CN102472804A - 用于对电工钢片分类的方法 - Google Patents
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Abstract
用于对电工钢片分类的方法，所述电工钢片用于电机的制造并且以绕带（1）的形式存在，其特征在于，-在绕带（1）中借助于由馈送装置（5）馈送的励磁绕组（2）产生时变磁通，所述时变磁通引起绕带（1）的形状变化和磁损耗，-借助于测量装置（3、6、23）测量所述形状变化和/或磁损耗，并且在此过程中获得的测量信号（21、22、24）被输送给分析装置（4），并且-所述分析装置（4）在使用所述测量信号（21、22、24）的情况下执行对所述电工钢片在噪声排放和/或磁损耗方面的分级。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于对电工钢片分类的方法，所述电工钢片用于电机的制造并且以绕带的形式存在。
背景技术
在电设备、例如功率变压器运行时出现的噪声排放尤其在该设备安装在居住区附近时被察觉为是干扰性的。因此在制造低噪声的功率变压器时力求使用具有尽可能小的磁致伸缩的软磁材料。但是在实践中，对软磁材料的分类被证实为困难的。通常，为了分类的目的，从绕带（在稍后的处理步骤中从该绕带中冲压出用于变压器芯的钢片部分）中提取样本并且在测量装置中在磁致伸缩特性和其他磁性质方面分析该样本。在此首先出现的问题是，已知的测量装置不提供一致的测量结果。另一方面，测量结果取决于样本提取的位置：有可能在绕带开始处提取的样本和在绕带结束处提取的样本分别显示出强烈不同的磁致伸缩特性。对于电机的噪声特性的令人满意的预测利用已知的测量和分类方法几乎是不可能的。
发明内容
本发明的任务是说明一种用于对电工钢片分类的方法，利用该方法能够更好地预测电机的噪声特性以及必要时也能够更好地预测电机的磁损耗。
该任务通过具有权利要求1的特征的方法来解决。有利的构型在从属权利要求中定义。
在基本构思中本发明假定，为了对软磁最初产品进行分类不研究从所供给材料中提取的样本，而是在整体上研究在制造车间中供给的绕带。为此，所述绕片（Blechwickel）—或者也称为线圈（Coil）—配备有励磁绕组。借助于馈送装置在卷绕的扁平带中产生时变磁通。该时变磁通由于磁致伸缩而导致绕带的形状变化。相应于所述磁致伸缩地产生在磁材料的优先方向上的振荡。借助于测量装置测量所述绕带的与优先方向垂直分布的形状变化并且必要时还测量测量磁损耗并且输送给分析装置。在所述分析装置中，对噪声电平（声波功率电平）和损耗指数进行计算并且将这些值分配到各个类别。以此方式，可以更好地预测电机的预期运行特性，也就是针对预期的噪声特性以及必要时还在预期的磁损耗方面更好地预测。通过根据本发明的方法，在生产开始之前可以从所供给的绕带中滤出对于电机的低噪声运行来说表现为特别好地适合的绕带或表现为不那么好地适合的绕带。因为以线圈的整体来评估线圈，所以分类结果不再取决于样本提取的位置。该预测在利用本发明方法的情况下准确得多。尤其是在制造大型机器、例如低噪声的功率变压器时，根据本发明的方法具有高的经济意义。执行电工钢片的分类或分级的分析装置可以基于预先给定的特征（噪声电平、损耗）来自动进行向各类别的划分。所述分析单元例如是相应修改过的个人计算机（PC），其可以比较简单地由自身已知的硬件部件和软件部件组合而成。所述电工钢片到噪声类别的分配在生产中仅需要小的成本。该分类方法几乎不易受到干扰。
在绕片的轴向上，可以在测量技术上特别简单地检测绕带的形状变化，所通过的方式是在绕带的一个端面或必要时两个端面处布置传感器装置，所述传感器装置检测绕带轴向上的振荡。
如果在每个端面处布置多个探测器，则可以通过简单的方式对长度变化取平均。
为了探测线圈的形状变化，可以有利地使用常规可用的加速度传感器。从加速度传感器的信号中可以通过简单的方式计算出速度信号，该速度信号可以在进一步的结果中通过傅立叶分析分解成各个频率分量。然后，振荡频谱可以比较简单地被换算成与噪声成比例的频率并且在进一步的步骤中分配给噪声类别。
适宜的是，在对电工钢片分类时已经考虑到电机的稍后的运行条件，也就是说，用50Hz（欧洲）或60Hz（美国）以及可变的幅度来向励磁绕组馈电。
已经证实，有利的是可以在介于0.5T至2T之间的技术相关间隔中渐进地预先给定借助于励磁绕组在绕带中产生的磁通。在实践中，在此约0.1T的增量已经证实为有利的。由此可以确定与磁调制有关的预期噪声特性。
如果在分析探测器的测量信号时只使用具有预先给定频率（100Hz、150Hz、200Hz、…或120Hz、180Hz、240Hz、…）的整数倍的速度幅度，则尤其是可以实现对电工钢片的噪声特性的良好分类。
此外，将频谱速度分量归一化到绕带的确定宽度上、例如归一化到1m的宽度上可以是有利的。由此可以进行与所供给线圈的尺寸无关的分类。
