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稀土戰(zhàn)略物資稀缺,稀土永磁變頻電機又該如何發(fā)展呢!富達空壓機

發(fā)表日期:2019-05-21     點擊擊數: 4662   

稀土永磁材料:

稀土原材料

(稀土礦山現場)

稀土是磁性材料的原料之一,主要是稀土鈷永磁材料和釹鐵硼永磁材料。前者是稀土元素鈰、鐠、鑭、釹等和鈷形成的金屬間化合物,其磁能積可達碳鋼的150倍、鋁鎳鈷永磁材料的35倍 ,永磁鐵氧體的810倍,溫度系數低,磁性穩(wěn)定,矯頑力高達800千安/米。主要用于低速轉矩電動機、啟動電動機、傳感器、磁推軸承等的磁系統(tǒng)。

(含有稀土元素的永磁電機)

釹鐵硼永磁材料是第三代稀土永磁材料,其剩磁、矯頑力和最大磁能積比前者高,不易碎,有較好的機械性能,合金密度低,有利于磁性元件的輕型化、薄型化、小型和超小型化。但其磁性溫度系數較高,限制了它的應用。

稀土元素的分類 

稀土一共包括17種元素,這17種元素在應用之中各有各的不同之處,堪稱國之大器。

(元素周期表)

我國的稀土資源主要分為兩類,輕稀土型資源和離子型中重稀土資源,大體來說呈現“北輕南重”的格局,“北輕”以鑭、鈰、鐠、釹為主,代表為內蒙古,“南重”以鋱、鏑、鈥、鉺、釔為主,代表為江西。 

比如鐠,用于制造飛機發(fā)動機

(稀土鐠礦石)

稀土元素的共性是:一、它們的原子結構相似;二、離子半徑相近;三、它們在自然界密切共生。

(稀土礦石)

稀土元素的化學性質相近,他們有時與鐵、鈷、鎳等生成共生礦物。在實際用途之中,很少情況下會專門去應用稀土元素的化學性質,大多都是應用其差異較大的物理性質,尤其是光譜學方面的性質。

比如釹,用于電子硬件中的強磁鐵

(稀土礦石)

稀土永磁材料是將釤、釹混合稀土金屬與過渡金屬(如鈷、鐵等)組成的合金,用粉末冶金方法壓型燒結,經磁場充磁后制得的一種磁性材料。 

稀土永磁分釤鈷(SmCo)永磁體和釹鐵硼(NdFeB)永磁體。其中SmCo磁體的磁能積在15--30MGOe之間,NdFeB系磁體的磁能積在27--50MGOe之間,被稱為“永磁王”,是目前磁性最高的永磁材料。釤鈷永磁體,盡管其磁性能優(yōu)異,但含有儲量稀少的稀土金屬釤和稀缺、昂貴的戰(zhàn)略金屬鈷,因此,它的發(fā)展受到了很大的限制。我國稀土永磁行業(yè)的發(fā)展始于60年代末,當時的主導產品是釤-鈷永磁,釤-鈷永磁體世界銷售量為630噸,我國為90.5噸(包括SmCo磁粉),主要用于軍工技術。

稀土(rare earth)有“工業(yè)維生素”的美稱。現如今已成為極其重要的戰(zhàn)略資源。稀土元素氧化物是指元素周期表中原子序數為57 71 15種鑭系元素氧化物,以及與鑭系元素化學性質相似的鈧(Sc) 和釔(Y)共17 種元素的氧化物。稀土元素在石油、化工、冶金、紡織、陶瓷、玻璃、永磁材料等領域都得到了廣泛的應用,隨著科技的進步和應用技術的不斷突破,稀土氧化物的價值將越來越大。 

磁性材料,通常所說的磁性材料是指強磁性物質,是古老而用途十分廣泛的功能材料,而物質的磁性早在3000年以前就被人們所認識和應用,例如中國古代用天然磁鐵作為指南針?,F代磁性材料已經廣泛的用在我們的生活之中,例如將永磁材料用作馬達,應用于變壓器中的鐵心材料,作為存儲器使用的磁光盤,計算機用磁記錄軟盤等。大比特資訊上說,磁性材料與信息化、自動化、機電一體化、國防、國民經濟的方方面面緊密相關。而通常認為,磁性材料是指由過度元素鐵、鈷、鎳及其合金等能夠直接或間接產生磁性的物質。磁性材料按磁化后去磁的難易可分為軟磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物質叫軟磁性材料,不容易去磁的物質叫硬磁性材料。一般來講軟磁性材料剩磁較小,硬磁性材料剩磁較大。

稀土材料在永磁電機上的應用

釤鈷材料:

高溫穩(wěn)定性磁性材料,工作溫度高( 250350℃ )退磁風險低。

磁穩(wěn)定性強,效率保障(磁性下降0.03%/ ℃ )

鐵含量低:14-17% (不易生銹)

它的穩(wěn)定性極佳,是航天航空和科研首選材料。

釹鐵硼材料:

常規(guī)溫度磁性材料,允許工作溫度低  60200℃ ),退磁風極高

穩(wěn)定性差,退磁溫度低,失效風險高

磁穩(wěn)定性差,6倍差于于釤鈷(磁性下降0.19%/ ℃ )

鐵含量高:63.95-68.65% (易生銹)

不超過退磁溫度時磁性下降,但磁性可恢復。磁性下降幅度:釤鈷 0.03%/ ℃,釹鐵硼0.13%/ 

一定溫度時急速下降,如釹鐵硼150 ℃時20分鐘完全退磁,且溫度越高下降越快。

稀土永磁電機的冷卻方式

風冷冷卻:

冷卻效果差,冷卻效率差(失效風險高,風冷本身效果差)

另外變頻時冷卻效果受轉速影響大(轉速越低,冷卻越差)

油冷冷卻:

更可靠,失效風險低,液態(tài)冷卻,換熱效率高,高效冷卻流道,冷卻更均勻。

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(富達油冷永磁電機散熱圖)

稀土永磁變頻電機的優(yōu)勢

永磁變頻電機與普通變頻電機相比,有著顯著的優(yōu)勢。

同樣都使用變頻器,但永磁變頻電機不需要無功勵磁電流,可以顯著提高功率因數(可達到1,甚至容性),減少了定子電流和定子電阻損耗,而且在穩(wěn)定運行時沒有轉子銅耗,進而可以減小風扇(小容量電機甚至可以去掉風扇)和相應的風摩損耗,效率比同規(guī)格普通變頻電動機可提高28個百分點。而且,永磁變頻電機采用的是稀土永磁材料,而普通變頻電機則是普通的三相異步電機,永磁變頻電動機在25%120%額定負載范圍內均可保持較高的效率和功率因數,使輕載運行時節(jié)能效果更為顯著,工作效率高,較同功率的普通變頻電機平均要高5%-7%,比普通變頻電機要節(jié)能省電。 

另外,永磁變頻電機會根據用戶端設備的變化,自動調頻改變電機功率,很好地匹配電機輸出功率,無論是在輕載或過載的情況下其工作效率依然保持在高水平。 

目前生產的永磁變頻電機已應用在油田、紡織化纖工業(yè)、陶瓷玻璃工業(yè)和運行時間長的風機水泵、空壓機等領域。

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