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Gerät zur Messung von Eisenverlusten Zur Bestimmung der Eisenverluste
von Eisenproben, z. B. von Blechen für Transformatoren, sind verschiedene Verfahren
und Einrichtungen bekannt.
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Diese Verfahren erfordern jedoch einen erheblichen Zeitaufwand, und
ihre Meßgenauigkeit läßt bei höheren Ummagnetisierungsfrequenzen zu wünschen übrig.
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Bei einem der bekannten Verfahren zur elektrischen Messung der Verlustziffer
von Elektroblechen wird mit Hilfe einer Hallsonde eine direkte Leistungsmessung
durchgeführt. Hierbei wird die Hallsonde von der tangentialen Feldstärke durchsetzt
und über einen Wechselspannungsverstärker von der Prüflingsspannung gespeist. Die
Ausgangsspannung der Hallsonde liefert eine Gleichspannung, deren Mittelwert gleich
dem Leistungsmittelwert ist. Dieses Verfahren eignet sich jedoch nur bei höheren
Induktionen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zur elektrischen
Messung der Eisenverluste zu schaffen, das die oben geschilderten Nachteile nicht
aufweist, das einfach zu handhaben ist und auch bei höheren Ummagnetisierungsfrequenzen
gute Meßergebnisse liefert.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Messung der Eisenverluste
einer Eisenprobe unter Verwendung von Hallmultiplikatoren und zwei die Eisenprobe
aufnehmende, vorzugsweise koaxial zueinander angeordnete Wicklungen. Erfindungsgemäß
ist die erste an eine Wechselspannungsquelle und die zweite an einen Meßverstärker
mit lastunabhängigem Ausgangsstrom angeschlossen. Die Feldspule des Hallmultiplikators
liegt in Reihe mit der ersten Wicklung.
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Der Steuerstrompfad des Multiplikators ist an den Ausgang des Meßverstärkers
und die Ausgangs-Spannung des Multiplikators an einen Spannungsmesser angeschlossen.
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Der die Hallspannung anzeigende Spannungsmesser kann bei bekanntem
Gewicht der Eisenprobe unmittelbar in W/kg geeicht sein, so daß die speziellen Eisenverluste
der Probe direkt abgelesen werden können. ach einer weiteren Ausbildung der Erfindung
ist er Ausgangsstromkreis des Verstärkers eine Reihenhaltung aus einem Widerstand,
dessen Spannungsbfall der Wechselspannung am Verstärkereingang ntgegengeschaltet
ist, aus dem Steuerstrompfad des allgenerators und aus dem Wechselstromeingang iner
Gleichrichterbrücke, wobei am Gleichstromusgang der Gleichrichterbrücke ein stromanzeigendes
meßgerät liegt. Das stromanzeigende Meßgerät zeigt en Scheitelwert der magnetischen
Induktion an, so aß gleichzeitig die Eisenverluste und die magnetische nduktion
abgelesen werden können.
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Nähere Einzelheiten sind im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen
beschrieben, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind.
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Gemäß F i g. 1 sind auf einen Eisenkern E, dessen Eisenverluste ermittelt
werden sollen, zwei Wicklungen W1 und W2 aufgebracht. Die Wicklung W1 liegt in Reihe
mit der FeldwicklungF eines Hallmultiplikators an einer Wechselspannungsquelle u,
so daß der Magnetisierungsstrom iF für den EisenkernE die Feldwicklung F und die
Wicklung W, durchfiießt. Die Wicklung W2 ist an einen Meßverstärker V angeschlossen,
der die in der Wicklung W2 induzierte Spannung u2 in einen eingeprägten Strom is
umwandelt. Der Strom is durchfließt den Steuerstrompfad des Hallgenerators HG. Die
Ausgangsspannung UH des Hallgenerators ist dem Produkt aus den Strömen iF und is
proportional. Der Eisenverlustanteil wird mit dem die Wicklung W1 durchfließenden
Strom und der in W1 induzierten Gegenspannung gebildet. Wegen der magnetischen Kopplung
der Wicklungen W1 und W2 ist die Spannung, der induzierten Gegenspannung u1 proportional.