一种特别精确的预测可以通过如下方式实现：通过在一个或两个端面处的多个传感器检测绕带的振荡并且对这些测量信号进行取平均。
有利的是，将所测量的值换算成噪声电平（声波功率电平）并且保存在数据库中，从而可以为磁通密度的确定值分别分配钢片材料在运行时出现的确定的形状变化。
在此可以使用不同的测量原理作为用于检测变形的传感器；例如压电接收器、激光干涉仪、电阻量测换能器、电容量测换能器或者电感量测换能器。
附图说明
为了进一步阐述本发明在说明书的以下部分中参照附图，在附图中可以获悉本发明的其他有利的构型、细节和扩展。
图1以示意图示出具有励磁绕组和用于在噪声排放和损耗方面对绕带分类的本发明的测量和分析装置的绕带；
图2示出图1的详细图示，在该详细图示中以剖面图示出加速传感器装置在绕带端面处的布置；
图3示出图1的详细图示，在该详细图示中以剖面图示出光学传感器装置在绕带端面处的布置。
具体实施方式
图1以空间草图示出空心圆柱形的绕带1。在制造电机、例如功率变压器时，这种绕带1是最初产品，在稍后的处理步骤中从该最初产品冲压出软磁变压器芯的各个钢片部分。通常，这种绕带在大型机械制造中具有例如直至900mm的直径、70cm至1m的宽度以及大约1至5吨的重量。
如开始时已经提到的那样，实践显示出，由这种原材料制造的电机的噪声特性对不同的绕带或多或少地强烈变化。但是在制造低噪声的电机时力求使用具有尽可能有利的磁致伸缩性质的软磁材料。
根据本发明，现在将绕带或线圈1（通常在电机的生产中所述材料以该形式来供给）在整体上进行分类或分级。为此，线圈1配备有励磁绕组2。如从图1可看到的那样，该励磁绕组2在轴13的方向上垂直于切线方向11延伸并且螺旋状地缠绕空心圆柱形绕带1的外包覆面9、端面7和8、以及内包覆面10。励磁绕组2与馈送装置5连接。该馈送装置5向该励磁绕组2提供在频率和幅度方面可调整的正弦形馈送电压。
为了在噪声排放方面对绕带分类，现在将优选具有例如50Hz或60Hz的正弦形电压施加到励磁绕组2上。在励磁绕组2中流动的交变电流引起在绕带1中构成指向切线方向11的交变磁通。
借助于电流传感器23检测馈入到励磁绕组中的电流。由电流传感器23提供的测量值24被输送给分析单元4。
为了检测绕带1中的由励磁绕组2引起的磁通，围绕绕带1地布置有测量环6。在绕带1中的磁通变化时，在测量环6中感应出电压，该电压与磁通密度B成比例。所感应的电压被作为测量值22输送给分析装置4。
在绕带1的切线方向11上传播的交变磁通由于软磁材料的磁致伸缩而引起绕带1的形状变化。这既导致绕带长度的变化，又导致横向收缩，也就是说导致绕带1的轴向长度的变化。
为了检测该变形，在端面7处布置有传感器装置3。该传感器3提供测量信号21，所述测量信号21同样输送给分析装置4。
为了在噪声排放方面对绕带分类，现在逐级地改变励磁绕组2的馈送电压，直至在绕带1中达到磁通密度的确定值。对于所调整的磁通密度，在分析装置4中如下地分析由传感器3提供的测量信号：
在分析装置4中借助于傅立叶分析将传感器3的测量信号分解成频率分量。在此只考察50Hz或60Hz的整数倍的速度幅度。
频谱的速度幅度被归一化到绕带1的长度单位上、例如归一化到绕带1的一米钢片宽度上。对于每个频率分量形成平均值：
然后对每个频率分量计算平均的声波功率电平
匹配因子
考虑到不同频率分量j的声波辐射的差异。匹配因子
被定量地选择，使得该匹配因子表示1m2的振荡面积与声波功率LW之间的关系。
在进一步的步骤中根据公式
或
来计算未估值的和A估值的声波功率电平。
在分析装置4中实现构造为数据库的存储装置20，在该存储装置中保存有磁通密度的测量值、所计算的相对总声波功率电平和频谱分量。在利用这些值的情况下可以对绕带进行分类并且因此更好地预测绕带对电机的噪声特性的影响。
对于磁通密度的每个预先给定的值，借助于分析装置4还同时确定绕带的磁损耗值和磁化需求。这些值同样保存在数据库20中。由此还可以更准确地预测电机的磁化损耗和磁化电流需求。
图2示出传感器装置3的可能布置。示出示例性的实施方式，其中传感器3构造为加速度传感器14并且借助于中间件16以及借助于永磁体15布置在空心圆柱形绕带1的端面7处。加速度传感器14检测绕带1的、由绕带1中的交变磁通所产生的轴向变形。测量信息作为测量信号21输送给分析单元4（参见图1）。传感器3的固定也可以以其他方式、例如通过粘合连接或生长连接来进行。如已经提到的那样，可以在端面7上通过这种或其他方式固定多个传感器。
在图3中示出传感器装置的另一实施。传感器装置3在此构造为光学传感器装置。光学发送装置17产生指向反射器19的光束12。该光束12根据软磁材料的磁致伸缩而被不同地反射，这由光学探测器18识别出。探测器18的测量信息又输送给分析单元4。
为了检测绕带1的变形，如已经提到的那样，还可以考虑其他测量方法，例如电阻的、电容的或电感的测量接收器。
