Ứng dụng nam châm NdFeB thiêu kết hiệu suất cao trong máy phát điện tua bin gió

Máy phát điện gió nam châm vĩnh cửu sử dụng nam châm vĩnh cửu boron sắt neodymium thiêu kết hiệu suất từ ​​tính cao, có độ kháng từ đủ cao để tránh mất từ ​​tính ở nhiệt độ cao. Tuổi thọ của nam châm phụ thuộc vào vật liệu nền và xử lý chống ăn mòn bề mặt. Việc chống ăn mòn của thép nam châm NdFeB nên bắt đầu từ quá trình sản xuất.
1. Giới thiệu

Máy phát điện gió nam châm vĩnh cửu truyền động trực tiếp sử dụng cánh quạt để điều khiển trực tiếp máy phát điện quay, loại bỏ hộp số tăng tốc theo yêu cầu của máy phát điện gió không đồng bộ cấp nguồn kép kích thích AC truyền thống và tránh sự cố và bảo trì hộp số trong quá trình vận hành. Đồng thời, máy phát điện gió nam châm vĩnh cửu sử dụng kích thích nam châm vĩnh cửu, không có cuộn dây kích thích, không có vòng trượt và chổi than trên rôto; do đó, cấu trúc đơn giản và hoạt động đáng tin cậy. Từ năm 1993, Enercon GmbH, Đức đã phát triển tuabin gió nam châm vĩnh cửu dẫn động trực tiếp quy mô lớn đầu tiên. Sự phát triển của tua bin gió và tua bin gió nam châm vĩnh cửu đang trên đà phát triển. Trình độ tổng thể của tua bin gió nam châm vĩnh cửu của Trung Quốc đã đứng đầu thế giới.

Click để tham quan sản phẩm của chúng tôi: Nam châm NdFeB thiêu kết

Môi trường làm việc của tuabin gió rất khắc nghiệt và nó phải có khả năng chịu được nhiệt độ cao, giá lạnh khắc nghiệt, gió và cát, độ ẩm và thậm chí cả phun muối. Tuổi thọ thiết kế của tuabin gió thường là hai mươi năm. Hiện nay, nam châm vĩnh cửu boron sắt neodymium thiêu kết được sử dụng cho cả tua bin gió nhỏ và tua bin gió nam châm vĩnh cửu megawatt. Vì vậy, việc lựa chọn các thông số từ tính của nam châm vĩnh cửu NdFeB và các yêu cầu về khả năng chống ăn mòn của nam châm là rất quan trọng.
2. Tính chất từ điển hình của NdFeB thiêu kết dùng trong máy phát điện tua bin gió nam châm vĩnh cửu

Nam châm vĩnh cửu boron sắt neodymium được gọi là nam châm vĩnh cửu đất hiếm thế hệ thứ ba và nó là vật liệu nam châm vĩnh cửu có hiệu suất từ tính cao hơn cho đến nay. Pha chính của hợp kim NdFeB thiêu kết là hợp chất liên kim loại Nd2Fe14B, và độ phân cực từ bão hòa (Js) của nó là 1,6T. Do hợp kim nam châm vĩnh cửu NdFeB thiêu kết bao gồm pha chính Nd2Fe14B và pha ranh giới hạt, và hướng hạt của Nd2Fe14B bị giới hạn bởi các điều kiện quy trình, nên lượng dư nam châm hiện tại có thể đạt tới 1,5T. Công ty luyện chân không của Đức (Vacuumschmelze GmbH) đã sản xuất nam châm NdFeB với công suất tối đa. tích năng lượng từ trường (BH) tối đa 57MGOe. Các nhà sản xuất NdFeB trong nước có thể sản xuất nam châm loại N50 với công suất tối đa. sản phẩm năng lượng từ trường 53MGOe (Lưu ý: Bài viết này được xuất bản năm 2010. Với sự phát triển của công nghệ, trên thị trường đã có loại nam châm N54, sản phẩm năng lượng từ cao hơn lên tới 55MGOe). Tăng tỷ lệ pha chính của hợp kim, tăng hướng của hạt tinh thể và mật độ của nam châm có thể tăng tối đa. tích năng lượng của nam châm; nhưng nó sẽ không vượt quá giá trị lý thuyết là 64MGOe ở mức tối đa. sản phẩm năng lượng của đơn tinh thể Nd2Fe14B. Jinluncicai.com đang hướng dẫn nhà sản xuất và nhà máy cung cấp loạt vật liệu và nam châm NdFeb.

Đường cong khử từ của NdFeB ở nhiệt độ phòng có dạng đường thẳng. Do đó, khi thiết kế động cơ nam châm vĩnh cửu, boron sắt neodymium cao cấp (nghĩa là vật liệu có giá trị tối đa (BH) cao) thường được chọn để thu được mật độ từ khe hở không khí cao. Khi động cơ đang chạy, do tồn tại trường khử từ xen kẽ và tác dụng khử từ của dòng điện lớn tức thời khi tải thay đổi đột ngột nên cần chọn nam châm boron sắt neodymium có độ kháng từ đủ cao.

