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Verfahren zur getrennten Bestimmung der Hysteresis- und Wirbelstromverluste
in den Blechen für elektrische Maschinen und Transformatoren Die Wattverluste in
den Blechen für elektrische Maschinen und Transformatoren wurden bisher in der Weise
bestimmt, daß Probestreifen der Bleche zu Paketen vereinigt und in das Feld einer
Spule gebracht wurden. Dabei wurden die Stromverhältnisse in der Spule in besonderer
Weise gemessen (Epstein-Apparat). Nach diesem Verfahren können immer nur Stichproben
genommen und untersucht werden, und die Probestücke sind anderweitig nicht mehr
verwendbar.
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Es sind auch bereits Verfahren zur Untersuchung von Eisenblechen bekannt
geworden, bei denen die Bleche in unierteiltem Zustande auf ihre magnetischen Eigenschaften
untersucht werden konnten. Bei dieser Vorrichtung werden zwei Bleche, und zwar ein
Normalblech und das zu untersuchende Blech in eine Magnetwicklung geschoben. Diese
Prüfeinrichtungen sind verhältnismäßig verwickelt, da durch eine besondere Vorrichtung
Unterschiede in den Blechstärken, die zuvor ermittelt werden müssen, auszugleichen
sind. Die Bedienung dieser Apparate gestaltet sich daher umständlich und stellt
höhere Anforderungen an die Geschicklichkeit des Bedienungspersonals.
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Die Erfindung besteht in einem Verfahren zur getrennten Bestimmung
der Hysteresis-und Wirbelstromverluste, bei dem die Blechtafeln in beliebiger Ausdehnung
unierteilt auf diese Wattverluste untersucht werden können, und zwar getrennt nach
Hysteresis-und Wirbelstromverlusten. Dabei werden zur Bestimmung der Wirbelstromverluste
die Bleche einem magnetischen Wechselfelde ausgesetzt und die dabei auftretenden
Temperaturänderungen gemessen, während zur Bestimmung der Hysteresisverluste die
Bleche magnetisiert und nach Umkehr des Magnetisierungsstromes das magnetische Feld
gemessen wird, das erforderlich ist, um den remanenten Magnetismus zum Verschwinden
zu bringen. Die Bestimmung der Wärmeverteilung im Blech mit Hilfe der üblichen Meßgeräte,
wie Thermometer, Thermoelemente usw., stößt insofern auf Schwierig keiten, als die
Wärmeübertragung zwischen dem zu untersuchenden Körper und dem Meßgerät unvollkommen
und das Meßergebnis daher ungenau ist. Erfindungsgemäß werden zur Messung der in
Wärme verwandelten Energiemengen Mittel verwendet, die sich dem Blech eng anschmiegen,
indem sie wie ein Farbanstrich auf die zu untersuchenden Stücke aufgetragen werden.
Dazu werden solche Stoffe gewählt, die unter der Wirkung der Wärme ihre Farbe leicht
erkennbar verändern. Man kann beispielsweise ein Quecksilber-Kupfer-Jod-Doppelsalz
verwenden, das bei gewöhnlicher Temperatur eine grellrote Farbe hat, bei 7o° aber
tiefschwarz wird. Als besonders geeignet hat sich auch eine Lösung von Stea_rinsäure-
in __ Äther erwiesen. Wird @e Lösung auf das Blech aufgetragen und schnell zum Trocknen
gebracht, so kristallisiert die Stearinsäure in ganz kleinen Kristallen aus, so
daß der Anstrich
schneeweiß aussieht: Wird nun ein Teil der bestrichenen
Blechplatte auf oder über den Schmelzpunkt des Stearins (69,9") erwärmt, so schmilzt
das Stearin. Bei der Abkühlung wird es aber nicht wieder kristallin, sondern glasig,
durchsichtig, so daß das dunkle Blech durchscheint und sich der Erwärmungsbereich
schwärz auf weiß deutlich markiert: Wenn auf diese Weise die Wirbelstromv erluste
gemessen sind, so wird das Blech in eine Magnetisierungsspule von geeigneten Abmessungen
geschoben und magnetisiert. Bei der nun folgenden Verminderung der Magnetisierungsstromstärke
auf Null verschwindet der Magnetismus des Bleches bekanntlich nicht vollkommen,
vielmehr ist nach Umkehr der Stromrichtung eine gewisse Stromstärke erforderlich,
um den remanenten Magnetismus zu beseitigen. Die aufgewendete elektrische Energie
bildet ein Maß für die Hysteresisverluste.