Mit dem Verstärkungsfaktor V des Verstärkers, der Hallkonstanten k und dem Übersetzungsverhältnis
ü W2: W1 ergibt sich aus den Gleichungen is = Zur und UH = k- iF die Hallspannung
zu UH = V Ü 1F U1 Die Ausgangsspannung UH des Hallmultiplikators ist also dem Momentanwert
der Ummagnetisierungsleistung
iF u1 proportional. Die ohmschen
Verluste an der Wicklung W1 werden nicht mit gemessen. Der Strom und die Spannung
haben dieselbe Frequenz. Wenn die Ummagnetisierungsleistung einen Wirkanteil umfaßt,
so kann der arithmetische Mittelwert der HallspannunguH nicht Null sein, sondern
muß eine der Wirkleistung proportionale Gleichspannungskomponente enthalten. Dieser
Gleichspannungswert kann mit einem Drehspulspannungsmesser gemessen werden, da diese
Instrumente integrieren und nur den Gleichspannungsteil von UH, nicht aber den Wechselspannungsanteil
anzeigen. Aus
und der für UH aufgestellten Gleichung läßt sich zur Ermittlung der Eisenverlustleistung
NE die Formel ableiten: UH mitt NE = . k . V . ü Die mittlere Hallspannung uH mitt
ist aber die von dem Drehspulspannungsmesser 10 angezeigte Ausgangsspannung des
Hallmultiplikators. Die Eisenverlustleistung ist also der angezeigten Spannung proportional.
Da die Hallkonstante k, der Verstärkungsfaktor V, das Übersetzungsverhältnis ü und
das Gewicht der Eisenprobe bekannt sind, kann der Spannungsmesser unmittelbar in
W/kg geeicht sein.
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Bei dem in F i g. 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Ausgangsstromkreis aus einer Reihenschaltung eines ohmschen WiderstandesR,
des Steuerstrompfades des Hallgenerators HG und einer Gleichrichterbrücke B gebildet
und die am Widerstand R abfallende Spannung der in der Wicklung W2 induzierten Spannung
u2 entgegengeschaltet, so daß die Differenz dieser Spannungen dem Verstärker als
Eingangsgröße zugeführt wird. Dadurch entspricht die Kurvenform des Gleichstromes
is praktisch genau der Kurvenform der Wechselspannung u2. Am Ausgang der Gleichrichterbrücke
liegt ein Drehspulgleichstrommesser 13, der den Mittelwert des Stromes is anzeigt.
Es läßt sich nun zeigen, daß für den Scheitelwert der magnetischen Induktion BS
die Beziehung gilt: IS mitt . R BS = .
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4 . W2 . q . f Darin bedeutet W2 die Zahl der Windungen der Wicklung
W2, q den Querschnitt der Eisenprobe und f die Frequenz. Bei konstanter Frequenz
f der Spannungsquelle u ist also der Scheitelwert der magnetischen Induktion dem
am Drehspulinstrument abgelesenen Wert unmittelbar proportional. Als Ver-
stärkungsfaktor
für den Verstärker mit nachge-1 schaltetem Gleichrichter ist V = einzusetzen. Damit
R ergeben sich die Eisenverluste zu uH mitt . R NE = k . ü Mit der Einrichtung nach
Fig.2 können also gleichzeitig die Eisenverluste und der Scheitelwert der magnetischen
Induktion bestimmt werden. Bei hinreichender Güte des Frequenzverhaltens von Hallmultiplikator
und Gleichrichterverstärker können die Eisenverluste auch bei höheren Ummagnetisierungsfrequenzen
bis zu 10 bis 20 kHz noch mit ausreichender Genauigkeit gemessen werden.
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Die für die Messung der Eisenverluste erforderlichen Bauelemente
sind in ein Gehäuse 11 nach Fig. 3 eingebaut. Zur Einführung der Eisenprobe ist
beispielsweise in der Frontplatte des Gehäuses eine Öffnung 12 vorgesehen, die auf
den von den Wicklungen W1 und W2 umschlossenen Hohlraum ausgerichtet ist. Die Länge
der Eisenprobe muß dabei kürzer sein als die Länge des Hohlraumes, damit sich ein
möglichst homogenes Magnetfeld ausbilden kann.
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In die Frontplatte oberhalb der Öffnung 12 ist ein in W/kg geeichtes
Spannungsmeßgerät 10 und gegebenenfalls ein Strommeßgerät 13 eingebaut. Ferner ist
eine Buchse 14 für den Anschluß einer Spannungsquelle, deren Frequenz einstellbar
ist, vorgesehen.