Verfahren zur genauen Messung wenigstens einer magnetischen Eigenschaft, insbesondere der Verlustziffer, von Elektroblechen
Es ist bekannt, dass mit einer Feldmesswicklung an der Oberfläche eines magnetisierten Blechstreifens die Verluste und andere magnetische Eigenschaften. gemessen werden können. Insbesondere ist diesel Verfahren angewendet worden unter Zuhilfenahme von Schwinggleichrichtem oder Messkontakten, wel- che die Spannung an der Feldmesswicklung integrie ren. Auf dies e Weise kann punktweise die Hystereseschleife der Prabebleche aufgenommen und aus ihrem Flächeninhalt die Vertustzahl errechnet werden.
Dieses Verfahren führt nur dann zu richtigen Ergebnissen, wenn die Feldmesswicklung nahe genug an der Blechoberfläche angeordnet ist. Schliesslich haftet dem bekannten Verfahren ! der Mangel an, dass die Verluste nicht mit einer einzigen Ablesung ermittelt werden, sondern durch ein rechnerisches oder graphisches Verfahren, das einen gewissen Zeitauf- wand erfordert,'erhalten werden.
Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht es erstmalig, die magnetischen Eigenschaften von Blechstreifen unter eindeutigen physikalischen Be- dingungen zu messen, und zwar bei homogener Magnetis ! ierung der Blechproben und unter Ausschaltung jeglichen Eckeneinflusses, wie er beispiels- weise beim Epsteinrahmen auftritt. Das, Verfahren nach der Erfindung ermöglicht es auch, den Einfluss der Schichbdicke der Blechpakete auf die magnetischen Eigenschaften zu untersuchen. Es eignet sich auch zur Untersuchung hochwertiger Bleche, beispiels. weise kornorientierte Siliziumbleche oder Eisen-Nickel-Legierungen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur genauen Messung wenigstens einer magnetischen Eigenschaft von Elektroblechen unter Anwendung einer Feldmesswicklung, einer Induktionsmesswick- lung und einer Magnetisierungswicklung. Die Erfin dung besteht darin, dass die Feldmesawicklung inner- hallb eines geschlossenen, durch die Probebleche gebildeten Hohlraumes angeordnet wird und dass die Probebleche ohne Schlussjoch in offener Wicklung magnetisiert wenden.
Durch die Anordnung der Feldmesswicklung entspricht die von ihr aufgefangene Feldstärke nach Grosse und Phasenlage genau der Feldstärke im Inneren, der Probebleche. Einer weiteren Ausbildungentsprechend ist die Feldmesswick- lung auf einen Wicklunjgsträger praktisch konstanten Querschnittes, beispielsweise auf ein keramisches Rohr mit kleinem Ausdehnungskoeffizienten mit möglichst konstanter Windungsdichte aufgebracht, so dass der Windungsquerschnitt der Feldmesstwicklung unveränderlich bleibt, da sich sonst das Messergebnis proportional mit diesem ändert. Zweckmässig sind die Probebleche polygonartig um die Feldmesswicklung angeordnet.
Damit sich der Kraftfluss auf alle Bleche des Polygons gleichmässig verteilt, muss der magnetische Rückschluss für alle Seiten des Blechpolygons gleichartig sein, was dann der Fall ist, wenn die Probebleche insbesondere die Form langer, gerader Streifen haben, die in einer offenen Wicklung magnetisiert werden. Ausserdem müssen die aufeinanderliegenden Einzelbleche mit genügender magnetischer Leitfä- higkeit miteinander verbunden sein, damit der Fluss von den inneren Blechen zu den äusseren ohne nennenswerten magnetischen Spannungsabfall herberwechseln kann.
Da ausserdem die magnetische Feldstärke und die Magnetisierungsverlustevom mechani schenSpannungszustandderBleche, insbesonderewenn es sich um kornorientierte Bleche handelt, abhängig sind, werdennacheinerweiterenAusgestaltung die Probebleche während der Messung mit einem defi nierten Druck zusammengepresst.