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Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird nach Verminderung
des Magnetisierungsstromes bis auf Null vor dem Magnetblech eine oder mehrere Drahtschleifen
in Drehung versetzt und der dabei in der Schleife induzierte Wechselstrom; nötigenfalls
nach Verstärken in einem Röhrenvierstärker, mit einem Telephon beobachtet. Nach
Umkehr der Richtung des Magnetisierungsstromes wird dieser allmählich so lange gesteigert,
bis das Verschwinden des Tones die Beseitigung des remanenten Feldes erkennen läßt:
Aus der gemessenen Stromstärke läßt sich die Remanenz bzw. der H5-steresisveriust
bestimmen. Statt des Telephons kann auch ein Galvanometer verwendet werden, wenn
durch geeignete Mittel der in den Drahtschleifen erzeugte Strom gleichgerichtet
wird.
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Die Umlagerung der kleinsten Magnetteilchen im Blech, durch deren
Lage bekanntlich das Kraftfeld bestimmt wird, erfolgt nun nicht nur durch den Magnetisierungsstrorn;
sondern kann auch durch mechanische Kräfte, wie Stöße oder Erschütterungen, hervorgerufen
werden, die das Bild trüben, da nicht festzustellen ist, inwieweit die Umlagerung
der Teilchen auf elektrische oder mechanische Einflüsse zurückzuführen ist. Da,
wo zufällige Erschütterungen der Bleche durch ungünstige Lage des Prüffeldes usw.
nicht zu vermeiden sind, empfiehlt es sich, die Bleche durch eine mechanische Klopfeinrichtung
während des ganzen Meßvörganges dauernd in regelmäßige Schwingungen zu versetzen,
denen gegenüber der Einfluß zufälliger Erschütterungen fast vollkommen ausgeschaltet
wird. Man ist dann sicher, daß das; was noch an Umlagerungsarbeit zu leisten ist;
auf rein elektrische Einflüsse zurückzuführen ist. Die Klopfeinrichtung kann z.
B. in einer Anzahl über die Breite des Bleches verteilter Hämmerchen bestehen; die
unter der Wirkung von Federn abwechselnd durch eine umlaufende Daumenwelle angehoben
werden und abgleitend auf das Blech zurückprallen.
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Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung dienen Vorrichtungen,
wie sie in verschiedenen Ausführungsformen beispielsweise in der Zeichnung wiedergegeben
sind. In Abb. z ist a ein Elektromagnet mit der Erregerwicklung b und den Polen
c, c'. Bringt man das zu untersuchende Blech d zwischen die spitzen Pole des mit
Wechselstrom geeigneter Frequenz erregten Elektromagneten; so wird das Blech in
einem bestimmten Umkreis von einem starken magnetischen Wechselfeld durchflutet.
Dabei entsteht in diesem Bezirk eine bestimmte Wärmemenge, die sich in der Umgebung
der Pole allmählich ausbreitet; so daß nach einer gewissen Zeit eine bestimmte Zone
eine bestimmte Temperatur angenommen hat. Der Durchmeser dieser Zone und die Höhe
der Temperatur geben bei entsprechender Wahl der magnetischen Bedingungen ein Maß
für die Energieumwandlung, also für die Wirbelstromverluste in dem betreffenden
Bereich. Je größer die Erwärmung, um so schneller nimmt eine bestimmte Zone eine
gewisse Temperatur an. Zeit und Temperatur bilden somit ein Maß für die Wirbelstromverluste.