根据本发明的方法使得能够将绕带（线圈）综合在一类中，而且同时既关于预期的噪声排放又关于磁损耗和磁化电流需求而综合在一类中。在绕带的开始处和结束处的不同材料性质由于对线圈的整体评估而省去。
所使用附图标记的列表
1 绕带（线圈）
2 励磁绕组
3 传感器装置
4 分析装置
5 馈送装置
6 测量环
7 端面
8 端面
9 外包覆面
10 内包覆面
11 切线方向
12 光束
13 轴
14 加速度传感器
15 永磁体
16 中间件
17 光学发送装置
18 光学接收装置
19 反射器
20 存储装置，数据库
21 传感器3的测量信号
22 在6中感应的电压的测量信号（线圈1中的磁通密度B）
23 电流传感器
24 电流传感器23的测量信号
Claims (15)
1. 一种用于对电工钢片分类的方法，所述电工钢片用于电机的制造并且以绕带（1）的形式存在，其特征在于，
- 在绕带（1）中借助于由馈送装置（5）馈送的励磁绕组（2）产生时变磁通，所述时变磁通引起绕带（1）的形状变化和磁损耗，
- 借助于测量装置（3、6、23）测量所述形状变化和/或磁损耗，并且在此过程中获得的测量信号（21、22、24）被输送给分析装置（4），并且
- 所述分析装置（4）在使用所述测量信号（21、22、24）的情况下执行对所述电工钢片在噪声排放和/或磁损耗方面的分级。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量装置（3、6、23）具有传感器装置（3），所述传感器装置布置在所述绕带（1）的一个或两个端面（7、8）处。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述传感器装置（3）由至少一个加速度传感器（14）形成。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述至少一个加速度传感器（14）产生在分析装置（4）中被换算成速度信号的测量信号（21），随后所述速度信号被分解成频率分量。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述分析装置（4）中执行快速傅立叶变换（FFT）。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，用具有能预先给定的频率、尤其是具有50Hz或60Hz频率以及具有能预先给定的幅度的正弦形馈送电压来馈送给所述励磁绕组（2）。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在介于0.5T与2T之间的技术上相关的范围内渐进地、尤其是以0.1T为增量地预先给定磁通。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对于电工钢片的分级只使用具有预先给定的频率的整数倍的速度幅度。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述速度幅度被归一化到绕带（1）的宽度单位上、尤其是归一化到1m的宽度上。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述分析装置（4）中从频谱的速度幅度中根据公式
第j个频率分量（例如100Hz分量）
形成平均值。
11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，对于快速傅立叶分析的每个频率分量根据公式
形成平均的声波功率电平。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述分析装置（4）中在使用公式
的情况下计算总声波功率电平并且根据公式
计算A估值的总声波功率电平。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述测量装置（3、6、23）具有测量环（6），所述测量环（6）检测绕带（1）中的磁通密度作为测量值（22）并且将该测量值（22）输送给分析装置（4）。
14. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所计算的相关的总声波功率电平和频谱分量以及磁通密度的测量值被存储在分析装置（4）的存储装置（20）中。
15. 根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在所述分析装置（4）中对绕带（1）中的磁通密度的每个值都计算损耗值并且保存在所述存储装置（20）中。
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