Aplicarea magneților NdFeB sinterizați de înaltă performanță în generatoarele de turbine eoliene

Generatorul eolian cu magnet permanent adoptă un magnet permanent din neodim fier sinterizat de înaltă performanță magnetică, care are o coercivitate suficient de mare pentru a evita pierderea magnetismului la temperatură ridicată. Durata de viață a magnetului depinde de materialul de bază și de tratamentul anticoroziv al suprafeței. Anti-coroziunea oțelului magnet NdFeB ar trebui să înceapă de la fabricație.
1. Introducere

Generatorul eolian cu magnet permanent cu antrenare directă adoptă rotorul ventilatorului pentru a conduce direct generatorul să se rotească, eliminând cutia de viteze care crește viteza cerută de generatorul eolian asincron cu dublu alimentat cu excitat CA tradițional și evitând funcționarea defectuoasă și întreținerea cutiei de viteze în timpul funcționării. În același timp, generatorul eolian cu magnet permanent adoptă excitație cu magnet permanent, fără înfășurare de excitație și fără inel de alunecare și perie pe rotor; prin urmare, structura este simplă și funcționarea este fiabilă. Din 1993, până la Enercon GmbH, Germania a dezvoltat prima turbină eoliană cu acționare directă la scară mare. Dezvoltarea turbinelor eoliene și a turbinelor eoliene cu magnet permanenți este în ascensiune. Nivelul general al turbinelor eoliene cu magnet permanent din China a fost în fruntea lumii.

Click pentru a vizita produsele noastre: Magnet NdFeB sinterizat

Mediul de lucru al unei turbine eoliene este foarte dur și trebuie să poată rezista testului de temperatură ridicată, frig sever, vânt și nisip, umiditate și chiar pulverizare de sare. Durata de viață proiectată a unei turbine eoliene este în general de douăzeci de ani. În prezent, magneții permanenți din neodim fier și bor sunt utilizați atât pentru turbinele eoliene mici, cât și pentru turbinele eoliene cu magnet permanenți megawați. Prin urmare, selecția parametrilor magnetici ai magnetului permanent NdFeB și cerințele pentru rezistența la coroziune a magnetului sunt foarte importante.
2. Proprietăți magnetice tipice ale NdFeB sinterizat utilizat în generatoarele de turbine eoliene cu magnet permanent

Magnetul permanent din neodim fier bor este numit magnetul permanent de a treia generație de pământuri rare și este materialul cu magnet permanent cu performanțe magnetice mai mari până acum. Faza principală a aliajului sinterizat NdFeB este compusul intermetalic Nd2Fe14B, iar polarizarea sa magnetică de saturație (Js) este 1,6T. Deoarece aliajul de magnet permanent NdFeB sinterizat este compus din faza principală Nd2Fe14B și faza limită a granulelor, iar orientarea granulelor Nd2Fe14B este limitată de condițiile procesului, remanența curentă a magnetului poate ajunge până la 1,5T. Compania germană de topire în vid (Vacuumschmelze GmbH) a produs magneți NdFeB cu max. produs de energie magnetică (BH) max de 57 MGOe. Producătorii interni de NdFeB pot produce magneți de calitate N50 cu un max. produs de energie magnetică de 53MGOe (Notă: acest articol a fost publicat în 2010. Odată cu dezvoltarea tehnologiei, există deja magneți de gradul N54 pe piață, iar produsul de energie magnetică mai mare este de până la 55MGOe). Creșterea raportului de fază principală a aliajului, creșterea orientării granulelor de cristal și a densității magnetului poate crește max. produsul energetic al magnetului; dar nu va depăși valoarea teoretică de 64MGOe pentru max. produs energetic al monocristalului Nd2Fe14B. Jinluncicai.com ghidează producătorul și fabrica în seria de furnizare de magnet și material NdFeb.

Curba de demagnetizare a NdFeB la temperatura camerei este similară cu o linie dreaptă. Prin urmare, atunci când se proiectează motoare cu magnet permanenți, borul de fier neodim de calitate înaltă (adică un material ridicat (BH) max) este adesea selectat pentru a obține o densitate magnetică mare a spațiului de aer. Când motorul funcționează, din cauza existenței câmpului de demagnetizare alternativ și a efectului de demagnetizare al curentului mare instantaneu atunci când sarcina se schimbă brusc, este necesară selectarea unui magnet din neodim fier bor cu o coercivitate suficient de mare.