Việc thêm các nguyên tố như dysprosium (terbium) vào hợp kim sẽ làm tăng lực cưỡng bức nội tại (jHc) của boron sắt neodymium, nhưng lượng dư (Br) của nam châm sẽ giảm theo. Do đó, nam châm NdFeB hiệu suất cao được sử dụng trong máy phát điện tua bin gió có tính đến lực kháng từ và lực dư của nó.
3. Độ ổn định nhiệt độ của nam châm vĩnh cửu NdFeB

Máy phát điện gió làm việc ở vùng hoang dã và chịu đựng thử thách của cái nóng và cái lạnh thiêu đốt; đồng thời tổn thất động cơ cũng là nguyên nhân khiến nhiệt độ động cơ tăng lên. Nam châm NdFeB thiêu kết nêu trong bảng trên có thể hoạt động ở nhiệt độ 120°C. Nhiệt độ Curie của hợp kim nam châm vĩnh cửu NdFeB là khoảng 310oC. Khi nhiệt độ của nam châm vượt quá điểm Curie thì nam châm chuyển từ tính sắt từ sang tính thuận từ. Dưới nhiệt độ Curie, độ dư của NdFeB giảm khi nhiệt độ tăng và hệ số nhiệt độ dư của α (Br) của nó là -0,095 ~ -0,105%/oC. Lực cưỡng bức của NdFeB cũng giảm khi nhiệt độ tăng và hệ số nhiệt độ β (jHc) của lực cưỡng bức của nó là -0,54 ~ -0,64%/oC. Chọn lực cưỡng bức phù hợp thì nam châm vẫn có lực cưỡng bức đủ lớn ở mức tối đa. nhiệt độ làm việc của thiết kế động cơ; nếu không sẽ xảy ra hiện tượng mất từ ​​hóa.

Độ từ dư và lực kháng từ của vật liệu nam châm vĩnh cửu NdFeB bổ sung cho nhau. Việc thêm các nguyên tố đất hiếm nặng dysprosium (Dy) và terbium (Tb) vào hợp kim có thể làm tăng đáng kể lực kháng từ của nam châm. Khi độ cưỡng chế tăng lên, độ dư và tối đa. sản phẩm năng lượng từ tính giảm tương ứng. Rõ ràng, việc lựa chọn thép từ tính có độ kháng từ cao cho tua-bin gió phải tính đến độ từ dư và tối đa. sản phẩm năng lượng từ tính.

4, tính nhất quán của tính chất từ của nam châm NdFeB năng lượng gió

Nam châm NdFeB được sản xuất bằng quy trình luyện kim bột đặc biệt và quy trình sản xuất chính được hoàn thành trong môi trường bảo vệ hoặc trong chân không. Thân xanh boron sắt neodymium được ép trong từ trường rất mạnh (~1,5T). Kích thước của nam châm NdFeB bị giới hạn bởi các điều kiện xử lý đặc biệt này.

Một máy phát điện gió nam châm vĩnh cửu lớn thường sử dụng hàng ngàn nam châm boron sắt neodymium và mỗi cực của rôto bao gồm nhiều nam châm. Tính nhất quán của các cực rôto đòi hỏi tính nhất quán của thép từ tính, bao gồm tính nhất quán của dung sai kích thước và tính chất từ. Cái gọi là tính nhất quán của các đặc tính từ bao gồm độ lệch nhỏ của các đặc tính từ giữa các cá thể khác nhau, cũng như tính đồng nhất của các đặc tính từ của một nam châm.

Có hai loại từ tính: từ tính biểu kiến ​​và từ tính nội tại. Cái gọi là từ tính biểu kiến ​​của thép từ tính có thể được đo bằng từ thông mạch hở và cường độ từ trường bề mặt của nó. Từ tính biểu kiến ​​của nam châm có liên quan đến hình dạng và trạng thái từ hóa của nam châm. Các đặc tính bên trong của thép từ tính được kiểm tra bằng cách đo đường cong khử từ của mẫu. Đường cong khử từ là một phần của vòng trễ, phản ánh đặc tính đảo ngược từ hóa của vật liệu nam châm vĩnh cửu. Đo đường cong khử từ của mẫu thép từ tính, với điều kiện mẫu cần được từ hóa bão hòa trước khi đo.

Để phát hiện từ tính của một nam châm có đồng đều hay không, cần cắt nam châm thành nhiều mảnh nhỏ và đo đường cong khử từ của chúng. Trong quá trình sản xuất, để kiểm tra từ tính của lò nam châm có phù hợp hay không, cần lấy mẫu nam châm từ các bộ phận khác nhau của lò thiêu kết để đo đường cong khử từ của mẫu. Bởi vì thiết bị đo rất đắt tiền và gần như không thể đảm bảo tính toàn vẹn của từng miếng thép từ tính được đo. Vì vậy, tất cả các sản phẩm không thể được kiểm tra. Tính nhất quán về tính chất từ ​​của NdFeB phải được đảm bảo bằng thiết bị sản xuất và kiểm soát quy trình.

