کاربرد آهنرباهای NdFeB متخلخل با کارایی بالا در ژنراتورهای توربین بادی

مولد باد مغناطیسی دائمی از آهنربای دائمی نئودیمیم آهن بور متخلخل با عملکرد مغناطیسی بالا استفاده می کند که دارای نیروی اجباری کافی برای جلوگیری از اتلاف مغناطیس در دمای بالا است. عمر آهنربا به مواد پایه و عملیات ضد خوردگی سطح بستگی دارد. ضد خوردگی فولاد آهنربایی NdFeB باید از زمان ساخت شروع شود.
1. مقدمه

ژنراتور باد مغناطیسی دائمی مستقیم از پروانه فن استفاده می کند تا مستقیماً ژنراتور را به چرخش درآورد و جعبه دنده افزایش سرعت مورد نیاز مولد باد ناهمزمان دو تغذیه شده با AC سنتی را حذف کند و از خرابی و نگهداری جعبه دنده در حین کار جلوگیری کند. در همان زمان، مولد باد آهنربای دائمی، تحریک آهنربای دائمی، بدون سیم پیچی تحریک، و بدون حلقه لغزش و برس روی روتور را اتخاذ می کند. بنابراین، ساختار ساده است و عملیات قابل اعتماد است. از سال 1993 تا Enercon GmbH، آلمان اولین توربین بادی آهنربای دائمی در مقیاس بزرگ را توسعه داد. توسعه توربین‌های بادی و توربین‌های بادی آهنربای دائمی در حال رشد است. سطح کلی توربین های بادی آهنربای دائم چین در خط مقدم جهان بوده است.

برای بازدید از محصولات ما کلیک کنید: آهنربای متخلخل NdFeB

محیط کار یک توربین بادی بسیار خشن است و باید بتواند در برابر دمای بالا، سرمای شدید، باد و شن، رطوبت و حتی پاشش نمک مقاومت کند. عمر طراحی یک توربین بادی به طور کلی بیست سال است. در حال حاضر آهنرباهای دائمی نئودیمیم آهن بور هم برای توربین های بادی کوچک و هم برای توربین های بادی آهنربای دائم مگاوات استفاده می شود. بنابراین، انتخاب پارامترهای مغناطیسی آهنربای دائمی NdFeB و الزامات مقاومت در برابر خوردگی آهنربا بسیار مهم است.
2. خواص مغناطیسی معمولی NdFeB متخلخل مورد استفاده در ژنراتورهای توربین بادی آهنربای دائم

آهنربای دائمی آهن نئودیمیم بور، آهنربای دائمی خاکی کمیاب نسل سوم نامیده می شود و این ماده آهنربای دائمی با عملکرد مغناطیسی بالاتر تاکنون است. فاز اصلی آلیاژ NdFeB متخلخل، ترکیب بین فلزی Nd2Fe14B است و قطبش مغناطیسی اشباع آن (Js) 1.6T است. از آنجایی که آلیاژ آهنربای دائم متخلخل NdFeB از فاز اصلی Nd2Fe14B و فاز مرزی دانه تشکیل شده است و جهت گیری دانه Nd2Fe14B توسط شرایط فرآیند محدود می شود، پسماند آهنربای فعلی می تواند تا 1.5T برسد. شرکت ذوب خلاء آلمان (Vacuumschmelze GmbH) آهنرباهای NdFeB با حداکثر تولید کرده است. محصول انرژی مغناطیسی (BH) حداکثر 57MGOe. سازندگان داخلی NdFeB می توانند آهنرباهای درجه N50 را با حداکثر تولید کنند. محصول انرژی مغناطیسی 53MGOe (توجه: این مقاله در سال 2010 منتشر شده است. با پیشرفت تکنولوژی، آهنرباهای درجه N54 در بازار وجود دارد و محصول انرژی مغناطیسی بالاتر تا 55MGOe است). افزایش نسبت فاز اصلی آلیاژ، افزایش جهت گیری دانه های کریستال و چگالی آهنربا می تواند حداکثر را افزایش دهد. محصول انرژی آهنربا؛ اما از مقدار نظری 64MGOe برای حداکثر تجاوز نخواهد کرد. محصول انرژی تک کریستال Nd2Fe14B. Jinluncicai.com سازنده و کارخانه را در سری عرضه آهنربا و مواد NdFeb راهنمایی می کند.

