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Einrichtung zur Messung der magnetischen Induktion im Luftspalt umlaufender
elektrischer Maschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßeinrichtung für die
matgnetische Induktion im Luftspalt umlaufender elektrischer Maschinen während ihres
Betriebes.
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Die Erfindung macht dabei von einem Meßkörper Gebrauch, der hinsichtlich
seiner elektris-c.hen Eigenschaften unter der Einwirkung eines Magnetfeldes Änderungen
erfährt.
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Es ist bekannt, zur Messung von Magnetfeldern einen Meßkörper aus
einer halbleitenden Verbindung mit einer Trägerbeweglichkeit von 6000cm2V-ls-1 oder
mehr zu verwenden, wobei der Meßkörper dem Magnetfeld ausgesetzt und außerdem von
einem Hilfsstrom durchflossen wird. Die Messung mit einem derartigen Meßkörper kann
sowohl auf der Ausnutzung der Widerstandsänderung als auch auf dem Hall-Effekt beruhen.
Bei Ausnutzung des Hall-Effektes ergibt sich an den sogenannten Hall-Elektroden
des als Hall-Generator zu bezeichnenden Meßkörpers die sogenannte Hall-Spannung,
welche bei konstantem Hilfsstrom der Stärke des zu messenden Feldes linear proportionnal
ist.
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Die Anwendung halbleitender Verbindungen mit der genannten hohen
Trägerbeweglichkeit ergibt gegenüber anderen bekannten zur Magnetfeldmessung verwendeten
Meßkörpern, z. B. aus Wismut oder Germanium, neben einer verhältnismäßig hohen Meßspannung
bei Verwendung von Hall-Generatoren, also einer verhältnismäßig hohen Hall-Spannung,
den überraschenden Vorteil, daß der Hall-Spannungs stromkreis stärker belastbar
ist, ohne daß die Hall-Spannung zusammenbricht, so daß gewöhnliche, verhältnismäßig
niederohmige Drehspulinstrumente zur Anzeige der abgegebenen Spannungen verwendet
werden können. Bei den bisher bekannten Hall-Generatoren aus Wismut oder Germanium
sind vielmehr hochohmigere Instrumente oder Sondermaßnahmen erforderlich, beispielsweise
eine Kompensationsmeßschaltung.
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Die Erfindung macht bei der Messung der magnetischen Induktion im
Luftspalt umlaufender elektrischer Maschinen von Meßsonden Gebrauch, die einen derartigen
Meßkörper aus einer halbleitenden Verbindung hoher Trägerbeweglichkeit enthalten.
Die Erfindung besteht darin, daß ein oder mehrere Meßkörper aus einer halbleitenden
Verbindung höherer Trägerbeweglichkeit als etwa 6000 cm2 V-1 s-t verwendet sind
und sich längs des inneren Maschinenumfanges erstrecken sowie in derartiger Schaltung
in einem elektrischen Meßkreis liegen, daß der gewonnene Meßwert den Mittelwert
der Luftspaltinduktion darstellt.
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Es ist an sich bereits eine Meßeinrichtung bekanntgeworden, mit welcher
an Gleichstrommaschinen Untersuchungen des Verlaufs von Magnetfeldern mög lich sind.
Bei einer solchen bekannten Anordnung befindet sich an einem beweglichen Arm eine
Wismut-
spirale in Form eines dünnen Drahtes, der an seinen Enden an zwei mit Klemmen
versehenen, in einem Isoiiergriff zusammengehaltenen Zuleitungen angeschlossen ist.
Bei dieser bekannten Meßanordnung wird aber einerseits die Messung bei ruhender,
nicht aber bei umlaufender Maschine vorgenommen, andererseits wird die Widerstandsänderung
eines Wismutdrahtes erfaßt, die wesentlich geringer in ihrer Größe als bei einem
Halbleiterkörper und überdies noch stark temperaturabhängig ist.
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Bei einer anderen bekannten Meßanordnung wird eine Untersuchung magnetischer
Felder mit Hilfe von Hall-Spannungserzeugern vorgenommen, wobei bereits halbleitende
Materialien zur Verwendung kommen. Es handelt sich hierbei aber um die Verwendung
von Germanium, welches aus den eingangs geschilderten Gründen ebenfalls nur geringe
Meßgrößen liefert, da der Hall-Spannungsstromkreis nicht belastet werden darf.
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Der erfindungsgemäß im Luftspalt der Maschine befindliche Meßkörper
aus einer halbleitenden Verbindung höherer Trägerbeweglichkeit ist vorzugsweise
als Hall-Generator ausgebildet und besteht mit Vorteil aus Indiumarsenid, Indiumantimonid
oder einer ähnlichen halbleitenden A1iIB-Verbindung. Unter einer AIIIBv-Verbindung
sind Stoffe zu verstehen, die eine Verbindung von Stoffen der III. mit Stoffen der
V. Gruppe des Periodischen Systems darstellen. Bei Ausbildung der Meßkörper als
Hall-Generatoren kann es von Vorteil sein, unter Anwendung mehrerer unter einem
Polschuh der Maschine angebrachter und längs
des Umlaufweges verteilter
gleichartiger Hall-Generatoren diese mit ihren Stromelektroden in Reihe zu schalten,
während die Hall-Elektroden zur Abnahme der Meßwerte dienen.
