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Spule mit Magnetkern für schwache Wechselfelder, die während des Betriebes
dauernd mit Gleichstrom belastet ist An die als Spulenkerne in der Schwachstrombechnik
verwendeten ferromagnetischen Materialien müssen hinsichtlich-ihrer magnetischen
Eigenschaften -im allgemeinen folgende Bedingungen gestellt. werden: -i. große Anfangspermeabilität,
2. kleine Hystereseverlusbe, 3. kleine Wirbelstromverlusbe, q.. gute magnetische
Stabilität.
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Während die dritte Forderung unabhängig von den übrigen fast stets
durch Wahl einer hinreichend geringen. )Materialstärke erfüllt werden kann, ist
bisher ein Material, das gleichzeitig die Forderungen i, 2 und q. @erfüllt, nicht
bekanntgeworden. Hohe Anfangspermeabilität ist fast stets mit einer hohen Hysteresekoristanten
verbunden, =d es ist von Fall zu Fall zu entscheiden, bis zu welchem Grade eine
hohe Hysteresekonstanbe zugunsten. einer hohen Anfangspermeabilität in Kauf genommen
bzw. wieweit die Anfangspermeabilität zugunsten einer verminderten Hysteresekonstanten
niedriger gewählt werden kann. Ferner ist zu beachten, daß die Hystereseverluste
nicht nur von der Größe der Hysteresekonstanten abhängen, sondern auch proportional
dem Faktor
sind, wobei h die Hysteresekonstanbe Und &,o die Anfangspermeabilität bedeutet.
Um möglichst kleine Hystereseverluste zu bekommen, ist es daher nicht nur erforderlich,
Material mit kleiner Hysteresekonsta_nte zu wählen, sondern auch den Faktor hIl/ßo
möglichst klein zu machen.
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Die Erfindung betrifft nuneine Anordnung, die es gestattet, gleichzeitig
Hysteresekonstante und Permeabilität zu verringern, und zwar derart, daß eine erhebliche
'Verkleinerung des Faktors eintritt. Gleichzeitig wird durch die neue
Anordnung die Möglichkeit gegeben, auch die Stabilität günstig zu beeinflussen.
Wird nämlich ,ein ferromagnetisches Material mit Gleichstrom magnetisiert, so verringert
sich seine Anfangspermeabilität und seine Hysteresekonstante in bekannter Weise
(vgl. G o 1 d s c h m i d t, Zeitschrift für technische Physik, 193o, Bd. i i, Nr.
i i, S. ¢52). Die Hysteres,ekonstante nimmt dabei jedoch wesent, lich rascher ab
als die Anfangspenneabilität, wie aus Abb. i zu ersehen ist. Dort ist auf der Ordinate
die Permeabilität bzw. die Hysteres-ekonstante bei der jeweiligen Magnetisierung
in Bruchbeilen der Werte bei der Magnetisierung o und auf der Abszisse die Magnetisierung
in Bruchteilen der Sättigungsmagnetisierung aufgetragen.
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Diese Tatsache wird nun für eine Spule mit Magnetkern für schwache
Wechselfelder, die während des Betriebes dauernd mit Gleichstrom
belastet
ist, benutzt, um durch geeignete Magnetisierung ein ferromagnetisches Material in
obigem Sinne zu beeinflussen dadurch, daß .erfindungsgemäß die Hystereseverluste
dadurch vermindert sind, daß die Gleichstromfeldstärke so groß gewählt ist, daß
der Hysteresefaktor
kleiner ist als in unbelastetem Zustande. Die Vorteile, die #eüi derart magnetisiertes
Material gegenüber dem bisher Bekannten besitzt, sollen an folgenden Beispielen
dargelegt werden.
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i. Eine Eisen-Nickel-Legierung hatte ohne Gleichstrommagnetisierung
die Werte
und bei entsprechender Gleichstrommagneti.-sierung
Infolge der Gleichserommagnetisierung ist also die Permeabilität auf die Hälfte,
dagegen die Hysteresekonstante auf den zehnten Teil gesunken, so daß die Hystereseverluste
auf i/, des ursprünglichen Wertes vermindert wurden. Vergleicht man hiermit die
entsprechenden Werte eines Massekernes (to = 40, h = 55, so sieht man, daß bei gleichen
Kernabmessungen die Hystereseverluste des Massekernes mehr als doppelt so groß sind,
obgleich die Permeabilität nur den fünften Teil. beträgt.