منحنی مغناطیس زدایی NdFeB در دمای اتاق شبیه یک خط مستقیم است. بنابراین، هنگام طراحی موتورهای آهنربای دائم، بور آهن نئودیمیم با عیار بالا (یعنی حداکثر (BH) ماده) اغلب برای بدست آوردن چگالی مغناطیسی شکاف هوای بالا انتخاب می شود. هنگامی که موتور در حال کار است، به دلیل وجود میدان مغناطیس زدایی متناوب و اثر مغناطیسی زدایی جریان بزرگ آنی در هنگام تغییر ناگهانی بار، لازم است آهنربای بور آهن نئودیمیم با قدرت اجباری به اندازه کافی بالا انتخاب شود.

افزودن عناصری مانند دیسپروزیم (تربیوم) به آلیاژ، اجبار ذاتی (jHc) آهن نئودیمیم بور را افزایش می دهد، اما پسماند (Br) آهنربا بر این اساس کاهش می یابد. بنابراین، آهنرباهای NdFeB با کارایی بالا که در ژنراتورهای توربین بادی استفاده می‌شوند، اجبار و ماندگاری آن را در نظر می‌گیرند.
3. ثبات دما مغناطیس دائمی NdFeB

ژنراتورهای برق بادی در بیابان کار می کنند و آزمایش گرما و سرمای سوزان را تحمل می کنند. در همان زمان، از دست دادن موتور همچنین منجر به افزایش دمای موتور می شود. آهنرباهای متخلخل NdFeB ارائه شده در جدول بالا می توانند در دمای 120 درجه سانتیگراد کار کنند. دمای کوری آلیاژ آهنربای دائم NdFeB حدود 310 درجه سانتیگراد است. هنگامی که دمای آهنربا از نقطه کوری بیشتر می شود، از فرومغناطیس به پارامغناطیس تبدیل می شود. در زیر دمای کوری، ماندگاری NdFeB با افزایش دما کاهش می‌یابد و ضریب دمایی آن α (Br) 0.095-~0.105%/℃ است. نیروی اجباری NdFeB نیز با افزایش دما کاهش می یابد و ضریب دمایی β (jHc) نیروی اجباری آن 0.54-~0.64%/℃ است. نیروی اجباری مناسب را انتخاب کنید، آهنربا همچنان نیروی اجباری به اندازه کافی بالا در حداکثر دارد. دمای کار طراحی موتور؛ در غیر این صورت، از دست دادن مغناطیس رخ خواهد داد.

ماندگاری و اجبار مواد مغناطیس دائم NdFeB مکمل هم هستند. افزودن عناصر سنگین خاکی کمیاب دیسپروزیم (Dy) و تربیوم (Tb) به آلیاژ می تواند به طور قابل توجهی قدرت اجباری آهنربا را افزایش دهد. با افزایش اجبار، ماندگاری و حداکثر. محصول انرژی مغناطیسی بر این اساس کاهش می یابد. بدیهی است که انتخاب فولاد مغناطیسی با اجبار بالا برای توربین‌های بادی باید به قیمت ماندگاری و حداکثر هزینه باشد. محصول انرژی مغناطیسی

4، قوام خواص مغناطیسی آهنرباهای قدرت باد NdFeB

آهنرباهای NdFeB با استفاده از فرآیند متالورژی پودر ویژه تولید می شوند و فرآیند تولید اصلی در یک فضای محافظ یا در خلاء تکمیل می شود. بدنه سبز رنگ بور آهن نئودیمیم در یک میدان مغناطیسی بسیار قوی (~ 1.5T) فشرده می شود. اندازه آهنرباهای NdFeB توسط این شرایط فرآیند خاص محدود شده است.

