH) heeft NdFeB-magneten geproduceerd met een max. magnetisch energieproduct (BH) max. 57MGOe. Binnenlandse NdFeB-fabrikanten kunnen magneten van N50-kwaliteit produceren met een max. magnetisch energieproduct van 53MGOe (Opmerking: dit artikel is gepubliceerd in 2010. Met de ontwikkeling van de technologie zijn er al magneten van N54-kwaliteit op de markt, en het hogere magnetische energieproduct is maximaal 55MGOe). Het vergroten van de hoofdfaseverhouding van de legering, het vergroten van de oriëntatie van de kristalkorrels en de dichtheid van de magneet kunnen de max. energieproduct van de magneet; maar het zal de theoretische waarde van 64MGOe voor de max. waarde niet overschrijden. energieproduct van eenkristal Nd2Fe14B. Jinluncicai.com begeleidt fabrikant en fabriek bij het leveren van NdFeb-magneet en materiaal.

De demagnetisatiecurve van NdFeB bij kamertemperatuur is vergelijkbaar met een rechte lijn. Daarom wordt bij het ontwerpen van motoren met permanente magneet vaak hoogwaardig neodymium-ijzerborium (dat wil zeggen een hoge (BH) max van het materiaal) geselecteerd om een ​​hoge magnetische luchtspleetdichtheid te verkrijgen. Wanneer de motor draait, is het, vanwege het bestaan ​​van het wisselende demagnetiserende veld en het demagnetiserende effect van de momentane grote stroom wanneer de belasting plotseling verandert, vereist om een ​​neodymium-ijzer-boriummagneet te selecteren met een voldoende hoge coërciviteit.

Het toevoegen van elementen zoals dysprosium (terbium) aan de legering verhoogt de intrinsieke coërciviteit (jHc) van neodymium-ijzerborium, maar de remanentie (Br) van de magneet zal dienovereenkomstig afnemen. Daarom houden hoogwaardige NdFeB-magneten die in windturbinegeneratoren worden gebruikt rekening met de coërciviteit en remanentie ervan.
3. Temperatuurstabiliteit van de permanente magneet NdFeB

Windenergiegeneratoren werken in de wildernis en doorstaan de test van verzengende hitte en kou; tegelijkertijd leidt motorverlies ook tot een stijging van de motortemperatuur. De gesinterde NdFeB-magneten uit bovenstaande tabel kunnen werken bij 120°C. De Curietemperatuur van de NdFeB permanente magneetlegering bedraagt ​​ongeveer 310℃. Wanneer de temperatuur van de magneet het Curiepunt overschrijdt, verandert deze van ferromagnetisme naar paramagnetisme. Onder de Curietemperatuur neemt de remanentie van NdFeB af bij toenemende temperatuur, en de temperatuurcoëfficiënt van remanentie α (Br) bedraagt ​​-0,095~-0,105%/℃. De dwangkracht van NdFeB neemt ook af met de stijging van de temperatuur, en de temperatuurcoëfficiënt β (jHc) van zijn dwangkracht is -0,54~-0,64%/℃. Kies de juiste dwangkracht, de magneet heeft maximaal nog een voldoende hoge dwangkracht. werktemperatuur van het motorontwerp; anders zal magnetisatieverlies optreden.

De remanentie en coërciviteit van NdFeB permanente magneetmaterialen zijn complementair. Het toevoegen van zware zeldzame aardmetalen dysprosium (Dy) en terbium (Tb) aan de legering kan de coërciviteit van de magneet aanzienlijk vergroten. Naarmate de coërciviteit toeneemt, worden de remanentie en max. het magnetische energieproduct neemt dienovereenkomstig af. Uiteraard moet de keuze voor magnetisch staal met hoge coërciviteit voor windturbines ten koste gaan van de remanentie en max. magnetisch energieproduct.

4, de consistentie van magnetische eigenschappen van windenergie NdFeB-magneten

NdFeB-magneten worden vervaardigd met behulp van een speciaal poedermetallurgieproces, en het belangrijkste productieproces wordt voltooid in een beschermende atmosfeer of onder vacuüm. Het neodymium-ijzer-borium-groene lichaam wordt in een zeer sterk (~1,5T) magnetisch veld gedrukt. De grootte van NdFeB-magneten wordt beperkt door deze speciale procesomstandigheden.

Een grote windgenerator met permanente magneten maakt gewoonlijk gebruik van duizenden neodymium-ijzer-boriummagneten, en elke pool van de rotor is samengesteld uit vele magneten. De consistentie van de rotorpolen vereist de consistentie van het magnetische staal, inclusief de consistentie van maattoleranties en magnetische eigenschappen. De zogenaamde consistentie van magnetische eigenschappen omvat de kleine afwijking van de magnetische eigenschappen tussen verschillende individuen, evenals de uniformiteit van de magnetische eigenschappen van een enkele magneet.

Er zijn twee soorten magnetisme: schijnbaar magnetisme en intrinsiek magnetisme. Het zogenaamde schijnbare magnetisme van magnetisch staal kan worden gemeten aan de hand van de magnetische flux in open circuit en de magnetische veldsterkte aan het oppervlak. Het schijnbare magnetisme van de magneet houdt verband met de vorm en de magnetisatietoestand van de magneet. De intrinsieke eigenschappen van het magnetische staal worden getest door de demagnetisatiecurve van het monster te meten. De demagnetisatiecurve maakt deel uit van de hysteresislus, die de magnetisatie-omkeerkarakteristieken van het permanente magneetmateriaal weerspiegelt. Meet de demagnetisatiecurve van een magnetisch staalmonster, op voorwaarde dat het monster vóór de meting verzadigd moet worden gemagnetiseerd.

