DE268714C

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Publication number: DE268714C
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Authority: DE

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 268714 KLASSE 21 e. GRUPPE

SIEMENS & HALSKE AKT-GES. in BERLIN.

Verfahren zur Bestimmung der Verlustziffern von Eisensorten,

Patentiert im Deutschen Reiche vom 22. August 1911 ab.

Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit Hilfe deren für beliebige Eisensorten die für die Magnetisierung mittels Wechselstrom von sinoidalem Spannungsverlauf gültigen Verlustziffern durch eine einfache Ablesung an einer Skala ermittelt werden können. Bisher hat man diese Verlustziffern stets auf dem Wege der direkten Messung mittels Wattmeters ermittelt, und zwar in der Weise, daß man aus den zu untersuchenden Eisensorten geometrisch gleiche Stücke herstellte, diese nacheinander in eine an eine Wechselstromquelle angeschlossene Magnetisierungsspule brachte und an einem Wattmeter für jede Eisenprobe den zugehörigen Betrag der zur Magnetisierung erforderlichen Energie beobachtete. Wenn man dabei die Wechselzahl der Stromquelle auf den vorgeschriebenen Wert von sosekundliehen Wechseln einregulierte und ebenso die Spannung konstant hielt, so konnte man durch Vergleich der Ablesungen des Wattmeters das Verhältnis der Verlustziffern der verschiedenen Eisenproben und einer Normaleisenprobe bestimmen.

Im Gegensatz zu diesen bekannten Verfahren besteht nun das vorliegende Verfahren darin, daß die Messungen nicht zeitlich nacheinander mit einer einzigen Magnetisierungsspule und einem einzigen Wattmeter ausgeführt und dann erst miteinander verglichen werden, sondern daß zwei geometrisch gleiche Magnetisierungsspulen, von denen die eine die Eisenprobe bekannter magnetischer Eigenschaften und die andere die dieser Normaleisenprobe geometrisch gleiche Probe des zu untersuchenden Eisens enthält, gleichzeitig an dieselbe Wechselstromquelle angeschlossen werden, und daß jeder Spule ein deren Kraftverbrauch anzeigendes Wattmeter zugeordnet ist, so daß also das Verhältnis der Verlustziffern beider Eisenproben sich unmittelbar aus den gleichzeitigen Ablesungen der beiden Wattmeter ergibt.

Durch eine eigenartige Einregulierung der Vorschaltwiderstände der Spannungsspulen von zwei den Energieverbrauch der beiden Magnetisierungsspulen kontrollierenden Wattmetern wird ermöglicht, daß im einen Fall an der Skala des der zu untersuchenden Eisenprobe zugeordneten Wattmeters, im anderen Falle an dem zu diesem gehörigen Vorschaltwiderstand unmittelbar die gesuchte Verlustziffer abgelesen werden kann.

In Fig. ι ist beispielsweise eine Ausführungsform einer zur Durchführung des neuen Verfahrens geeigneten Einrichtung schematisch dargestellt. In derselben bedeuten X und N die zu untersuchende und die Normaleisenprobe, welche miteinander geometrisch kongruent zu wählen sind und in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als ringförmige Eisenblechbündel angenommen sind. P_x und P_n sind die ebenfalls geometrisch kongruenten, zur Magnetisierung der Eisenringe dienenden Wicklungen, welche zweckmäßigerweise über den Ringumfang gleichmäßig verteilt werden, so daß eine homogene Magnetisierung des Eisens erzielt wird. Diese Wicklungen sind mit den Stromspulen C_x und C_n zweier, zweckmäßigerweise gleicher Wattmeter an die Klemmen einer Wechselstromquelle Q angeschlossen,

deren Spannung regelbar gemacht wird. Die Spannungsspulen e_x und e_n der beiden Wattmeter sind in Reihe mit den regelbaren induktionsfreien Widerständen W_x und W_n ebenfalls zwischen die Klemmen des Wechselstromgenerators Q geschaltet. E bedeutet ein Voltmeter, das zur Messung der Wechselspannung dient.

Bei dieser Schaltung fallen die Ausschläge^

ίο und A_n der beiden Wattmeter um so größer aus, je größer der Watt verbrauch L_x und L_n in den von ihnen überwachten Magnetisierungsspulen und je kleiner die Vorschaltwiderstände der zugehörigen Spannungsspulen sind. Es gilt für das Verhältnis A_xJA_n die Beziehung:

A_x _ L_x W_n

A_n ~ L_n ' W_x '

Der Wattverbrauch L_x und L_n der Magnetisierungsspulen setzt sich zusammen aus dem • Eisenverlust und dem Stromwärmeverlust in den Spulen. Durch geeignete Bemessung der Magnetisierungsspulen kann der Stromwärmeverlust, verglichen mit dem Eisenverlust, sehr klein erhalten werden derart, daß für das Verhältnis der Wattverbrauche L_xJL_n mit hinreichender Genauigkeit das Verhältnis der Eisenverluste gesetzt werden kann, und dieses ist wiederum, da die beiden Eisenproben geometrisch kongruent sind, gleich dem Verhältnis der mit der Magnetisierung sich ändernden Verlustziffern der bekannten V_n und der gesuchten V_x.