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a. Eine andere bei iooo° geglühte Eisen-Nickel-Legierung hat ohne
Magnetisier ung die Werte
bei 700° geglüht, ohne Magnetisierung
und bei iooo° geglüht, mit entsprechender Gleichstrommagnetisierung
Bei Verzicht auf 5o oo der Permeabilität lassen sich also die Hysteresev erluste
durch thermische Behandlung des Materials .-um knapp 6 %, dagegen durch Magnetisierung
gemäß der Erfindung um 8 6 % verringern.
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Wieweit in jedem Falle am vorteilhaftesten magnetisiert wird, hängt
von den Werten des Ausgangsmaterials und den gestellten Anforderungen ab. In den
meisten Fällen wird man zweckmäßig so magnetisieren, daß die Permeabilität etwa
auf den halben Betrag reduziert wird, wie 'dies auch in den aufgeführten Beispielen
der Fall war, da dann ein besonders günstiges Verhältnis von Permeabilität und Hysteresekonstante
erzielt wird. Aus der von Gans aufgestellten Beziehung (s. Abb. i, Kurve «./u0)
zwischen Magnetisierung und reversibler Permeabilität, die für Magnetisierung o
mit der Anfangspermeabilität identisch ist, findet man die dafür erforderliche Magnetisierung,
die etwa das o,45fache der Sättigungsmagnetisierung beträgt. Zur Feststellung der_entsprechenden
Feldstärke ist die Kenntnis der Magnetisierungs; kurve des betreffenden Materials
notwendig. Abb. a zeigt ein Beispiel einer solchen Kurve, bei der auf der Ordinate
die Induktion bzw. die Magnetisierung und auf der Abszisse die Feldstärke aufgetragen
ist.
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Durch die Magnetisierung wird auch die Stabilität außer der Hysteresekonstanten
und der Permeabilität beeinflußt. Abb. 3 zeigt eine Kurve für Stahldraht. Gemäß
dieser Kurve wächst die Instabilität zunächst etwas an und verringert sich dann
mit wachsender 1blagnetisierung auf Werte, die wesentlich günstiger liegen als die
Ausgangswerte.
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Der zur Magnetisierung benötigte Gleichstrom kann auf beliebige Weise
erzeugt werden. Besonders günstig Z> liegen die Verhältnisse, wenn, wie etwa
bei Verstärkerschaltungen, Gleichstromquellen an sich schon vorhanden sind. Die
Schaltung kann beliebig erfolgen. Für die Gleichstrommagnetisierung kann man entweder
eine besondere oder auch dieselbe Wicklung wie für die Wechselströme verwenden.
In beiden Fällen wird zweckmäßig die Gleichstromquelle durch Drosseln oder Siebschaltungen
gegen Wechselströme abgeriegelt. Im ersten Falle empfiehlt es sich, den Gleichstrom
etwa durch Kondensatoren vom Wechselstromkreis abzuhalten. Werden mehrere Spulen
in Reihen- oder Parallelschaltung verwendet, so können die Gleichstromwicklungen
so geschaltet werden, daß die induzierende Wirkung der Wechselströme auf sie kompensiert
wird und irgendwelche Sperrkreise überflüssig werden. In allen Fällen, in denen
es wesentlich ist, daß während des Betriebes keine Anderungen-der magnetischen Werte
der betreffenden Spulenäüftreten, wird man zweckmäßig Mittel zur Konstanthaltung
des Gleichstromes, etwa einen Eisenwasserstoffwiderstand, vorsehen.
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Die Anwendungsmöglichkeit der vorliegenden Anordnung erstreckt sich
auf das gesamte Gebiet, auf dem mit schwachen Wechselfeldern gearbeitet wird. Besonders
vorteilhaft kann die Anordnung in den Fällen angewendet werden, in denen Spulen
mit geringem Wirkwiderstand benutzt werden, also etwa bei Siebschaltungen mit steilem
Dämpfungsanstieg, oder in den Fällen, in denen eine möglichst geringe Amplitudenabhängigkeit
angestrebt wird, wie etwa bei Gitterübertragern in Verstärkerschaltungen.