5. Khả năng chống ăn mòn của NdFeB

Hợp kim NdFeB chứa các nguyên tố đất hiếm hoạt tính, dễ bị oxy hóa và rỉ sét. Trong các ứng dụng, trừ khi NdFeB được bao bọc và cách ly với không khí và nước, bề mặt của NdFeB cần được xử lý bằng chất chống ăn mòn. Các lớp phủ chống ăn mòn phổ biến là niken mạ điện, nhựa epoxy mạ điện và điện di. Việc xử lý phosphat bề mặt có thể ngăn NdFeB bị rỉ sét trong môi trường tương đối khô trong thời gian ngắn.

Các hợp chất liên kim loại đất hiếm có thể phản ứng với hydro dưới áp suất và nhiệt độ nhất định. Sau khi NdFeB hấp thụ hydro, nó giải phóng nhiệt và vỡ ra. Quá trình nghiền hydro trong sản xuất NdFeB tận dụng được tính năng này. Từ quan điểm sử dụng, các mảnh hydro của NdFeB có hại. Nói đúng ra, sự ăn mòn của NdFeB bắt đầu từ quá trình xử lý của nó. Quá trình tẩy dầu mỡ sau khi cắt và mài, tẩy rửa trước khi mạ điện và quá trình mạ điện đều có tác động lên lớp bề mặt của NdFeB. Quá trình xử lý không đúng cách có thể gây ra chất lượng lớp phủ không đạt tiêu chuẩn (chẳng hạn như lỗ kim) và liên kết của lớp bề mặt NdFeB và lớp phủ không mạnh.

Điều đáng chú ý là mặc dù tính chất từ ​​của nam châm NdFeB cùng nhãn hiệu do các nhà sản xuất khác nhau sản xuất về cơ bản là giống nhau nhưng sẽ có sự khác biệt về thành phần của hợp kim, đặc biệt là cấu trúc vi mô của nam châm có thể rất khác nhau. Thép từ tính có tính năng tốt và khả năng chống ăn mòn tốt có đặc điểm là hạt mịn, đồng đều và mật độ nam châm cao. Trong hai bức ảnh kim loại sau đây về nam châm NdFeB thiêu kết, nam châm bên trái có hạt mịn và đồng đều, còn nam châm bên phải có hạt lớn và không đồng đều.
6. Kiểm tra độ tin cậy của nam châm NdFeB

Tuổi thọ thiết kế của Máy phát điện tua bin gió là 20 năm, nghĩa là thép từ tính có thể sử dụng trong 20 năm, hiệu suất từ tính của nó không bị suy giảm đáng kể và thép từ tính không bị ăn mòn. Các phương pháp kiểm tra và thử nghiệm sau đây có thể được sử dụng làm phương pháp để các nhà sản xuất và người sử dụng thép từ gió đánh giá và kiểm tra nam châm.

Kiểm tra không trọng lượng: sử dụng tấm đen hình chữ nhật 10 mm × 10 mm × 12 mm làm mẫu (chiều cao 12 mm là hướng từ hóa), đặt nó ở 2 áp suất khí quyển tiêu chuẩn, độ ẩm tinh khiết, môi trường 120oC, lấy ra sau 48h và loại bỏ lớp oxit. Độ hao hụt trọng lượng nhỏ hơn 0,2 mg / cm2.
Kiểm tra khử từ nhiệt: 120oC × 4 giờ, tổn thất từ ​​thông mạch hở nhỏ hơn 3%.
Thử nghiệm sốc nhiệt: Sau 3 chu kỳ nhiệt độ cao và thấp từ -40°C đến 120°C, tổn thất từ ​​thông mạch hở nhỏ hơn 3%.
Thử nghiệm phun muối và thử nghiệm nhiệt độ và độ ẩm là các phương pháp đánh giá lớp phủ mạ điện và các lớp phủ chống ăn mòn khác.
Các tính chất vật lý khác, chẳng hạn như hệ số giãn nở nhiệt, độ dẫn nhiệt, điện trở suất và độ bền cơ học, đều có mức độ ảnh hưởng khác nhau đến khả năng sử dụng và độ tin cậy của thép từ tính.

Tóm tắt
1. Bài viết này giới thiệu các thông số từ tính của nam châm vĩnh cửu boron sắt neodymium cho tuabin gió megawatt.
2. NdFeB thiêu kết có độ kháng từ cao có thể đảm bảo rằng nam châm vẫn có đủ độ cưỡng chế ở nhiệt độ cao để tránh mất từ ​​tính ở nhiệt độ cao.
3. Khả năng chống ăn mòn của thép từ tính của động cơ gió không chỉ phụ thuộc vào việc xử lý lớp phủ bề mặt của nam châm mà còn phụ thuộc vào khả năng chống ăn mòn của chất nền.

4. Các phương pháp kiểm tra độ tin cậy của nam châm bao gồm kiểm tra không trọng lượng, kiểm tra khử từ nhiệt, kiểm tra khả năng chống ăn mòn của lớp phủ, v.v.