Rüzgar Türbini Jeneratörlerinde yüksek performanslı sinterlenmiş NdFeB mıknatısların uygulanması

Kalıcı mıknatıslı rüzgar jeneratörü, yüksek sıcaklıkta manyetizma kaybını önlemek için yeterince yüksek bir zorlayıcılığa sahip olan, yüksek manyetik performanslı sinterlenmiş neodimyum demir bor kalıcı mıknatısı kullanır. Mıknatısın ömrü, ana malzemeye ve yüzeyin korozyon önleyici uygulamasına bağlıdır. NdFeB mıknatıs çeliğinin korozyon önleyici özelliği üretimden başlamalıdır.
1. Giriş

Doğrudan tahrikli sabit mıknatıslı rüzgar jeneratörü, jeneratörü doğrudan döndürmek üzere tahrik etmek için fan pervanesini benimser, geleneksel AC uyarımlı çift beslemeli asenkron rüzgar jeneratörünün gerektirdiği hız arttırıcı dişli kutusunu ortadan kaldırır ve çalışma sırasında dişli kutusunun arızasını ve bakımını önler. Aynı zamanda, kalıcı mıknatıslı rüzgar jeneratörü, kalıcı mıknatıs uyarmasını benimser, uyarma sargısı yoktur ve rotor üzerinde kayma halkası ve fırça yoktur; bu nedenle yapısı basittir ve işleyişi güvenilirdir. 1993'ten itibaren Almanya, Enercon GmbH'ye ilk büyük ölçekli doğrudan tahrikli sabit mıknatıslı rüzgar türbinini geliştirdi. Rüzgar türbinlerinin ve sabit mıknatıslı rüzgar türbinlerinin gelişimi yükselişte. Çin'in kalıcı mıknatıslı rüzgar türbinlerinin genel seviyesi dünyada ön sıralarda yer aldı.

Ürünlerimizi ziyaret etmek için tıklayın: Sinterlenmiş NdFeB Mıknatıs

Bir rüzgar türbininin çalışma ortamı çok zorludur ve yüksek sıcaklık, şiddetli soğuk, rüzgar ve kum, nem ve hatta tuz serpintisi testlerine dayanabilmelidir. Bir rüzgar türbininin tasarım ömrü genellikle yirmi yıldır. Şu anda, sinterlenmiş neodimyum demir bor kalıcı mıknatıslar hem küçük rüzgar türbinleri hem de megavatlık kalıcı mıknatıslı rüzgar türbinleri için kullanılmaktadır. Bu nedenle, NdFeB kalıcı mıknatısın manyetik parametrelerinin seçimi ve mıknatısın korozyon direncine ilişkin gereksinimler çok önemlidir.
2. Kalıcı mıknatıslı rüzgar türbini jeneratörlerinde kullanılan sinterlenmiş NdFeB'nin tipik manyetik özellikleri

Neodimyum demir bor kalıcı mıknatıs, üçüncü nesil nadir toprak kalıcı mıknatıs olarak adlandırılır ve şu ana kadar daha yüksek manyetik performansa sahip kalıcı mıknatıs malzemesidir. Sinterlenmiş NdFeB alaşımının ana fazı intermetalik bileşik Nd2Fe14B'dir ve doygunluk manyetik polarizasyonu (Js) 1,6T'dir. Sinterlenmiş NdFeB kalıcı mıknatıs alaşımı, ana faz Nd2Fe14B ve tane sınırı fazından oluştuğundan ve Nd2Fe14B'nin tane yönelimi proses koşullarıyla sınırlı olduğundan, mevcut mıknatıs kalıntısı 1,5 T'ye kadar ulaşabilir. Alman vakumlu eritme şirketi (Vacuumschmelze GmbH), maksimum NdFeB mıknatısları üretti. manyetik enerji ürünü (BH) maksimum 57MGOe. Yerli NdFeB üreticileri maksimum N50 dereceli mıknatıslar üretebilmektedir. 53MGOe manyetik enerji ürünü (Not: Bu yazı 2010 yılında yayınlanmıştır. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte zaten piyasada N54 sınıfı mıknatıslar bulunmaktadır ve daha yüksek manyetik enerji ürünü 55MGOe'ye kadar çıkmaktadır). Alaşımın ana faz oranının arttırılması, kristal tanelerinin yöneliminin ve mıknatısın yoğunluğunun arttırılması, max. mıknatısın enerji ürünü; ancak maksimum için 64MGOe teorik değerini aşmayacaktır. tek kristal Nd2Fe14B'nin enerji ürünü. Jinluncicai.com, NdFeb mıknatıs ve malzeme tedarik serisinde üretici ve fabrikaya rehberlik etmektedir.