Die Spannung an der Feldmesawicklung,'die bekanntlich dem Differen- tialquotienten der Feldstärke proportional ist, wird nach einer weiteren Ausbildung des Verfahrens mittels eines elektronischen, integrierenden Verstärkers, der zur Erzielung ausreichender Konstanz und Genauigkeit hocher, gegengekoppelt sein kann, integriert, so dass sich am Ausgang des Verstänkers den AugenMickswerCen der Feldstärke proportionale Augenblicskwerte der Spannung ergeben.
Die Erfindung wind anhand eines in der Zeich- nung schematisch dargestellten AuSiführungsbeispie- les näher erläutert. Die Fig. l zeigt den konstruktiven Aufbau der Probebleche und Wicklungen im Schnitt und Fig. 2 zeigt. eine Ansicht des Aufbaues nach dem Schnitt A-B der Fig. 1. Femer ist in Fig. 2 eine mögliche, aus zwei Verstärkern und einem Leistungs- messer bestehende Messschaltung angedeutet.
Mit 1 ist ein keramisches Rohr bezeichnet, auf das die Feldmesswicklung 2 aufgebracht ist. Das keramische Rohr 1 ist in einem Isolierkörper 3 von beispielsweise quadratischem Querschnitt unterge- bracht.
Die vier Seiten des Körpers 3 sind mit den Pro boblechpaketen 4, 5, 6 und 7 belegt. Sie werden durci elastische Membranen 8, 9, 10 und 11 gegen den Isolierkörper 3 gepresst, wobei der Druck im In nern der elastischen Membranten in nicht weiter dargestellter Weise.einstell-undmessbar ist. Die Temperatur des Druckmittels im Innern der Membran- körper ist in gleicher Weise durch einen äussereni nicht weiter dargestellten Temperaturkreislauf einstell-und regelbar, so dass die Probebleche 4 bis 7 nach einiger Zeit die definierte Temperatur des Druckmittels annehmen.
Die Probebleche 4 bis 7 einschliesslich der Membr. andtuckkorper 8 bis 11 befinden sich in einem runden Isolierrohr 12, auf das die Magnetisierungswicklung 13 aufgebracht ist. Im mittleren Teil der Magnetisierungswicklung 13 befindet sich unter dieser Wicklung die Induktionsmesswicklung 14. Sie erstreckt. sich über die gleiche Länge wie die Feldmesswicklung 2, beispielsweise über eine Längevon400mm.DieMagnetisierunjgswicklung 13 hat beispielsweise eine Länge von 1000 mu, die Blechstreifenpakete 4 bis 7 eine Länge von 1500mm.
Diese Abstufung, der Längen ist zweck- mässig, um zu erreichen, dass auf der Länge der Feldmesswicklung 2 und Induktionsmesswicklung 14 die Induktion im Eisen angenähert konstant ist. Letzteres wird umso besser erreicht, je länger die Ge- samtlängederAnordnungimVerhältnis, zur Länge der Feldmesswicklung 2 ist. Im Innern des Rohres l befindet sich ein zweiter Wicklungsträger 15 aus Isolierstoff, vorzugsweise Keramik, auf dem eine Luft feldkompenaationswicklung 16 angebracht ist.
Ihn Windungsquerschnitt ist so abgestimmt, idass sie bei Reihenschaltung mit der Induktionsmesswicklung 14 gerade das von der letztgenannten Wicklung umfasste Luftfeld herauskompensiert, so dass an, der Induk- tionsmesswicklung 14 in Reihe mit der Luftfeldkom pensationswicklung 16. direkt die Induktion oder auch die Magnetisierung in den Prüfblechen 5 bis 7 gemessen-werden können.
Die Spannung dieser Wicklungen 14, 16 kann über einen linearen, hochgegengekoppelten elektro- nischen Verstärker 20 dem Spannungspfad eines dynamometrischen Leistungsmessers 21 zugeführt werden, während die. durch einen elektronischen inte grierenden Verstärker 22 integrierte Spannung der Feldmessfwicklung 2 der zweiten Spule des Leistungs- messers zugeführt werden kann.
