DE587720C - Spule mit Magnetkern fuer schwache Wechselfelder, die waehrend des Betriebes dauerndmit Gleichstrom belastet ist - Google Patents

Description

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Spule mit Magnetkern für schwache Wechselfelder, die während des Betriebes dauernd mit Gleichstrom belastet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hystereseverluste dadurch vermindert sind, daß die Gleichstroinfeldstärke so groß gewählt ist, daß der Hysteresefaktor kleiner ist als im unbelasteten Zustande. -z. Spule nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstrommagnetiserung so groß gewählt ist, daß sie die Permeabilität gegenüber dem unbelasteten Zustand auf die Hälfte verringert. 3. Spule nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konstanthaltung des Magnetisnerungsgleichstromes ein Eisenwasserstoffwiderstand in 'Reihe mit der Gleichstromquelle geschaltet ist. q.. Spule nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei `Tierwendung von zwei oder mehr Spulen in Reihen- oder Parallelschaltung die Gleichstromwicklungen so geschaltet ;sind, daß keine Induktionswirkung der Wechselfelder auf den Gleichstromkreis auftritt.