یک مولد باد آهنربای دائمی بزرگ معمولا از هزاران آهنربای بور آهن نئودیمیم استفاده می کند و هر قطب روتور از آهنرباهای زیادی تشکیل شده است. قوام قطب های روتور مستلزم قوام فولاد مغناطیسی از جمله سازگاری تلورانس های ابعادی و خواص مغناطیسی است. به اصطلاح قوام خواص مغناطیسی شامل انحراف اندک خواص مغناطیسی بین افراد مختلف و همچنین یکنواختی خواص مغناطیسی یک آهنربا است.

دو نوع مغناطیس وجود دارد: مغناطیس ظاهری و مغناطیس ذاتی. به اصطلاح مغناطیس ظاهری فولاد مغناطیسی را می توان با شار مغناطیسی مدار باز و قدرت میدان مغناطیسی سطح آن اندازه گیری کرد. مغناطیس ظاهری آهنربا به شکل و حالت مغناطیسی آهنربا مرتبط است. ویژگی های ذاتی فولاد مغناطیسی با اندازه گیری منحنی مغناطیس زدایی نمونه آزمایش می شود. منحنی مغناطیس زدایی بخشی از حلقه پسماند است که منعکس کننده ویژگی های معکوس مغناطیسی ماده آهنربای دائمی است. منحنی مغناطیس زدایی یک نمونه فولاد مغناطیسی را اندازه گیری کنید، مشروط بر اینکه نمونه قبل از اندازه گیری نیاز به مغناطیسی اشباع داشته باشد.

برای تشخیص اینکه آیا مغناطیس یک آهنربا یکنواخت است یا خیر، لازم است آهنربا را به چند قطعه کوچک بریده و منحنی های مغناطیس زدایی آنها را اندازه گیری کنیم. در طول فرآیند تولید، برای بررسی اینکه آیا مغناطیس کوره آهنرباها سازگار است، لازم است آهنرباها را از قسمت های مختلف کوره تف جوشی نمونه برداری کرد تا منحنی مغناطیس زدایی نمونه اندازه گیری شود. زیرا تجهیزات اندازه گیری بسیار گران است و اطمینان از یکپارچگی هر قطعه فولاد مغناطیسی که باید اندازه گیری شود تقریباً غیرممکن است. بنابراین، تمام محصولات قابل بازرسی نیستند. سازگاری خواص مغناطیسی NdFeB باید توسط تجهیزات تولید و کنترل فرآیند تضمین شود.

5. مقاومت در برابر خوردگی NdFeB

آلیاژ NdFeB حاوی عناصر فعال خاکی کمیاب است که به راحتی اکسیده و زنگ می زند. در کاربردها، مگر اینکه NdFeB محصور شده و از هوا و آب جدا شده باشد، سطح NdFeB باید با ضد خوردگی درمان شود. پوشش های رایج ضد خوردگی عبارتند از: نیکل آبکاری شده، رزین اپوکسی الکتروگالوانیزه و الکتروفورتیک. عملیات فسفاته کردن سطح می تواند از زنگ زدن NdFeB در یک محیط نسبتا خشک برای مدت کوتاهی جلوگیری کند.

ترکیبات بین فلزی خاکی کمیاب می توانند تحت فشار و دمای معین با هیدروژن واکنش دهند. پس از اینکه NdFeB هیدروژن را جذب کرد، گرما آزاد می کند و می شکند. خرد کردن هیدروژن در تولید NdFeB از این ویژگی بهره می برد. از نظر استفاده، قطعات هیدروژنی NdFeB مضر هستند. به طور دقیق، خوردگی NdFeB از پردازش آن شروع می شود. چربی زدایی پس از برش و آسیاب، ترشی قبل از آبکاری و فرآیند آبکاری الکتریکی، همگی بر لایه سطحی NdFeB تأثیر می گذارند. فرآیند درمان نامناسب ممکن است باعث کیفیت پوشش نامناسب (مانند سوراخ‌های پین) شود و اتصال لایه سطحی NdFeB و لایه پوشش قوی نباشد.