NdFeB'nin oda sıcaklığında demanyetizasyon eğrisi düz bir çizgiye benzer. Bu nedenle, kalıcı mıknatıslı motorlar tasarlanırken, yüksek hava aralığı manyetik yoğunluğu elde etmek için genellikle yüksek dereceli neodimyum demir bor (yani malzemenin yüksek (BH) maksimumu) seçilir. Motor çalışırken, alternatif manyetikliği giderme alanının varlığı ve yük aniden değiştiğinde anlık büyük akımın manyetikliği giderme etkisi nedeniyle, yeterince yüksek zorlayıcılığa sahip bir neodimyum demir bor mıknatısının seçilmesi gerekir.

Alaşıma disprosyum (terbiyum) gibi elementlerin eklenmesi, neodimyum demir borunun içsel zorlayıcılığını (jHc) arttırır, ancak mıknatısın kalıcılığı (Br) buna göre azalacaktır. Bu nedenle rüzgar türbini jeneratörlerinde kullanılan yüksek performanslı NdFeB mıknatıslar, zorlayıcılığını ve kalıcılığını dikkate alır.
3. NdFeB kalıcı mıknatısın sıcaklık stabilitesi

Rüzgar enerjisi jeneratörleri vahşi doğada çalışır ve kavurucu sıcak ve soğuğun testine dayanır; Aynı zamanda motor kaybı motor sıcaklığının yükselmesine de yol açar. Yukarıdaki tabloda verilen sinterlenmiş NdFeB mıknatıslar 120°C sıcaklıkta çalışabilmektedir. NdFeB kalıcı mıknatıs alaşımının Curie sıcaklığı yaklaşık 310°C'dir. Mıknatısın sıcaklığı Curie noktasını aştığında ferromanyetizmadan paramanyetizmaya dönüşür. Curie sıcaklığının altında, NdFeB'nin kalıcılığı artan sıcaklıkla azalır ve sıcaklık kalıcılık katsayısı α (Br) -0,095~-0,105%/°C'dir. NdFeB'nin zorlayıcı kuvveti de sıcaklığın artmasıyla azalır ve zorlayıcı kuvvetinin sıcaklık katsayısı β (jHc) -0,54~-0,64%/°C'dir. Uygun zorlayıcı kuvveti seçin, mıknatıs hala maksimumda yeterince yüksek bir zorlayıcı kuvvete sahiptir. motor tasarımının çalışma sıcaklığı; aksi takdirde mıknatıslanma kaybı meydana gelecektir.

NdFeB kalıcı mıknatıs malzemelerinin kalıcılığı ve zorlayıcılığı tamamlayıcıdır. Alaşıma ağır nadir toprak elementleri disprosyum (Dy) ve terbiyumun (Tb) eklenmesi mıknatısın zorlayıcılığını önemli ölçüde artırabilir. Zorlayıcılık arttıkça kalıcılık ve maks. manyetik enerji ürünü buna bağlı olarak azalır. Açıkçası, rüzgar türbinleri için yüksek zorlayıcı manyetik çeliğin seçimi, kalıcılık ve maks. manyetik enerji ürünü.