Om te detecteren of het magnetisme van een enkele magneet uniform is, is het noodzakelijk om de magneet in verschillende kleine stukjes te snijden en hun demagnetisatiecurven te meten. Om tijdens het productieproces te controleren of het magnetisme van een oven met magneten consistent is, is het noodzakelijk om de magneten uit verschillende delen van de sinteroven te bemonsteren om de demagnetisatiecurve van het monster te meten. Omdat de meetapparatuur erg duur is, en het vrijwel onmogelijk is om de integriteit van elk te meten stuk magnetisch staal te garanderen. Daarom kunnen niet alle producten worden geïnspecteerd. De consistentie van de magnetische eigenschappen van NdFeB moet worden gegarandeerd door productieapparatuur en procescontrole.

5. Corrosieweerstand van NdFeB

De NdFeB-legering bevat actieve zeldzame aardelementen, die gemakkelijk oxideren en roesten. Bij toepassingen moet het oppervlak van de NdFeB worden behandeld met anticorrosie, tenzij het NdFeB is ingekapseld en geïsoleerd van lucht en water. Veel voorkomende corrosiewerende coatings zijn gegalvaniseerd nikkel, elektrolytisch verzinkt en elektroforetische epoxyhars. De oppervlaktefosfatatiebehandeling kan voorkomen dat NdFeB gedurende korte tijd in een relatief droge omgeving gaat roesten.

Zeldzame aardmetalen kunnen onder bepaalde druk en temperatuur met waterstof reageren. Nadat NdFeB waterstof heeft geabsorbeerd, geeft het warmte af en breekt het. Het waterstofvermalen bij de productie van NdFeB maakt gebruik van deze eigenschap. Vanuit gebruiksoogpunt zijn de waterstoffragmenten van NdFeB schadelijk. Strikt genomen begint de corrosie van NdFeB bij de verwerking ervan. Het ontvetten na het snijden en slijpen, het beitsen vóór het galvaniseren en het galvaniseerproces hebben allemaal invloed op de oppervlaktelaag van NdFeB. Een onjuist behandelingsproces kan een ongekwalificeerde coatingkwaliteit veroorzaken (zoals gaatjes) en de hechting van de NdFeB-oppervlaktelaag en de coatinglaag is niet sterk.

Het is vermeldenswaard dat hoewel de magnetische eigenschappen van NdFeB-magneten van hetzelfde merk, geproduceerd door verschillende fabrikanten, in principe hetzelfde zijn, er verschillen zullen zijn in de samenstelling van de legeringen, vooral de microstructuur van de magneten kan heel verschillend zijn. Magnetisch staal met goede prestaties en goede corrosieweerstand heeft de kenmerken van fijne en uniforme korrels en een hoge magneetdichtheid. In de volgende twee metallografische foto's van gesinterde NdFeB-magneten hebben de links getoonde magneten fijne en uniforme korrels, en de rechts getoonde magneten hebben grote en ongelijkmatige korrels.
6. Betrouwbaarheidstest van NdFeB-magneet

De ontwerplevensduur van windturbinegeneratoren is 20 jaar, wat betekent dat het magnetische staal 20 jaar kan worden gebruikt, de magnetische prestaties niet significant worden verzwakt en het magnetische staal niet is gecorrodeerd. De volgende test- en inspectiemethoden kunnen worden gebruikt als methoden voor de fabrikanten en gebruikers van windmagneetstaal om de magneten te beoordelen en te inspecteren.

Gewichtloosheidstest: gebruik een rechthoekige zwarte plaat van 10 mm × 10 mm × 12 mm als monster (12 mm hoogte is de magnetiserende richting), plaats deze in 2 standaard atmosferische druk, zuivere vochtigheid, 120 ℃ omgeving, verwijder na 48 uur en verwijder de oxidelaag. Verwijdering, het gewichtsverlies is minder dan 0,2 mg / cm2.
Thermische demagnetisatietest: 120 ℃ × 4 uur, magnetisch fluxverlies in open circuit is minder dan 3%.
Thermische schoktest: Na 3 cycli van hoge en lage temperaturen van -40°C tot 120°C bedraagt ​​het magnetische fluxverlies in open circuit minder dan 3%.
Zoutsproeitest en temperatuur- en vochtigheidstest zijn methoden voor het evalueren van gegalvaniseerde coatings en andere corrosiewerende coatings.
Andere fysische eigenschappen, zoals de thermische uitzettingscoëfficiënt, thermische geleidbaarheid, elektrische weerstand en mechanische sterkte, hebben allemaal in verschillende mate invloed op de bruikbaarheid en betrouwbaarheid van magnetisch staal.

Samenvatting
1. Dit artikel introduceert de magnetische parameters van neodymium-ijzer-boor permanente magneten voor megawatt-windturbines.
2. Gesinterd NdFeB met hoge coërciviteit kan ervoor zorgen dat de magneet bij hoge temperaturen nog steeds voldoende coërciviteit heeft om verlies van magnetisme bij hoge temperaturen te voorkomen.
3. De corrosieweerstand van het magnetische staal van de windmotor hangt niet alleen af ​​van de oppervlaktecoatingbehandeling van de magneet, maar ook van de corrosieweerstand van het substraat.

4. De testmethoden voor de betrouwbaarheid van de magneet omvatten een gewichtloosheidstest, een thermische demagnetisatietest, een corrosieweerstandstest voor coatings, enz.