شایان ذکر است که اگرچه خواص مغناطیسی آهنرباهای NdFeB یک برند تولید شده توسط سازندگان مختلف اساساً یکسان است، اما تفاوت هایی در ترکیب آلیاژها وجود خواهد داشت، به خصوص ریزساختار آهنرباها ممکن است بسیار متفاوت باشد. فولاد مغناطیسی با عملکرد خوب و مقاومت در برابر خوردگی خوب دارای ویژگی های دانه های ریز و یکنواخت و چگالی آهنربایی بالا است. در دو عکس متالوگرافی زیر آهنرباهای NdFeB متخلخل، آهنرباهای نشان داده شده در سمت چپ دارای دانه های ریز و یکنواخت و آهنرباهای نشان داده شده در سمت راست دارای دانه های بزرگ و ناهموار هستند.
6. تست قابلیت اطمینان آهنربای NdFeB

عمر طراحی ژنراتورهای توربین بادی 20 سال است، به این معنی که فولاد مغناطیسی را می توان به مدت 20 سال استفاده کرد، عملکرد مغناطیسی آن به طور قابل توجهی کاهش نمی یابد و فولاد مغناطیسی خورده نمی شود. روش های تست و بازرسی زیر می تواند به عنوان روشی برای سازندگان و استفاده کنندگان فولاد مغناطیسی باد برای ارزیابی و بازرسی آهنرباها مورد استفاده قرار گیرد.

تست بی وزنی: از صفحه مشکی مستطیل شکل 10mm×10mm×12mm به عنوان نمونه استفاده کنید (ارتفاع 12mm جهت مغناطیسی است)، آن را در 2 فشار اتمسفر استاندارد، رطوبت خالص، محیط 120 درجه سانتیگراد قرار دهید، پس از 48 ساعت خارج کنید و لایه اکسید را خارج کنید، کاهش وزن کمتر از 0 mg/cm22 است.
تست مغناطیس زدایی حرارتی: 120℃×4 ساعت، تلفات شار مغناطیسی مدار باز کمتر از 3٪ است.
تست شوک حرارتی: پس از 3 سیکل دماهای بالا و پایین از -40 درجه سانتیگراد تا 120 درجه سانتیگراد، تلفات شار مغناطیسی مدار باز کمتر از 3٪ است.
تست اسپری نمک و تست دما و رطوبت روش هایی برای ارزیابی پوشش های آبکاری شده و سایر پوشش های ضد خوردگی هستند.
سایر خواص فیزیکی مانند ضریب انبساط حرارتی، هدایت حرارتی، مقاومت الکتریکی و مقاومت مکانیکی، همگی درجات مختلفی بر قابلیت استفاده و قابلیت اطمینان فولاد مغناطیسی تأثیر دارند.

خلاصه
1. این مقاله به معرفی پارامترهای مغناطیسی آهنرباهای دائمی نئودیمیم آهن بور برای توربین های بادی مگاواتی می پردازد.
2. NdFeB متخلخل شده با اجبار بالا می تواند اطمینان حاصل کند که آهنربا هنوز در دمای بالا دارای اجبار کافی برای جلوگیری از از دست دادن مغناطیس در دمای بالا است.
3. مقاومت در برابر خوردگی فولاد مغناطیسی موتور باد نه تنها به پوشش سطح آهنربا، بلکه به مقاومت در برابر خوردگی زیرلایه نیز بستگی دارد.

4. روش های تست قابلیت اطمینان آهنربا شامل تست بی وزنی، تست مغناطیس زدایی حرارتی، تست مقاومت در برابر خوردگی پوشش و غیره است.