การใช้แม่เหล็ก NdFeB เผาผนึกประสิทธิภาพสูงในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันลม

เครื่องกำเนิดลมแม่เหล็กถาวรใช้แม่เหล็กถาวรนีโอไดเมียมเหล็กโบรอนเผาประสิทธิภาพแม่เหล็กสูง ซึ่งมีแรงบีบบังคับสูงเพียงพอเพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียแม่เหล็กที่อุณหภูมิสูง อายุการใช้งานของแม่เหล็กขึ้นอยู่กับวัสดุฐานและการป้องกันการกัดกร่อนของพื้นผิว การป้องกันการกัดกร่อนของเหล็กแม่เหล็ก NdFeB ควรเริ่มต้นจากการผลิต
1. บทนำ

เครื่องกำเนิดลมแม่เหล็กถาวรแบบขับตรงใช้ใบพัดพัดลมเพื่อขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้หมุนโดยตรง ช่วยลดกล่องเกียร์เพิ่มความเร็วที่จำเป็นสำหรับเครื่องกำเนิดลมแบบอะซิงโครนัสแบบป้อนสองเท่าแบบ AC แบบดั้งเดิม และหลีกเลี่ยงการทำงานผิดปกติและการบำรุงรักษากล่องเกียร์ระหว่างการทำงาน ในเวลาเดียวกัน เครื่องกำเนิดลมแม่เหล็กถาวรใช้การกระตุ้นด้วยแม่เหล็กถาวร ไม่มีขดลวดกระตุ้น และไม่มีแหวนลื่นและแปรงบนโรเตอร์ ดังนั้นโครงสร้างจึงเรียบง่ายและการดำเนินงานมีความน่าเชื่อถือ ตั้งแต่ปี 1993 จนถึง Enercon GmbH เยอรมนีได้พัฒนากังหันลมแม่เหล็กถาวรขับเคลื่อนโดยตรงขนาดใหญ่เครื่องแรก การพัฒนากังหันลมและกังหันลมแบบแม่เหล็กถาวรอยู่ในระดับสูง ระดับกังหันลมแม่เหล็กถาวรของจีนโดยรวมอยู่ในระดับแนวหน้าของโลก

คลิกเพื่อเยี่ยมชมผลิตภัณฑ์ของเรา: แม่เหล็ก NdFeB เผา

สภาพแวดล้อมการทำงานของกังหันลมนั้นรุนแรงมากและจะต้องสามารถทนต่อการทดสอบที่อุณหภูมิสูง ความหนาวเย็นที่รุนแรง ลมและทราย ความชื้น และแม้กระทั่งละอองเกลือ อายุการออกแบบของกังหันลมโดยทั่วไปคือยี่สิบปี ปัจจุบัน แม่เหล็กถาวรนีโอดิเมียมเหล็กโบรอนเผาถูกนำมาใช้กับกังหันลมขนาดเล็กและกังหันลมแม่เหล็กถาวรเมกะวัตต์ ดังนั้นการเลือกพารามิเตอร์แม่เหล็กของแม่เหล็กถาวร NdFeB และข้อกำหนดสำหรับความต้านทานการกัดกร่อนของแม่เหล็กจึงมีความสำคัญมาก
2. คุณสมบัติแม่เหล็กทั่วไปของ NdFeB เผาที่ใช้ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันลมแม่เหล็กถาวร