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Die Messung der Wirbelstromverluste kann nun auf verschiedene Weise
erfolgen. Man kann z. B. die Zeit messen, innerhalb der die Erwärmung, die sich
in der Verfärbung des Aufstrichs deutlich kennzeichnet, allmählich fortschreitend
eine bestimmte Grenze erreicht. Die Anzahl der Sekunden ist dann den Verlusten proportional.
Zum Messen der Zeit bedient man sich zweckmäßig einer Stoppuhr, deren Zifferblatt
unmittelbar in Watt geeicht sein kann: Man kann die zu untersuchenden Bleche auch
während einer sich ständig gleichbleibenden Zeitdauer dem Wechselfeld aussetzen
und die Ausdehnung der verfärbten Zone bestimmen. Dabei ist zu berücksichtigen,
daß nicht der Durchmesser; sondern der Flächeninhalt des Änderungsbereiches ein
Maß für die Wattverluste gibt. Andererseits hat dieses Verfahren den Vorteil, daß
der Erregerstrom des Feldmagneten durch einen Zeitschalter für eine genau gleichbleibende
Zeitdauer selbsttätig geschlossen werden kann. Die Genauigkeit der Messung ist dabei
unabhängig von der Aufmerksamkeit des Prüfenden. Die Auswertung der Versuchsergebnisse
kann zu einem späteren Zeitpunkt stattfinden, da der Anstrich sehr fest auf dem
Blech. haftet und als Markierung
erhalten bleibt. Sie kann gleichwohl
erforderlichenfalls mit .Äther oder Benzol entfernt werden.
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Das Verfahren läßt sich auch in der Weise durchführen, daß das Prüfmittel
in Form eines breiten Bandes aufgetragen wird. Wird dann das Blech längs dieses
Streifens mit gleichbleibender Geschwindigkeit zwischen den Polen hindurchgezogen,
so wird jedem Punkt die gleiche Feldenergie zugeführt und die mit der Erwärmung
wechselnde Breite des verfärbten Teiles bildet ein Maß für die @1` irbelstromverluste
an jedem Punkte: Man kann auf diese Weise Ungleichmäßigkeiten des Bleches in magnetischer
Hinsicht sofort erkennen. Es empfiehlt sich, die Vorrichtung so anzuordnen, daß
der Verlauf der Kraftlinien demjenigen gleicht, dem das Blech später im Betrieb
unterworfen ist. Für die Untersuchung von Transforinatorblechen wird man also zweckmäßig
eine Vorrichtung wählen, wie sie in Abb. 2 der Zeichnung dargestellt ist, und bei
der die Kraftlinien im wesentlichen parallel der Blechebene verlaufen.
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Die Vorrichtung zur Ermittlung der Hysteresisverluste---ist in einer
Ausführungsform in Abb. 3 schematisch dargestellt. Das Blech wi d iii- die Erregerspule
e geschoben und in der oben beschriebenen Weise magnetisiert, worauf der Magnetisierungsstrom
mittels des Vorschaltwiderstandes f bis auf Null vermindert und nach Umkehr der
Stromrichtung mittels des Stromwenders bis zum Verschwinden des Magnetfeldes wieder
allmählich gesteigert wird. Vor dem Blech d rotiert eine Drahtschleife h', und durch
eine geeignete Schleifvorrichtung wird der in der Schleife induzierte Strom auf
ein Telephon k oder ein Galvanometer übertragen. Das Verschwinden des Tones 'bzw.
der Rückgang der Galvanometernadel auf Null läßt dann das Verschwinden des Magnetfeldes
im Blech erkennen. Die Entmagnetisierungsstromstärke wird mit einem Amperemeter
A ermittelt.
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Durch das Verfahren nach der Erfindung ist es möglich, in kurzer Zeit
sämtliche Blechtafeln einer Lieferung in einfacher und zuverlässiger Weise auf ihre
Brauchbarkeit für den vorliegenden Zweck nachzuprüfen, anstatt sich, wie bisher,
auf einige Stichproben verlassen zu müssen. Ein weiterer erheblicher Vorteil ist,
daß die Mühe und die Kosten für die Zurichtung von Probestücken erspart werden und
die Bleche ohne Materialverlust voll erhalten bleiben.