Application d'aimants NdFeB frittés haute performance dans les générateurs d'éoliennes

L'éolienne à aimant permanent adopte un aimant permanent en néodyme fer bore fritté à haute performance magnétique, qui a une coercivité suffisamment élevée pour éviter la perte de magnétisme à haute température. La durée de vie de l'aimant dépend du matériau de base et du traitement anticorrosion de la surface. L'anticorrosion de l'acier magnétique NdFeB devrait commencer dès la fabrication.
1. Introduction

L'éolienne à aimant permanent à entraînement direct adopte la turbine du ventilateur pour entraîner directement la rotation du générateur, éliminant ainsi la boîte de vitesses augmentant la vitesse requise par l'éolienne asynchrone à double alimentation à excitation CA traditionnelle, et évitant le dysfonctionnement et l'entretien de la boîte de vitesses pendant le fonctionnement. Dans le même temps, l'éolienne à aimant permanent adopte une excitation à aimant permanent, sans enroulement d'excitation, ni bague collectrice ni brosse sur le rotor ; par conséquent, la structure est simple et le fonctionnement est fiable. En 1993, Enercon GmbH, en Allemagne, a développé la première éolienne à aimant permanent à entraînement direct à grande échelle. Le développement des éoliennes et des éoliennes à aimant permanent est en plein essor. Le niveau global des éoliennes à aimants permanents de la Chine est à l'avant-garde du monde.

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L’environnement de travail d’une éolienne est très rude et elle doit être capable de résister aux températures élevées, au froid intense, au vent et au sable, à l’humidité et même aux embruns salés. La durée de vie nominale d’une éolienne est généralement de vingt ans. À l’heure actuelle, les aimants permanents en néodyme fer bore fritté sont utilisés à la fois pour les petites éoliennes et les éoliennes à aimant permanent de mégawatts. Par conséquent, la sélection des paramètres magnétiques de l’aimant permanent NdFeB et les exigences relatives à la résistance à la corrosion de l’aimant sont très importantes.
2. Propriétés magnétiques typiques du NdFeB fritté utilisé dans les générateurs d'éoliennes à aimant permanent

L'aimant permanent en néodyme fer bore est appelé aimant permanent de terres rares de troisième génération, et c'est le matériau d'aimant permanent avec les performances magnétiques les plus élevées jusqu'à présent. La phase principale de l'alliage NdFeB fritté est le composé intermétallique Nd2Fe14B, et sa polarisation magnétique à saturation (Js) est de 1,6T. Étant donné que l'alliage à aimant permanent fritté NdFeB est composé de la phase principale Nd2Fe14B et de la phase limite des grains, et que l'orientation des grains de Nd2Fe14B est limitée par les conditions de traitement, la rémanence actuelle de l'aimant peut atteindre jusqu'à 1,5 T. L'entreprise allemande de fonderie sous vide (Vacuumschmelze GmbH) a produit des aimants NdFeB d'une capacité maximale de 100°C. produit d'énergie magnétique (BH) maximum de 57MGOe. Les fabricants nationaux de NdFeB peuvent produire des aimants de qualité N50 avec un maximum. produit d'énergie magnétique de 53MGOe (Remarque : cet article a été publié en 2010. Avec le développement de la technologie, il existe déjà des aimants de qualité N54 sur le marché, et le produit d'énergie magnétique plus élevé peut atteindre 55MGOe). L'augmentation du rapport de phase principale de l'alliage, l'augmentation de l'orientation des grains cristallins et la densité de l'aimant peuvent augmenter le maximum. produit énergétique de l'aimant ; mais il ne dépassera pas la valeur théorique de 64MGOe pour le max. produit énergétique du monocristal Nd2Fe14B. Jinluncicai.com guide le fabricant et l'usine dans la fourniture de séries d'aimants et de matériaux NdFeb.

La courbe de démagnétisation du NdFeB à température ambiante est similaire à une ligne droite. Par conséquent, lors de la conception de moteurs à aimants permanents, du néodyme fer bore de haute qualité (c'est-à-dire un maximum (BH) élevé du matériau) est souvent sélectionné pour obtenir une densité magnétique d'entrefer élevée. Lorsque le moteur tourne, en raison de l'existence du champ démagnétisant alternatif et de l'effet démagnétisant du courant instantané important lorsque la charge change soudainement, il est nécessaire de sélectionner un aimant néodyme fer bore avec une coercivité suffisamment élevée.