แม่เหล็กถาวรโบรอนเหล็กนีโอไดเมียมเรียกว่าแม่เหล็กถาวรธาตุหายากรุ่นที่สาม และเป็นวัสดุแม่เหล็กถาวรที่มีประสิทธิภาพแม่เหล็กสูงกว่าจนถึงตอนนี้ เฟสหลักของโลหะผสม NdFeB เผาคือสารประกอบระหว่างโลหะ Nd2Fe14B และโพลาไรเซชันแม่เหล็กอิ่มตัว (Js) คือ 1.6T เนื่องจากโลหะผสมแม่เหล็กถาวร NdFeB เผาประกอบด้วยเฟสหลัก Nd2Fe14B และเฟสขอบเขตของเกรน และการวางแนวของเกรนของ Nd2Fe14B ถูกจำกัดโดยเงื่อนไขของกระบวนการ แรงดึงดูดของแม่เหล็กในปัจจุบันจึงสามารถเข้าถึงได้สูงถึง 1.5T บริษัทถลุงแร่สุญญากาศสัญชาติเยอรมัน (Vacuumschmelze GmbH) ได้ผลิตแม่เหล็ก NdFeB ที่มีค่าสูงสุด ผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็ก (BH) สูงสุด 57MGOe ผู้ผลิต NdFeB ในประเทศสามารถผลิตแม่เหล็กเกรด N50 ได้สูงสุด ผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กของ 53MGOe (หมายเหตุ: บทความนี้เผยแพร่ในปี 2010 ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยี มีแม่เหล็กเกรด N54 อยู่แล้วในตลาด และผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กที่สูงขึ้นนั้นสูงถึง 55MGOe) การเพิ่มอัตราส่วนเฟสหลักของโลหะผสม การเพิ่มการวางแนวของเม็ดคริสตัลและความหนาแน่นของแม่เหล็กจะสามารถเพิ่มค่าสูงสุดได้ ผลิตภัณฑ์พลังงานของแม่เหล็ก แต่จะไม่เกินค่าทางทฤษฎีของ 64MGOe สำหรับค่าสูงสุด ผลิตภัณฑ์พลังงานของผลึกเดี่ยว Nd2Fe14B Jinluncicai.com เป็นแนวทางผู้ผลิตและโรงงานในการจัดหาชุดแม่เหล็กและวัสดุ NdFeb

เส้นโค้งการล้างอำนาจแม่เหล็กของ NdFeB ที่อุณหภูมิห้องจะคล้ายกับเส้นตรง ดังนั้น เมื่อออกแบบมอเตอร์แม่เหล็กถาวร จึงมักเลือกโบรอนเหล็กนีโอไดเมียมเกรดสูง (นั่นคือ วัสดุสูงสุด (BH) สูง) เพื่อให้ได้ความหนาแน่นแม่เหล็กของช่องว่างอากาศสูง เมื่อมอเตอร์กำลังทำงาน เนื่องจากการมีอยู่ของสนามล้างอำนาจแม่เหล็กสลับและผลการล้างอำนาจแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ทันทีเมื่อโหลดเปลี่ยนแปลงกะทันหัน จึงจำเป็นต้องเลือกแม่เหล็กโบรอนเหล็กนีโอไดเมียมที่มีค่าบังคับสูงเพียงพอ

การเพิ่มองค์ประกอบ เช่น ดิสโพรเซียม (เทอร์เบียม) ลงในโลหะผสมจะเพิ่มความกดดันภายใน (jHc) ของโบรอนเหล็กนีโอดิเมียม แต่ปริมาณคงเหลือ (Br) ของแม่เหล็กจะลดลงตามไปด้วย ดังนั้นแม่เหล็ก NdFeB ประสิทธิภาพสูงที่ใช้ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันลมจึงคำนึงถึงการบีบบังคับและการคงสภาพของมันด้วย
3. ความเสถียรของอุณหภูมิของแม่เหล็กถาวร NdFeB

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานลมทำงานในถิ่นทุรกันดารและทนต่อการทดสอบความร้อนและความเย็นที่แผดเผา ในเวลาเดียวกัน การสูญเสียมอเตอร์ยังส่งผลให้อุณหภูมิของมอเตอร์เพิ่มขึ้นด้วย แม่เหล็ก NdFeB เผาผนึกที่ระบุในตารางด้านบนสามารถทำงานได้ที่ 120°C อุณหภูมิคูรีของโลหะผสมแม่เหล็กถาวร NdFeB อยู่ที่ประมาณ 310 ℃ เมื่ออุณหภูมิของแม่เหล็กเกินจุดกูรี มันจะเปลี่ยนจากเฟอร์ริกติซึมไปเป็นพาราแมกเนติก ต่ำกว่าอุณหภูมิกูรี ปริมาณคงเหลือของ NdFeB จะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของปริมาณคงเหลือ α (Br) อยู่ที่ -0.095~-0.105%/℃ แรงบีบบังคับของ NdFeB ยังลดลงตามการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ และค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ β (jHc) ของแรงบีบบังคับคือ -0.54~-0.64%/℃ เลือกแรงบีบบังคับที่เหมาะสม แม่เหล็กยังคงมีแรงบีบบังคับสูงเพียงพอที่ค่าสูงสุด อุณหภูมิในการทำงานของการออกแบบมอเตอร์ มิฉะนั้นจะสูญเสียอำนาจแม่เหล็กเกิดขึ้น

