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高性能烧结钕铁硼磁体在风力发电机中的应用

放大字体 缩小字体 发布日期:2018-09-04 18:15:02   来源:新能源网  编辑:全球新能源网  浏览次数:368


  四、风电钕铁硼磁钢磁性能的一致性

  钕铁硼磁钢是采用特殊的粉末冶金工艺制造的,其中主要的制造过程是在保护气氛下或真空下完成的。钕铁硼生坯是在很强(~1.5T)的磁场中压制的。钕铁硼磁钢的尺寸就受到这些特殊工艺条件的限制。

  一台大型永磁风力发电机通常使用数千块钕铁硼磁钢,转子的每一个磁极都由许多块磁钢组成。转子磁极的一致性要求磁钢的一致性,包括尺寸公差和磁性能的一致。所谓磁性能的一致性即包括不同个体之间磁性能偏差要小,还包括单个磁体的磁性要均匀。

  磁钢的磁性有表观磁性和内禀磁性两种。所谓磁钢的表观磁性,可以测量它的开路磁通,也可以测量它的表面磁场强度。磁钢的表观磁性是与磁钢的形状和磁化状态有关的。磁钢的内禀特性,通过测量样品的退磁曲线来检验。退磁曲线是磁滞回线的一部分,反映的是永磁材料的反磁化特性。测量磁钢样品的退磁曲线,条件是样品在测量前需饱和磁化。

  检测单个磁体的磁性是否均匀,需要把磁体切成若干小块,测量它们的退磁曲线。

  生产过程中,检测一炉磁钢的磁性是否一致,需要抽取烧结炉中不同部位的磁钢作为样品,测量样品的退磁曲线。由于测量设备十分昂贵,而且保证每一块被测量磁钢的完好也几乎是不可能的。因而不能做产品全数检验。钕铁硼磁性能的一致性须由生产设备和过程控制来保证。

  五、钕铁硼的耐腐蚀性

  钕铁硼合金含有活泼的稀土元素,易氧化、易锈蚀。在应用中,除非钕铁硼被封装起来,与空气和水隔绝,否则需要对钕铁硼做表面防腐蚀处理。常见的防腐涂层有电镀镍、电镀锌和电泳环氧树脂。表面磷化处理可以在相对干燥的环境下短时间对钕铁硼起到防锈蚀作用。

  稀土金属间化合物在一定的压力和温度下能与氢发生反应。钕铁硼吸氢后,放出热量并发生碎裂。钕铁硼生产过程中的氢破碎就是利用了它的这一特性。

  从使用的角度来看,钕铁硼的氢碎是有害的。

  严格地说,钕铁硼的腐蚀从它的加工过程就开始了。切磨加工后的除油、电镀前处理的酸洗,以及电镀过程都对钕铁硼表层产生影响。不当的处理过程,可能造成镀层质量不合格(如针孔),钕铁硼表层与镀层结合不牢固等。

  值得注意的是,不同厂家生产的相同牌号的钕铁硼磁钢,虽然磁性能基本相同,但是合金的成分上会有差异,特别是磁钢显微组织的差异可能很大。性能优良、耐腐蚀性好的磁钢具有晶粒细小均匀、磁体的密度高等特点。在下面2幅烧结钕铁硼磁钢的金相照片中,左图所示的磁钢晶粒细小均匀,右图所示的磁钢晶粒较大,而且不均匀。


  钕铁硼磁钢显微组织的比较(金相照片)

  六、钕铁硼磁钢的可靠性试验

  风电发电机的设计寿命为二十年,即要求磁钢可以使用二十年,其磁性能无明显衰减,磁钢无明显腐蚀。

  以下试验和检测方法,可以作为风电磁钢的生产厂家和用户评价和检验磁体的方法。

  失重试验用10mm×10mm×12mm的长方体黑片作试样(12mm高度为充磁方向),放置在2个标准大气压、100%湿度、120℃的环境中,经48h后取出并将氧化层去除,其重量损失小于0.2 mg/cm2。

  热减磁试验120℃×4hr,开路磁通损失小于3%。

  冷热冲击试验经历-40℃~120℃高低温3次循环,开路磁通损失小于3%。

  盐雾试验和温湿试验是评价电镀层和其他防腐涂层的方法。

  其他物理特性,如热膨胀系数、导热系数、电阻率和机械强度等,都对磁钢的使用性和可靠性有不同程度的影响。

  小结

  1. 本文介绍了兆瓦级风力发电机用钕铁硼永磁体的磁性参数。

  2. 高矫顽力烧结钕铁硼可以保证在高温下,磁体仍有足够的矫顽力,避免高温失磁。

  3. 风力电机磁钢的耐腐蚀性不仅取决于磁体表面涂层处理,还取决于基体的耐腐蚀性。

  4. 磁体可靠性的试验方法包括失重试验、热减磁试验、镀层耐腐蚀试验等。

  参考文献

  《超强永磁体》周寿增 董清飞著,冶金工业出版社

 
关键词: 风力发电机 永磁

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