4, rüzgar enerjisi NdFeB mıknatıslarının manyetik özelliklerinin tutarlılığı

NdFeB mıknatıslar özel bir toz metalurjisi prosesi kullanılarak üretilmekte olup, ana imalat prosesi koruyucu atmosferde veya vakum altında tamamlanmaktadır. Neodimyum demir bor yeşili gövde çok güçlü (~1,5T) bir manyetik alana bastırılır. NdFeB mıknatısların boyutu bu özel proses koşullarıyla sınırlıdır.

Büyük bir kalıcı mıknatıslı rüzgar jeneratörü genellikle binlerce neodimyum demir bor mıknatısı kullanır ve rotorun her kutbu birçok mıknatıstan oluşur. Rotor kutuplarının tutarlılığı, boyut toleransları ve manyetik özelliklerin tutarlılığı da dahil olmak üzere manyetik çeliğin tutarlılığını gerektirir. Manyetik özelliklerin sözde tutarlılığı, farklı bireyler arasındaki manyetik özelliklerin küçük sapmasını ve aynı zamanda tek bir mıknatısın manyetik özelliklerinin tekdüzeliğini içerir.

İki tür manyetizma vardır: görünür manyetizma ve içsel manyetizma. Manyetik çeliğin sözde görünen manyetizması, açık devre manyetik akısı ve yüzey manyetik alan kuvveti ile ölçülebilir. Mıknatısın görünen manyetizması, mıknatısın şekli ve mıknatıslanma durumu ile ilgilidir. Manyetik çeliğin kendine özgü özellikleri, numunenin manyetiklik giderme eğrisi ölçülerek test edilir. Demanyetizasyon eğrisi, kalıcı mıknatıs malzemesinin mıknatıslanmanın ters çevrilme özelliklerini yansıtan histerezis döngüsünün bir parçasıdır. Numunenin ölçümden önce doymuş mıknatıslanmasının gerekli olması koşuluyla, manyetik çelik numunesinin manyetiklik giderme eğrisini ölçün.

Tek bir mıknatısın manyetizmasının tekdüze olup olmadığını tespit etmek için mıknatısı birkaç küçük parçaya kesmek ve bunların mıknatıslık giderme eğrilerini ölçmek gerekir. Üretim süreci sırasında, bir mıknatıs fırınının manyetizmasının tutarlı olup olmadığını kontrol etmek için, numunenin manyetiklik giderme eğrisini ölçmek amacıyla sinterleme fırınının farklı kısımlarından mıknatısların numunesinin alınması gerekir. Çünkü ölçüm ekipmanı çok pahalıdır ve ölçülecek her manyetik çelik parçasının bütünlüğünü sağlamak neredeyse imkansızdır. Bu nedenle tüm ürünler denetlenememektedir. NdFeB'nin manyetik özelliklerinin tutarlılığı, üretim ekipmanı ve proses kontrolü ile garanti edilmelidir.

5. NdFeB'nin korozyon direnci

NdFeB alaşımı, oksitlenmesi ve paslanması kolay aktif nadir toprak elementleri içerir. Uygulamalarda, NdFeB kapsüllenmediği ve hava ve sudan izole edilmediği sürece, NdFeB yüzeyinin korozyon önleyici bir maddeyle işlenmesi gerekir. Yaygın korozyon önleyici kaplamalar elektrolizle kaplanmış nikel, elektrogalvanizli ve elektroforetik epoksi reçinedir. Yüzey fosfatlama işlemi, NdFeB'nin nispeten kuru bir ortamda kısa süreliğine paslanmasını önleyebilir.