การคงสภาพและการบีบบังคับของวัสดุแม่เหล็กถาวร NdFeB นั้นเสริมกัน การเพิ่มธาตุหายากหนักดิสโพรเซียม (Dy) และเทอร์เบียม (Tb) ลงในโลหะผสมสามารถเพิ่มความกดดันของแม่เหล็กได้อย่างมาก เมื่อค่าบังคับเพิ่มขึ้น ค่าคงเหลือและค่าสูงสุด ผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กลดลงตามไปด้วย แน่นอนว่าการเลือกใช้เหล็กแม่เหล็กที่มีแรงบีบบังคับสูงสำหรับกังหันลมจะต้องคำนึงถึงค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาและค่าสูงสุด ผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็ก

4 ความสม่ำเสมอของคุณสมบัติแม่เหล็กของแม่เหล็ก NdFeB พลังงานลม

แม่เหล็ก NdFeB ผลิตขึ้นโดยใช้กระบวนการโลหะผงพิเศษ และกระบวนการผลิตหลักเสร็จสิ้นในบรรยากาศที่มีการป้องกันหรือภายใต้สุญญากาศ ตัวเรือนสีเขียวโบรอนเหล็กนีโอไดเมียมถูกกดลงในสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูงมาก (~1.5T) ขนาดของแม่เหล็ก NdFeB ถูกจำกัดโดยเงื่อนไขกระบวนการพิเศษเหล่านี้

เครื่องกำเนิดลมแม่เหล็กถาวรขนาดใหญ่มักจะใช้แม่เหล็กโบรอนเหล็กนีโอไดเมียมหลายพันชิ้น และแต่ละขั้วของโรเตอร์ก็ประกอบด้วยแม่เหล็กจำนวนมาก ความสม่ำเสมอของขั้วโรเตอร์ต้องอาศัยความสม่ำเสมอของเหล็กแม่เหล็ก รวมถึงความคลาดเคลื่อนของขนาดและคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่สม่ำเสมอ ความสม่ำเสมอที่เรียกว่าคุณสมบัติทางแม่เหล็กนั้นรวมถึงการเบี่ยงเบนเล็กน้อยของคุณสมบัติทางแม่เหล็กระหว่างบุคคลต่าง ๆ และความสม่ำเสมอของคุณสมบัติทางแม่เหล็กของแม่เหล็กเดี่ยว

แม่เหล็กมีสองประเภท: แม่เหล็กปรากฏและแม่เหล็กภายใน สิ่งที่เรียกว่าแม่เหล็กปรากฏของเหล็กแม่เหล็กสามารถวัดได้จากฟลักซ์แม่เหล็กวงจรเปิดและความแรงของสนามแม่เหล็กที่พื้นผิว ความเป็นแม่เหล็กที่ชัดเจนของแม่เหล็กนั้นสัมพันธ์กับรูปร่างและสถานะการเป็นแม่เหล็กของแม่เหล็ก คุณลักษณะที่แท้จริงของเหล็กแม่เหล็กได้รับการทดสอบโดยการวัดเส้นโค้งการล้างอำนาจแม่เหล็กของตัวอย่าง เส้นโค้งการล้างอำนาจแม่เหล็กเป็นส่วนหนึ่งของลูปฮิสเทรีซิส ซึ่งสะท้อนถึงลักษณะการกลับตัวของแม่เหล็กของวัสดุแม่เหล็กถาวร วัดเส้นโค้งการล้างอำนาจแม่เหล็กของตัวอย่างเหล็กที่เป็นแม่เหล็ก โดยมีเงื่อนไขว่าตัวอย่างจะต้องทำให้อิ่มตัวด้วยแม่เหล็กก่อนทำการวัด