Man erhält aus 1. mit V_xJV_n = L_xJL_n:

τ/ λ TT/

2.

V_n 'A_n' W_n

Das Verhältnis V_xJV_n ist bei auf gleiche Ohmzahl eingestellten Widerständen ausgedrückt durch das Verhältnis der beiden Wattmeterausschläge A_xJA_n. Versieht man die Skalen der beiden Wattmeter mit einer im Bereich der Verlustziffern liegenden Bezifferung und reguliert man bei jedem Verfahrensgang die beiden gleichen Widerstände W_x und W_n, deren bewegliche Teile für diese Ausführungsart des Verfahrens zwangläufig miteinander gekuppelt sein müssen, derart ein, daß das der Normaleisenprobe zugeordnete Wattmeter die für die erzielte Magnetisierung des Eisens gültige Verlustziffer dieser Probe anzeigt, so kann man am zweiten Wattmeter unmittelbar die für die betreffende Magnetisierung gültige Verlustziffer der zu untersuchenden Eisenprobe ablesen.

Man kann auch in der Weise vorgehen, daß man die beiden gleichen Widerstände W_n und W_x voneinander unabhängig derart einreguliert, daß die Ausschläge der beiden Wattmeter gleich groß ' werden; alsdann ist das Verhältnis V_xJV_n durch das Verhältnis der beiden Widerstände W_xJW_n ausgedrückt. Verfährt man hierbei so, daß man die Widerstände mit einer Bezifferung versieht, welche im Bereiche der Verlustziffer liegt, und jedesmal den Widerstand W_n der der jeweils erzielten Magnetisierung entsprechenden Verlustziffer numerisch gleich macht, so stellt die Zahl von Ohm, auf welche alsdann der Widerstand W_x einreguliert werden muß, damit beide Wattmeter gleiche Ausschläge zeigen, ohne weiteres die Verlustziffer V_x der zu untersuchenden Eisenprobe für die betreffende Magnetisierung dar.

Ein besonderer Vorteil des neuen Verfahrens ist der, daß der Spannungsverlauf des zur Durchführung desselben verwendeten Wechselstroms von der Sinusform auch wesentlich abweichen kann, und nicht einmal der Formfaktor desselben bekannt zu sein braucht. Welches auch der Spannungsverlauf des Wechselstroms sein mag, immer wird die maximale Induktion B beider Eisenproben mit großer Annäherung dieselbe sein. Diese Induktion B wird je nach der Kurvenform des 8g Wechselstroms um einen vergleichsweise sehr kleinen Betrag größer oder kleiner sein als die Induktion B'', die durch Einsetzen der Voltmeterablesung E in die für die Magnetisierung mit Wechselstrom von sinoidalem Spannungsverlauf geltende Gleichung für die Induktion berechnet wird. Naturgemäß werden die Verlustziffern V_n und V_x, mit denen man es zu tun hätte, wenn die Erregung mittels Wechselstroms von sinoidaler Kurvenform erfolgte und die maximale Induktion der beiden Eisenproben demgemäß B' wäre, um ein geringes von den Verlustziffern V_n, V_x, mit denen man es in Wirklichkeit zu tun hat, verschieden sein; ist schon die Verschiedenheit zwischen V_n und V_n sowie zwischen V_x und V_x als sehr gering anzusehen, so gilt dies in noch sehr viel höherem Grade von der Verschiedenheit der beiden Verhältnisse V_xJV_n und V_x JV_n. Es ist daher sehr wohl zulässig, das durch Durchführung des Verfahrens gewonnene Verhältnis V_xJY_n auf die nach Maßgabe der Voltmeterablesung berechnete maximale Induktion B' statt auf die (unbekannte) tatsächlich vorhandene maximale Induktion B zu beziehen.

Der Fehler, der bei der Schaltung nach Fig. ι dadurch begangen wird, daß der Wattverbrauch der Magnetisierungsspulen gleich dem Eisen verlust gesetzt wird, ist bei der Schaltung nach Fig. 2 vermieden. Hier sind die Wattmeterspannungsspulen e_x, e_n statt an die Klemmen der Wechselstromquelle an die Enden von über die Eisenproben gewickelten feindrähtigen Spulen S_x, S_n angeschlossen. Die in diesen Wicklungen induzierten elektromotorischen Kräfte sind der Induktion im Eisen

proportional und die Wattmeterangaben sind demzufolge vom Spannungsabfall in den magnetisierenden Wicklungen unabhängig. Selbstverständlich muß dafür gesorgt werden, daß die in den Wicklungen S_x und S_n fließenden Ströme nur ganz geringe Beträge haben und die Gegenamperewindungszahlen der beiden Spulen relativ zu den Amperewindungen der Spulen P_x, P_n verschwindend klein sind.