Adăugarea de elemente precum disproziu (terbiu) la aliaj crește coercivitate intrinsecă (jHc) a borului de fier neodim, dar remanența (Br) a magnetului va scădea în consecință. Prin urmare, magneții NdFeB de înaltă performanță utilizați în generatoarele de turbine eoliene iau în considerare coercitatea și remanența acestuia.
3. Stabilitatea temperaturii magnetului permanent NdFeB

Generatoarele de energie eoliană lucrează în sălbăticie și îndură testul căldurii și frigului arzător; în același timp, pierderea motorului ghidează și creșterea temperaturii motorului. Magneții NdFeB sinterizați din tabelul de mai sus pot funcționa la 120°C. Temperatura Curie a aliajului cu magnet permanent NdFeB este de aproximativ 310℃. Când temperatura magnetului depășește punctul Curie, acesta trece de la feromagnetism la paramagnetism. Sub temperatura Curie, remanența NdFeB scade odată cu creșterea temperaturii, iar coeficientul său de remanență α (Br) este -0,095 ~ -0,105%/℃. Forța coercitivă a NdFeB scade, de asemenea, odată cu creșterea temperaturii, iar coeficientul de temperatură β (jHc) al forței sale coercitive este de -0,54 ~ -0,64%/℃. Alegeți forța coercitivă adecvată, magnetul are încă o forță coercitivă suficient de mare la max. temperatura de lucru a designului motorului; în caz contrar, se va produce pierderea magnetizării.

Remanența și coerctivitatea materialelor cu magnet permanenți NdFeB sunt complementare. Adăugarea elementelor grele de pământuri rare disproziu (Dy) și terbiu (Tb) la aliaj poate crește semnificativ coerctivitatea magnetului. Pe măsură ce coerctivitatea crește, remanența și max. produsul energetic magnetic scade în mod corespunzător. Evident, alegerea oțelului magnetic de mare coercibilitate pentru turbinele eoliene trebuie să fie în detrimentul remanenței și max. produs energetic magnetic.

4, consistența proprietăților magnetice ale magneților NdFeB de energie eoliană

Magneții NdFeB sunt fabricați folosind un proces special de metalurgie a pulberilor, iar procesul principal de fabricație este finalizat în atmosferă protectoare sau sub vid. Corpul de neodim fier bor verde este presat într-un câmp magnetic foarte puternic (~1,5T). Dimensiunea magneților NdFeB este limitată de aceste condiții speciale de proces.

Un generator eolian cu magnet permanent mare folosește de obicei mii de magneți din neodim, din fier, din bor și fiecare pol al rotorului este compus din mulți magneți. Consistența polilor rotorului necesită consistența oțelului magnetic, inclusiv consistența toleranțelor dimensionale și a proprietăților magnetice. Așa-numita consistență a proprietăților magnetice include o mică abatere a proprietăților magnetice între diferiți indivizi, precum și uniformitatea proprietăților magnetice ale unui singur magnet.

Există două tipuri de magnetism: magnetismul aparent și magnetismul intrinsec. Așa-numitul magnetism aparent al oțelului magnetic poate fi măsurat prin fluxul său magnetic în circuit deschis și puterea câmpului magnetic de suprafață. Magnetismul aparent al magnetului este legat de forma și starea de magnetizare a magnetului. Caracteristicile intrinseci ale oțelului magnetic sunt testate prin măsurarea curbei de demagnetizare a probei. Curba de demagnetizare este o parte a buclei de histerezis, care reflectă caracteristicile de inversare a magnetizării ale materialului cu magnet permanent. Măsurați curba de demagnetizare a unei probe de oțel magnetic, cu condiția ca proba să fie magnetizată saturată înainte de măsurare.

Pentru a detecta dacă magnetismul unui singur magnet este uniform, este necesar să tăiați magnetul în mai multe bucăți mici și să măsurați curbele de demagnetizare ale acestora. În timpul procesului de producție, pentru a verifica dacă magnetismul unui cuptor de magneți este consistent, este necesar să se preleveze magneții din diferite părți ale cuptorului de sinterizare pentru a măsura curba de demagnetizare a probei. Pentru că echipamentul de măsurare este foarte scump și este tot mai imposibil să se asigure integritatea fiecărei piese de oțel magnetic de măsurat. Prin urmare, toate produsele nu pot fi inspectate. Consistența proprietăților magnetice ale NdFeB trebuie să fie garantată de echipamentele de producție și de controlul procesului.