L'ajout d'éléments tels que le dysprosium (terbium) à l'alliage augmente la coercivité intrinsèque (jHc) du néodyme fer bore, mais la rémanence (Br) de l'aimant diminuera en conséquence. Par conséquent, les aimants NdFeB haute performance utilisés dans les éoliennes prennent en compte sa coercivité et sa rémanence.
3. Stabilité de la température de l'aimant permanent NdFeB

Les générateurs d'énergie éolienne fonctionnent dans la nature et supportent l'épreuve de la chaleur et du froid torrides ; dans le même temps, la perte du moteur entraîne également une augmentation de la température du moteur. Les aimants NdFeB frittés présentés dans le tableau ci-dessus peuvent fonctionner à 120°C. La température de Curie de l'alliage à aimant permanent NdFeB est d'environ 310 ℃. Lorsque la température de l’aimant dépasse le point de Curie, il passe du ferromagnétisme au paramagnétisme. En dessous de la température de Curie, la rémanence du NdFeB diminue avec l'augmentation de la température, et son coefficient de rémanence en température α (Br) est de -0,095 ~ -0,105 %/℃. La force coercitive du NdFeB diminue également avec l'augmentation de la température, et le coefficient de température β (jHc) de sa force coercitive est de -0,54~-0,64 %/℃. Choisissez la force coercitive appropriée, l'aimant a toujours une force coercitive suffisamment élevée au maximum. température de fonctionnement de la conception du moteur ; sinon, une perte de magnétisation se produira.

La rémanence et la coercivité des matériaux à aimants permanents NdFeB sont complémentaires. L'ajout d'éléments de terres rares lourds dysprosium (Dy) et terbium (Tb) à l'alliage peut augmenter considérablement la coercivité de l'aimant. À mesure que la coercitivité augmente, la rémanence et le max. le produit d’énergie magnétique diminue en conséquence. Évidemment, le choix de l'acier magnétique à haute coercivité pour les éoliennes doit se faire au détriment de la rémanence et du max. produit d'énergie magnétique.

4, la cohérence des propriétés magnétiques des aimants NdFeB de l'énergie éolienne

Les aimants NdFeB sont fabriqués à l'aide d'un procédé spécial de métallurgie des poudres et le processus de fabrication principal est réalisé dans une atmosphère protectrice ou sous vide. Le corps vert néodyme fer bore est pressé dans un champ magnétique très puissant (~ 1,5 T). La taille des aimants NdFeB est limitée par ces conditions de traitement particulières.

Une grande éolienne à aimant permanent utilise généralement des milliers d’aimants en néodyme fer bore, et chaque pôle du rotor est composé de nombreux aimants. La cohérence des pôles du rotor nécessite la cohérence de l'acier magnétique, y compris la cohérence des tolérances dimensionnelles et des propriétés magnétiques. La soi-disant cohérence des propriétés magnétiques comprend la petite déviation des propriétés magnétiques entre différents individus, ainsi que l'uniformité des propriétés magnétiques d'un seul aimant.

Il existe deux types de magnétisme : le magnétisme apparent et le magnétisme intrinsèque. Le magnétisme dit apparent de l'acier magnétique peut être mesuré par son flux magnétique en circuit ouvert et l'intensité de son champ magnétique de surface. Le magnétisme apparent de l’aimant est lié à la forme et à l’état de magnétisation de l’aimant. Les caractéristiques intrinsèques de l'acier magnétique sont testées en mesurant la courbe de démagnétisation de l'échantillon. La courbe de démagnétisation fait partie de la boucle d'hystérésis, qui reflète les caractéristiques d'inversion de magnétisation du matériau à aimant permanent. Mesurez la courbe de démagnétisation d'un échantillon d'acier magnétique, à condition que l'échantillon doive être saturé magnétisé avant la mesure.

Pour détecter si le magnétisme d’un seul aimant est uniforme, il est nécessaire de couper l’aimant en plusieurs petits morceaux et de mesurer leurs courbes de démagnétisation. Pendant le processus de production, pour vérifier si le magnétisme d'un four d'aimants est cohérent, il est nécessaire d'échantillonner les aimants de différentes parties du four de frittage pour mesurer la courbe de démagnétisation de l'échantillon. Parce que les équipements de mesure sont très coûteux, et qu’il est pratiquement impossible de garantir l’intégrité de chaque pièce d’acier magnétique à mesurer. Tous les produits ne peuvent donc pas être inspectés. La cohérence des propriétés magnétiques du NdFeB doit être garantie par les équipements de production et le contrôle des processus.