เพื่อตรวจสอบว่าแม่เหล็กของแม่เหล็กตัวเดียวมีความสม่ำเสมอหรือไม่ จำเป็นต้องตัดแม่เหล็กออกเป็นชิ้นเล็กๆ หลายชิ้น แล้ววัดเส้นโค้งการล้างอำนาจแม่เหล็กของพวกมัน ในระหว่างกระบวนการผลิต เพื่อตรวจสอบว่าแม่เหล็กของเตาเผาแม่เหล็กมีความสม่ำเสมอหรือไม่ จำเป็นต้องสุ่มตัวอย่างแม่เหล็กจากส่วนต่างๆ ของเตาเผาซินเทอร์เพื่อวัดเส้นโค้งการล้างอำนาจแม่เหล็กของตัวอย่าง เนื่องจากอุปกรณ์ตรวจวัดมีราคาแพงมากและแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะรับประกันความสมบูรณ์ของเหล็กแม่เหล็กแต่ละชิ้นที่จะวัด ดังนั้นจึงไม่สามารถตรวจสอบผลิตภัณฑ์ทั้งหมดได้ ความสม่ำเสมอของคุณสมบัติทางแม่เหล็กของ NdFeB ต้องรับประกันโดยอุปกรณ์การผลิตและการควบคุมกระบวนการ

5. ความต้านทานการกัดกร่อนของ NdFeB

โลหะผสม NdFeB มีธาตุหายากซึ่งง่ายต่อการออกซิไดซ์และเป็นสนิม ในการใช้งาน เว้นแต่ NdFeB จะถูกห่อหุ้มและแยกออกจากอากาศและน้ำ พื้นผิวของ NdFeB จะต้องได้รับการป้องกันการกัดกร่อน สารเคลือบป้องกันการกัดกร่อนทั่วไป ได้แก่ นิกเกิลชุบด้วยไฟฟ้า เรซินอีพอกซีเรซินชุบสังกะสีด้วยไฟฟ้า และอิเล็กโตรโฟเรติก การบำบัดด้วยฟอสเฟตที่พื้นผิวสามารถป้องกันไม่ให้ NdFeB เกิดสนิมในสภาพแวดล้อมที่ค่อนข้างแห้งได้ในระยะเวลาอันสั้น

สารประกอบอินเตอร์เมทัลลิกของธาตุหายากสามารถทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนได้ภายใต้ความดันและอุณหภูมิที่กำหนด หลังจากที่ NdFeB ดูดซับไฮโดรเจน จะปล่อยความร้อนและแตกตัว การบดไฮโดรเจนในการผลิต NdFeB ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัตินี้ จากมุมมองของการใช้งาน ชิ้นส่วนไฮโดรเจนของ NdFeB เป็นอันตราย พูดอย่างเคร่งครัด การกัดกร่อนของ NdFeB เริ่มต้นจากการประมวลผล การล้างไขมันหลังการตัดและเจียร การดองก่อนการชุบด้วยไฟฟ้า และกระบวนการชุบด้วยไฟฟ้า ล้วนส่งผลต่อชั้นผิวของ NdFeB กระบวนการบำบัดที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้คุณภาพการเคลือบไม่เป็นไปตามเงื่อนไข (เช่น รูเข็ม) และการยึดเกาะของชั้นผิว NdFeB และชั้นเคลือบไม่แข็งแรง