5. Rezistența la coroziune a NdFeB

Aliajul NdFeB conține elemente active de pământuri rare, care sunt ușor de oxidat și ruginit. În aplicații, cu excepția cazului în care NdFeB este încapsulat și izolat de aer și apă, suprafața NdFeB trebuie tratată cu anticoroziune. Acoperirile anticorozive obișnuite sunt nichelul galvanizat, rășina epoxidica electroforetică și electroforetică. Tratamentul de fosfatare a suprafeței poate preveni ruginirea NdFeB într-un mediu relativ uscat pentru o perioadă scurtă de timp.

Compușii intermetalici de pământuri rare pot reacționa cu hidrogenul la o anumită presiune și temperatură. După ce NdFeB absoarbe hidrogenul, eliberează căldură și se rupe. Zdrobirea hidrogenului în producția de NdFeB profită de această caracteristică. Din punct de vedere al utilizării, fragmentele de hidrogen ale NdFeB sunt dăunătoare. Strict vorbind, coroziunea NdFeB începe de la prelucrarea acestuia. Degresarea după tăiere și măcinare, decaparea înainte de galvanizare și procesul de galvanizare au toate un impact asupra stratului de suprafață de NdFeB. Procesul de tratare necorespunzător poate cauza o calitate necalificată a acoperirii (cum ar fi găuri), iar lipirea stratului de suprafață NdFeB și stratul de acoperire nu este puternică.

Este de remarcat faptul că, deși proprietățile magnetice ale magneților NdFeB de aceeași marcă produși de diferiți producători sunt practic aceleași, vor exista diferențe în compoziția aliajelor, în special microstructura magneților poate fi foarte diferită. Oțelul magnetic cu performanță bună și rezistență bună la coroziune are caracteristicile granulelor fine și uniforme și densitate mare a magnetului. În următoarele două fotografii metalografice ale magneților NdFeB sinterizați, magneții din stânga au granule fine și uniforme, iar magneții din dreapta au granule mari și neuniforme.
6. Testul de fiabilitate al magnetului NdFeB

Durata de viață a generatoarelor de turbine eoliene este de 20 de ani, ceea ce înseamnă că oțelul magnetic poate fi utilizat timp de 20 de ani, performanța sa magnetică nu este atenuată semnificativ și oțelul magnetic nu este corodat. Următoarele metode de testare și inspecție pot fi utilizate ca metode pentru ca producătorii și utilizatorii de oțel magnetic eolian să evalueze și să inspecteze magneții.

Test de imponderabilitate: utilizați ca probă o placă neagră dreptunghiulară de 10 mm × 10 mm × 12 mm (înălțimea de 12 mm este direcția de magnetizare), plasați-o în 2 presiune atmosferică standard, umiditate pură, mediu de 120 ℃, scoateți după 48 de ore și îndepărtați stratul de oxid. Îndepărtarea, pierderea în greutate este mai mică de 0,2 mg/cm2.
Test de demagnetizare termică: 120 ℃ × 4 ore, pierderea fluxului magnetic în circuit deschis este mai mică de 3%.
Test de șoc termic: După 3 cicluri de temperaturi ridicate și scăzute de la -40°C la 120°C, pierderea fluxului magnetic în circuit deschis este mai mică de 3%.
Testul de pulverizare cu sare și testul de temperatură și umiditate sunt metode de evaluare a acoperirilor galvanizate și a altor acoperiri anticorozive.
Alte proprietăți fizice, cum ar fi coeficientul de dilatare termică, conductivitatea termică, rezistivitatea electrică și rezistența mecanică, toate au grade diferite de influență asupra utilizabilității și fiabilității oțelului magnetic.

Rezumat
1. Acest articol prezintă parametrii magnetici ai magneților permanenți din neodim fier bor pentru turbinele eoliene de megawați.
2. NdFeB sinterizat cu coercibilitate ridicată poate asigura că magnetul are încă suficientă coercivitate la temperatură ridicată pentru a evita pierderea magnetismului la temperatură ridicată.
3. Rezistența la coroziune a oțelului magnetic al motorului eolian depinde nu numai de tratamentul de acoperire a suprafeței magnetului, ci și de rezistența la coroziune a substratului.

4. Metodele de testare a fiabilității magnetului includ testul de imponderabilitate, testul de demagnetizare termică, testul de rezistență la coroziune a stratului de acoperire etc.