Der Leistungsmesser zeigt dann bei geeigneter Eichung direkt die Verluste im mittleren Teil der Probeblecbe. an. Die Messung der Induktion in den Blechen kann in nicht weiter dargestellter Weise in bekannter Art mit ei. nem mechanischen Messgleichrichter erfolgen, der Formfaktor der Spannung an der Induktionsmesswicklung
14, von, dem die Eisenverluste abhängen, kann aus dem Mittelwert und dem Effektivwert dieser Span- nung oder auch nach anderen bekannten Verfahren ermittelt werden.
Die Durchmesser der Wicklungsträger und die Bruite der Blechpakete sind in etwa natürlicher Grosse dargestellt. Die Anordnung nach der Erfindung eignet sich. auch dazu, den Gang der Verluste mit der Frequenz zu messen. Bei Verwendung geeigneter Verstärker und geeigneter Leistungsmesser kann die Frequenz von sehr kleinen bis zu sehr hoben Werten geändert werden.
Ebenso kann durch Vorschalten von WiderständenoderDrosseln vor die ie Magnetisierungswicklung 13 der zeitliche Flussverlauf absichtlich verzerrt werden, um einerseits aus derartigen n Messungen rückwärts die Messergebnisse auf sinusförmigen Fluasverlaul zu extrapolieren oder auch um den Anstieg der Verluste mit dem Formfaktor zu messen ; aus diesem Anstieg kann der Wirbel- stromanteil der Verluste in bekannter Weise ermittelt werden.
Verwendet man nicht durchgebende Blecb- streifen, sondern schachtelt man auf der Länge der FeldmesswicHiung und der Induktionsmesswicklung die Blechstreifen nach, dem in der Praxis üblichen Verfahren ineinander, so lassen sich die Zusatzverluste an den Schachtelstellen messen.
Method for the precise measurement of at least one magnetic property, in particular the loss factor, of electrical steel sheets
It is known that a field measuring winding on the surface of a magnetized sheet metal strip reduces losses and other magnetic properties. can be measured. In particular, this method has been used with the aid of oscillating rectifiers or measuring contacts, which integrate the voltage on the field measuring winding. In this way, the hysteresis loop of the test sheets can be recorded point by point and the loss number can be calculated from their area.
This method only leads to correct results if the field measuring winding is arranged close enough to the sheet metal surface. Ultimately, the known procedure is liable! the lack that the losses are not determined with a single reading but are obtained by a computational or graphical process which takes a certain amount of time.
The method according to the invention makes it possible for the first time to measure the magnetic properties of sheet metal strips under unambiguous physical conditions, with homogeneous magnetism! ization of the sheet metal samples and with the elimination of any corner influence, as occurs for example with the Epstein frame. The method according to the invention also makes it possible to examine the influence of the layer thickness of the laminated cores on the magnetic properties. It is also suitable for examining high-quality sheets, for example. wise grain-oriented silicon sheets or iron-nickel alloys.
The invention relates to a method for the precise measurement of at least one magnetic property of electrical steel sheets using a field measuring winding, an induction measuring winding and a magnetizing winding. The invention consists in that the field mesa winding is arranged within a closed cavity formed by the test sheets and that the test sheets are magnetized without a terminal yoke in an open winding.
Due to the arrangement of the field measurement winding, the field strength it intercepts corresponds exactly to the field strength inside the test panels in terms of size and phase position. According to a further embodiment, the field measuring winding is applied to a winding carrier with a practically constant cross section, for example a ceramic tube with a small expansion coefficient with a winding density that is as constant as possible, so that the winding cross section of the field measuring winding remains unchanged, otherwise the measurement result changes proportionally with it. The test sheets are expediently arranged in a polygonal manner around the field measuring winding.
In order for the force flow to be evenly distributed over all sheets of the polygon, the magnetic return must be the same for all sides of the sheet polygon, which is the case when the test sheets are in particular in the form of long, straight strips that are magnetized in an open winding. In addition, the individual sheets lying on top of one another must be connected to one another with sufficient magnetic conductivity so that the flux can change over from the inner sheets to the outer ones without a significant magnetic voltage drop.