5. Résistance à la corrosion du NdFeB

L'alliage NdFeB contient des éléments actifs de terres rares, faciles à oxyder et à rouiller. Dans les applications, à moins que le NdFeB ne soit encapsulé et isolé de l'air et de l'eau, la surface du NdFeB doit être traitée avec un anticorrosion. Les revêtements anticorrosion courants sont le nickel électrolytique, la résine époxy électrozinguée et électrophorétique. Le traitement de phosphatation de surface peut empêcher le NdFeB de rouiller dans un environnement relativement sec pendant une courte période.

Les composés intermétalliques de terres rares peuvent réagir avec l'hydrogène sous certaines pressions et températures. Une fois que le NdFeB a absorbé l’hydrogène, il libère de la chaleur et se brise. Le broyage de l'hydrogène dans la production de NdFeB profite de cette fonctionnalité. Du point de vue de l'utilisation, les fragments d'hydrogène du NdFeB sont nocifs. À proprement parler, la corrosion du NdFeB commence dès son traitement. Le dégraissage après découpe et meulage, le décapage avant galvanoplastie et le processus de galvanoplastie ont tous un impact sur la couche superficielle de NdFeB. Un processus de traitement inapproprié peut entraîner une qualité de revêtement non qualifiée (telle que des trous d'épingle) et la liaison de la couche de surface NdFeB et de la couche de revêtement n'est pas solide.

Il convient de noter que bien que les propriétés magnétiques des aimants NdFeB de la même marque produits par différents fabricants soient fondamentalement les mêmes, il y aura des différences dans la composition des alliages, en particulier la microstructure des aimants peut être très différente. L'acier magnétique avec de bonnes performances et une bonne résistance à la corrosion présente les caractéristiques de grains fins et uniformes et d'une densité magnétique élevée. Dans les deux photos métallographiques suivantes d'aimants NdFeB frittés, les aimants illustrés à gauche ont des grains fins et uniformes, et les aimants illustrés à droite ont des grains gros et inégaux.
6. Test de fiabilité de l'aimant NdFeB

La durée de vie nominale des générateurs d'éoliennes est de 20 ans, ce qui signifie que l'acier magnétique peut être utilisé pendant 20 ans, que ses performances magnétiques ne sont pas significativement atténuées et que l'acier magnétique n'est pas corrodé. Les méthodes de test et d'inspection suivantes peuvent être utilisées comme méthodes permettant aux fabricants et aux utilisateurs d'acier magnétique éolien d'évaluer et d'inspecter les aimants.

Test d'apesanteur : utilisez une plaque noire rectangulaire de 10 mm × 10 mm × 12 mm comme échantillon (la hauteur de 12 mm est la direction de magnétisation), placez-la dans 2 pressions atmosphériques standard, humidité pure, environnement de 120 ℃, retirez-la après 48 h et retirez la couche d'oxyde. La perte de poids est inférieure à 0,2 mg/cm2.
Test de démagnétisation thermique : 120 ℃ × 4 heures, la perte de flux magnétique en circuit ouvert est inférieure à 3 %.
Test de choc thermique : Après 3 cycles de températures élevées et basses de -40°C à 120°C, la perte de flux magnétique en circuit ouvert est inférieure à 3 %.
Le test au brouillard salin et le test de température et d'humidité sont des méthodes d'évaluation des revêtements électrolytiques et autres revêtements anticorrosion.
D'autres propriétés physiques, telles que le coefficient de dilatation thermique, la conductivité thermique, la résistivité électrique et la résistance mécanique, ont toutes une influence variable sur l'utilisabilité et la fiabilité de l'acier magnétique.

Résumé
1. Cet article présente les paramètres magnétiques des aimants permanents en néodyme fer bore pour les éoliennes mégawatts.
2. Le NdFeB fritté à haute coercivité peut garantir que l'aimant a toujours suffisamment de coercivité à haute température pour éviter une perte de magnétisme à haute température.
3. La résistance à la corrosion de l'acier magnétique du moteur éolien dépend non seulement du traitement de revêtement de surface de l'aimant, mais également de la résistance à la corrosion du substrat.

4. Les méthodes de test de fiabilité des aimants comprennent le test d'apesanteur, le test de démagnétisation thermique, le test de résistance à la corrosion du revêtement, etc.