ίο Für die Eisenproben kann an Stelle der Ringform auch eine beliebig andere Form gewählt werden, so z. B. Stabform, Ellipsoidform. Die Verwendung stabförmiger Eisenproben ist insbesondere für die praktische Ausführung geeignet, da man hierbei die Bewicklungen P_n und P_x nicht für jeden Versuch neu herstellen muß, vielmehr einfach die aus dem jeweils zu untersuchenden Eisen hergestellten Stäbe in die ein für allemal hergestellten Magnetisierungsspulen einzuschieben braucht. Um hierbei den bei Verwendung stabförmiger Blechbündel sich ergebenden Nachteil, daß eine vollständig homogene Magnetisierung des Eisens nicht erzielt werden kann, zu vermeiden, werden gemäß Fig. 3 zweckmäßig je vier Stäbe zu einem geschlossenen magnetischen Kreis X und N zusammengesetzt; um eine völlig gleichmäßige Magnetisierung des ganzen magnetischen Kreises zu erzielen, sind die Bewicklungen P_x, P_n und S_x, S_n je auf alle vier Stäbe gleichmäßig verteilt.

Die beiden Wattmeter lassen sich auch durch ein einzelnes Meßgerät ersetzen, das aus zwei Wattmetersystemen besteht, deren bewegliche Teile miteinander mechanisch gekuppelt werden. Diese Einrichtung hat den Vorteil, daß man mit einem solchen Differentialwattmeter wie mit einem Nullinstrument operieren kann.

Die Widerstände W_x und W_n können Schieber-, Stöpsel- oder Kurbelwiderstände sein; sie können entweder mit einer Skala geradlinigen Verlaufs versehen sein, welche jeden gewünschten Widerstandsbetrag einzustellen gestattet, oder sie können, wie z. B. im Falle von Kurbelwiderständen, so beschaffen sein, daß durch die entsprechende Wahl der Widerstände aus verschiedenen Dekaden jeder vorkommende Betrag von Verlustziffern eingestellt werden kann.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, kann die Zusammenschaltung der Teilapparate der Vorrichtung ein für allemal vorgenommen sein, so daß nur die beiden Klemmen A an die verfügbare Wechselstromquelle angeschlossen zu werden brauchen.

Zur Durchführung des neuen Verfahrens können auch die Normaleisenprüfapparäte, wie z. B. der Epsteinsche benutzt werden, sofern dieselben durch Zufügung der zum Anschluß der Wattmeterspannungsspulen dienenden dünndrähtigen Wicklungen S_x und S_n ergänzt werden.

Claims

Patent-Ansprüche: g

1. Verfahren zur Bestimmung der Verlustziffern von Eisensorten, dadurch gekennzeichnet, daß auf zwei geometrisch gleichen Eisenproben, welche zweckmäßigerweise je aus einem Stab oder mehreren, in an sich bekannter Weise zu je einem geschlossenen magnetischen Kreis zusammengesetzten stabförmigen Teilen bestehen, und von denen die eine Probe aus dem zu untersuchenden Eisen, die andere aus einer Eisensorte bekannter magnetischer Eigenschaften besteht, geometrisch gleiche, an dieselbe Wechselstromquelle angeschlossene Magnetisierungsspulen in gleicher Weise angeordnet werden, und daß jeder Spule ein deren Kraft verbrauch anzeigendes Wattmeter zugeordnet wird, wobei das Verhältnis der Verlustziffern beider Eisenproben dem Verhältnis der Angaben der beiden Wattmeter näherungsweise gleich ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsspulen der' beiden Wattmeter an die Enden von auf den Eisenproben in gleicher Weise angeordneten feindrähtigen Sekundärwicklungen angeschlossen werden, wodurch erreicht wird, daß der Joulesche Effekt verlust in den Magnetisierungsspulen in die Angaben der beiden Wattmeter nicht eingeht.

3. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Spannungsspulen beider Wattmeter regelbare Widerstände vorgeschaltet sind, deren Verhältnis bei gleichen Ausschlag zeigenden Wattmetern dem Verhältnis der beiden Verlustziffern angenähert gleich ist.

4. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschaltwiderstände mit einer innerhalb des Bereiches der Verlustziffern der beiden Eisenproben liegenden Bezifferung versehen sind derart, daß, wenn der Widerstand des der Normaleisenprobe zugeordneten Wattmeters der für die jeweils herrschende Magnetisierung gültigen Verlustziffer dieser Probe gleichgemacht wird, an dem zweiten Widerstand unmittelbar die gesuchte Verlustziffer der zu untersuchenden Eisenprobe abgelesen werden kann.

5. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wattmeter mechanisch miteinander gekuppelt und so zu einem einzigen Meßgerät vereinigt sind,

durch welches die Unterschiede der Effekt verbrauche der beiden Magnetisierungsspulen angezeigt werden.

6. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Skalen der beiden Wattmeter mit einer im Bereich der Verlustziffern der beiden Eisenproben liegenden Bezifferung versehen sind, so daß beim Einregulieren der den beiden Spannungsspulen vorgeschalteten, für diesen Zweck zwangläufig miteinander gekuppelten Widerstände derart, daß das der Normaleisenprobe zugeordnete Wattmeter die für die jeweilige Magnetisierung gültige Verlustziffer anzeigt, am anderen Wattmeter die gesuchte Verlustziffer der zu untersuchenden Eisenprobe abgelesen werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.