Since the magnetic field strength and the magnetization losses are also dependent on the mechanical stress state of the sheets, in particular when it comes to grain-oriented sheets, according to a further embodiment, the test sheets are pressed together with a defined pressure during the measurement.
The voltage at the field mesa winding, which is known to be proportional to the differential quotient of the field strength, is integrated according to a further development of the method by means of an electronic, integrating amplifier, which can be fed back higher to achieve sufficient constancy and accuracy, so that At the output of the amplifier, the eye mickworms produce instantaneous values of the voltage proportional to the field strength.
The invention is explained in more detail with reference to an exemplary embodiment shown schematically in the drawing. FIG. 1 shows the structural design of the test sheets and windings in section and FIG. 2 shows. a view of the structure according to section A-B of FIG. 1. Furthermore, a possible measuring circuit consisting of two amplifiers and a power meter is indicated in FIG.
1 with a ceramic tube is referred to, to which the field measuring winding 2 is applied. The ceramic tube 1 is accommodated in an insulating body 3 with a square cross section, for example.
The four sides of the body 3 are covered with the Pro boblechpaketen 4, 5, 6 and 7. They are pressed against the insulating body 3 by elastic membranes 8, 9, 10 and 11, the pressure in the interior of the elastic membrane being adjustable and measurable in a manner not shown. The temperature of the pressure medium in the interior of the membrane body can be set and regulated in the same way by an external temperature circuit, not shown, so that the test panels 4 to 7 assume the defined temperature of the pressure medium after some time.
The test panels 4 to 7 including the membrane. andtuckkorper 8 to 11 are located in a round insulating tube 12 to which the magnetizing winding 13 is applied. In the middle part of the magnetization winding 13, the induction measuring winding 14 is located under this winding. It extends. over the same length as the field measuring winding 2, for example over a length of 400 mm. The magnetizing winding 13 has a length of 1000 μm, for example, and the sheet metal strip stacks 4 to 7 have a length of 1500 mm.
This gradation of the lengths is useful in order to achieve that the induction in the iron is approximately constant over the length of the field measuring winding 2 and induction measuring winding 14. The latter is achieved the better, the longer the total length of the arrangement in relation to the length of the field measuring winding 2 is. Inside the tube l there is a second winding support 15 made of insulating material, preferably ceramic, on which an air field compensation winding 16 is attached.
Its winding cross-section is coordinated so that, when connected in series with the induction measuring winding 14, it compensates for the air field encompassed by the last-mentioned winding, so that the induction measuring winding 14 in series with the air field compensation winding 16. directly induces or magnetizes the Test panels 5 to 7 can be measured.
The voltage of these windings 14, 16 can be fed to the voltage path of a dynamometric power meter 21 via a linear, highly negative feedback electronic amplifier 20, while the. Integrated voltage of the field measuring winding 2 of the second coil of the power meter can be supplied by an electronic integrating amplifier 22.
With suitable calibration, the power meter then shows the losses in the middle part of the test plate. on. The measurement of the induction in the metal sheets can be done in a known manner with ei. a mechanical measuring rectifier, the form factor of the voltage on the induction measuring winding
14, on which the iron losses depend, can be determined from the mean value and the rms value of this voltage or by other known methods.
The diameter of the winding carriers and the brutes of the laminated cores are shown in approximately natural size. The arrangement according to the invention is suitable. also to measure the rate of losses with frequency. With the use of suitable amplifiers and suitable power meters, the frequency can be changed from very small to very high values.
Likewise, by connecting resistors or chokes upstream of the magnetization winding 13, the time course of the flux can be intentionally distorted, on the one hand to extrapolate the measurement results backwards from such n measurements to sinusoidal fluids or to measure the increase in losses with the form factor; The eddy current component of the losses can be determined in a known manner from this increase.
If sheet metal strips are not used, but instead the sheet metal strips are nested along the length of the field measuring winding and the induction measuring winding, following the procedure common in practice, the additional losses at the nesting points can be measured.