เป็นที่น่าสังเกตว่าแม้ว่าคุณสมบัติทางแม่เหล็กของแม่เหล็ก NdFeB ของแบรนด์เดียวกันที่ผลิตโดยผู้ผลิตหลายรายโดยพื้นฐานแล้วจะเหมือนกัน แต่จะมีความแตกต่างในองค์ประกอบของโลหะผสมโดยเฉพาะโครงสร้างจุลภาคของแม่เหล็กอาจแตกต่างกันมาก เหล็กแม่เหล็กที่มีประสิทธิภาพที่ดีและทนต่อการกัดกร่อนได้ดีมีลักษณะเป็นเม็ดละเอียดและสม่ำเสมอและมีความหนาแน่นของแม่เหล็กสูง ในรูปถ่ายโลหะสองรูปต่อไปนี้ของแม่เหล็ก NdFeB เผาผนึก แม่เหล็กที่แสดงด้านซ้ายมีเกรนที่ละเอียดและสม่ำเสมอ และแม่เหล็กที่แสดงทางด้านขวามีเกรนขนาดใหญ่และไม่สม่ำเสมอ
6. การทดสอบความน่าเชื่อถือของแม่เหล็ก NdFeB

อายุการออกแบบของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันลมคือ 20 ปี ซึ่งหมายความว่าเหล็กแม่เหล็กสามารถใช้งานได้ 20 ปี ประสิทธิภาพของแม่เหล็กจะไม่ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ และเหล็กแม่เหล็กไม่สึกกร่อน วิธีทดสอบและตรวจสอบต่อไปนี้สามารถใช้เป็นวิธีการสำหรับผู้ผลิตและผู้ใช้เหล็กแม่เหล็กลมเพื่อประเมินและตรวจสอบแม่เหล็ก

การทดสอบความไร้น้ำหนัก: ใช้แผ่นสีดำสี่เหลี่ยมขนาด 10 มม. × 10 มม. × 12 มม. เป็นตัวอย่าง (ความสูง 12 มม. เป็นทิศทางแม่เหล็ก) วางไว้ในความดันบรรยากาศมาตรฐาน 2 ระดับ ความชื้นบริสุทธิ์ สภาพแวดล้อม 120 ℃ นำออกหลังจาก 48 ชม. และนำชั้นออกไซด์ออก การกำจัด การสูญเสียน้ำหนักน้อยกว่า 0.2 มก. / ซม. 2
การทดสอบการล้างอำนาจแม่เหล็กด้วยความร้อน: 120 ℃× 4 ชม. การสูญเสียฟลักซ์แม่เหล็กของวงจรเปิดน้อยกว่า 3%
การทดสอบการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน: หลังจาก 3 รอบของอุณหภูมิสูงและต่ำตั้งแต่ -40°C ถึง 120°C การสูญเสียฟลักซ์แม่เหล็กของวงจรเปิดจะน้อยกว่า 3%
การทดสอบสเปรย์เกลือและการทดสอบอุณหภูมิและความชื้นเป็นวิธีการประเมินการเคลือบด้วยไฟฟ้าและการเคลือบป้องกันการกัดกร่อนอื่นๆ
คุณสมบัติทางกายภาพอื่นๆ เช่น ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน การนำความร้อน ความต้านทานไฟฟ้า และความแข็งแรงทางกล ล้วนมีอิทธิพลที่แตกต่างกันไปต่อการใช้งานและความน่าเชื่อถือของเหล็กแม่เหล็ก

สรุป
1. บทความนี้จะแนะนำพารามิเตอร์แม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรนีโอดิเมียมเหล็กโบรอนสำหรับกังหันลมเมกะวัตต์
2. NdFeB เผา coercivity สูงสามารถมั่นใจได้ว่าแม่เหล็กยังคงมี coercivity เพียงพอที่อุณหภูมิสูงเพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียแม่เหล็กที่อุณหภูมิสูง
3. ความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กแม่เหล็กของมอเตอร์ลมไม่เพียงขึ้นอยู่กับการเคลือบพื้นผิวของแม่เหล็กเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับความต้านทานการกัดกร่อนของพื้นผิวด้วย

4. วิธีทดสอบความน่าเชื่อถือของแม่เหล็ก ได้แก่ การทดสอบไร้น้ำหนัก การทดสอบการล้างอำนาจแม่เหล็กด้วยความร้อน การทดสอบความต้านทานการกัดกร่อนของสารเคลือบ ฯลฯ