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Bei der Verwendung von Hall-Generatoren für die Meßeinrichtung nach
der Erfindung wird von der Überlegung ausgegangen, daß es meßtechnisch in den meisten
Fällen gar nicht darauf ankommt, eine besonders hohe Hall-Spannung zu erzielen,
sondern daß der bei einem Hall-Körper zu erzielende Wirkungsgrad ungleich viel wichtiger
ist. Der Wirkungsgrad eines Hall-Generators ist durch das Verhältnis von abgegebener
Hall-Leistung zur aufgebrachten Steuerleistung definiert. Im Gegensatz zu einigen
bekannten Hall-Einrichtungen, bei denen die abgegebene Hall-Spannung nur eine Leerlaufspannung
darstellt, die bereits bei schwacher Belastung zusammenbricht und demgemäß hochohmige
Anschluß schaltungen erfordert, kann der Hall-Generator aus den halbleitenden Verbindungen
gemäß der Erfindung höher belastet werden. Weiterhin bietet die Erfindung den Vorteil,
daß temperaturbedingte Meßfehler weitgehend vermieden sind, falls ein Hall-Körper
aus temperaturunabhängigem Material, nämlich Indiumarsenid, verwendet wird. Im Gegensatz
zu vielen bekannten Meßanordnungen, bei denen besondere Maßnahmen getroffen werden
müssen, um die Temperaturabhängigkeit des Meßergebnisses zu kompensieren, zeigt
die Erfindung somit eine Möglichkeit. wie man das Aufkommen eines Temperaturfehlers
von vornherein zu verhindern oder zumindest zu vermindern in der Lage ist, indem
ein Material verwendet wird, welches von sich aus bereits einen besonders niedrigen
Temperaturkoeffizienten aufweist. Somit erübrigt sich die Anwendung von Kompensationsmitteln
zum Eliminieren von Temperaturfehlern.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden, wie bereits erwähnt,
mehrere ortsfest unter den Polschuhen der Erreger- oder Wendepole der Maschine zu
befestigende Hall-Generatoren benötigt.
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Die einzelnen Hall-Generatoren werden an den Stellen des Ankerumfanges
verteilt, die für die Messung am geeignetsten erscheinen. Die Anbringung des Meßkörpers
oder der Meßkörper kann in verschiedener Weise erfolgen, beispielsweise mit Hilfe
von Klebestreifen, einer Kittmasse od. dgl. Als Meßkörper werden dünne Halbleiterplättchen
bevorzugt, die im Luftspalt der Maschine so angebracht werden, daß sie das Spiel
zwischen Rotor und Stator nicht stören. Neben Indiumantimonamid hat sich, wie erwähnt,
auch Indiumarsenid als hervorragend geeignet erwiesen, das sich neben ebenfalls
verhältnismäßig hoher Trägerbeweglichkeit durch eine besonders geringe Temperaturabhängigkeit
auszeichnet.
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Jeder der Meßkörper besitzt zwei Stromelektroden und zumindest ein
Paar Hall-Elektroden, die möglichst induktionsfrei angeordnet werden. Während
diese
jeweils zur Abnahme des Meßwertes dienen, werden bei Verwendung mehrerer Hall-Plättchen
die Stromelektroden der Hall-Generatoren in Reihe geschaltet. Dies ergibt bei gleichzeitig
untereinander identischen Meßkörpern den Vorteil, daß alle Meßwerte auf den gleichen
Strom bezogen sind und somit unmittelbar im richtigen Verhältnis zueinander stehen.
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Die Anzahl der verwendeten Meßgeräte, als welche sowohl einfache
Anzeigeinstrumente als auch schreibende Geräte in Betracht kommen, kann beliebig
sein.
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Man kann mit einem einzigen Meßinstrument auskommen, das der Reihe
nach an alle Meßkörper angeschlossen wird. Zur Erreichung von Messungen hoher Genauigkeit
können die jeweils nicht durch das Meßgerät belasteten Meßkörper mit einem Ersatzwiderstand
in der Größe des Meßgeräte-Innenwiderstandes belastet werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt. So kann an Stelle der Ausnutzung des Hall-Effektes auch die Widerstandsänderung
zur Messung herangezogen werden. In diesem Fall werden Meßkörper verwendet, die
lediglich je zwei Stromelektroden aufweisen. Die Widerstandsänderung der Meßkörper
stellt dann ein Maß für die gemessene magnetische Induktion dar. lATEN'rANsPPtcH
1. Einrichtung zur Messung der magnetischen Induktion im Luftspalt umlaufender elektrischer
Maschinen während ihres Betriebes unter Anwendung eines Meßkörpers, der auf der
Änderung seiner elektrischen Eigenschaften unter Magnetfeldeinwi rkung beruht, dadurch
gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Meßkörper aus einer halbieitenden Verbindung
höherer Trägerbeweglichkeit als etwa 6000 cm2 V-1 s - t verwendet sind und sich
längs des inneren Maschinenumfanges erstrecken sowie in derartiger Schaltung in
einem elektrischen Meßkreis liegen, daß der gewonnene Meßwert den Mittelwert der
Luftspaltinduktion darstellt.