Nadir toprak intermetalik bileşikleri belirli basınç ve sıcaklık altında hidrojenle reaksiyona girebilir. NdFeB hidrojeni emdikten sonra ısıyı serbest bırakır ve kırılır. NdFeB üretiminde hidrojenin kırılması bu özellikten yararlanmaktadır. Kullanım açısından NdFeB'nin hidrojen parçaları zararlıdır. Kesin olarak konuşursak, NdFeB'nin korozyonu işlenmesiyle başlar. Kesme ve taşlama sonrası yağdan arındırma, elektrokaplama öncesi asitleme ve elektrokaplama prosesinin tümü NdFeB'nin yüzey tabakası üzerinde etkiye sahiptir. Uygun olmayan işlem işlemi, kaplama kalitesinin niteliksiz olmasına (iğne delikleri gibi) neden olabilir ve NdFeB yüzey katmanı ile kaplama katmanı arasındaki bağın güçlü olmamasına neden olabilir.

Farklı üreticiler tarafından üretilen aynı marka NdFeB mıknatısların manyetik özellikleri temelde aynı olsa da alaşımların bileşimlerinde farklılıklar olacağını, özellikle mıknatısların mikro yapılarının çok farklı olabileceğini belirtmekte fayda var. İyi performansa ve iyi korozyon direncine sahip manyetik çelik, ince ve düzgün tanecikler ve yüksek mıknatıs yoğunluğu özelliklerine sahiptir. Sinterlenmiş NdFeB mıknatısların aşağıdaki iki metalografik fotoğrafında, solda gösterilen mıknatıslar ince ve düzgün tanelere sahiptir, sağda gösterilen mıknatıslar ise büyük ve düzensiz tanelere sahiptir.
6. NdFeB mıknatısının güvenilirlik testi

Rüzgar Türbini Jeneratörlerinin tasarım ömrü 20 yıldır; bu, manyetik çeliğin 20 yıl boyunca kullanılabileceği, manyetik performansının önemli ölçüde zayıflamadığı ve manyetik çeliğin korozyona uğramadığı anlamına gelir. Aşağıdaki test ve muayene yöntemleri, rüzgar manyetik çeliği üreticileri ve kullanıcıları için mıknatısları değerlendirme ve inceleme yöntemleri olarak kullanılabilir.

Ağırlıksızlık testi: Örnek olarak 10mm×10mm×12mm dikdörtgen siyah plaka kullanın (12mm yükseklik mıknatıslanma yönüdür), 2 standart atmosfer basıncına, saf neme, 120°C ortama yerleştirin, 48 saat sonra çıkarın ve oksit tabakasını çıkarın. Kaldırma, ağırlık kaybı 0,2 mg/cm2'den azdır.
Termal demanyetizasyon testi: 120°C×4saat, açık devre manyetik akı kaybı %3'ten azdır.
Termal şok testi: -40°C'den 120°C'ye kadar 3 döngü yüksek ve düşük sıcaklıktan sonra, açık devre manyetik akı kaybı %3'ten azdır.
Tuz püskürtme testi ve sıcaklık ve nem testi, elektrolizle kaplanmış kaplamaların ve diğer korozyon önleyici kaplamaların değerlendirilmesine yönelik yöntemlerdir.
Termal genleşme katsayısı, termal iletkenlik, elektriksel direnç ve mekanik mukavemet gibi diğer fiziksel özelliklerin tümü, manyetik çeliğin kullanılabilirliği ve güvenilirliği üzerinde değişen derecelerde etkiye sahiptir.

Özet
1. Bu makale, megawatt rüzgar türbinleri için neodimyum demir bor kalıcı mıknatısların manyetik parametrelerini tanıtmaktadır.
2. Yüksek zorlayıcı sinterlenmiş NdFeB, mıknatısın yüksek sıcaklıkta manyetizma kaybını önlemek için yüksek sıcaklıkta hala yeterli zorlayıcılığa sahip olmasını sağlayabilir.
3. Rüzgar motorunun manyetik çeliğinin korozyon direnci sadece mıknatısın yüzey kaplama işlemine değil aynı zamanda alt tabakanın korozyon direncine de bağlıdır.

4. Mıknatıs güvenilirliğinin test yöntemleri arasında ağırlıksızlık testi, termal manyetiklik giderme testi, kaplama korozyon direnci testi vb. yer alır.