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Verfahren zur punktweisen Aufnahme der von hoher Sättigung ausgehenden
dynamischen Magnetisierungskennlinie Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Anordnung zur punktweisen Aufnahme der von hoher Sättigung ausgehenden dynamischen
Magnetisierungskennlinie magnetisch hochwertiger Metalle bei hoher Feldänderungsgeschwindigkeit.
Das Verfahren kann vorzugsweise zur Untersuchung von solchen Magnetkernen verwendet
werden, die aus spiralig flach übereinandergewickelten Lagen dünnen Metallbandes
bestehen, und zwar aus einer Magnetlegierung, deren Kennlinie im ungesättigten Gebiet
bei verhältnismäßig geringer Koerzitivkraft nur .wenig gegen die Fluß achse geneigt
ist, an den Übergangsstellen in die gesättigten Gebiete scharfe Sättigungsknicke
aufweist und in den gesättigten Gebieten nahezu parallel zur Erregerachse verläuft,
z. B. Eisennickellegierungen mit 50 °1O Nickel und Eisensiliziumlegierungen mit
78% Silizium. Derartige Magnetkennlinien sind in Fig. I der Zeichnung beispielsweise
dargestellt und mit a und b bezeichnet.
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Drosselspulen, die mit einem derartigen Magnetkern ausgestattet sind,
rufen, wenn sie an eine sinusförmige Wechselspannung U gelegt werden und so bemessen
sind, daß sie unter den Scheitelwert des hierbei entstehenden Stromes J hochgesättigt
sind und sich nur bei sehr kleinen Stromwerten in der Nähe des Stromnullwertes entsättigen
eine aus Fig. 2 ersichtliche vorübergehende Aliflachung der Stroinkurve J hervor,
die als stromschwache Pause bezeichnet werden kann und vorzugsweise zur Erleichterung
von Schaltvorgängen, insbesondere bei Umformern mit mechanisch bewegten Kontakten,
verwendet wird. Die Dauer der stromschwachen Pause d t ergibt sich hierbei bekanntlich
aus dem Zeitintegral der Spannung U, das zur Ummagnetisiermig des Drosselkerns vom
positiven Wert der Sättigungsinduktion + Bs auf den gleich großen negativen Induktionswert
- B1 erforderlich ist. Zwecks vereinfachter rechnerischer Behandlung wird der Wert
at vorteilhaft stets
auf den Scheitelwert der Spannung bezogen.
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In Fig. 2 ist das genannte Spannungsintegral als schraffierte Fläche
dargestellt. Wird die Windungszahl der Drossel mit w1 und der Kernquerschnitt mit
q sowie der Effektivwert der Wechselspannung mit U bezeichnet, so ergibt sich die
Dauer der stromschwachen Pause zu
Während der Dauer der stromschwachen Pause liegt praktisch die gesamte Spannung
des Stromkreises an der Sättigungsdrossel, da deren Induktivität in dieser Zeit
um mehrere Größei;iordnungen höher ist als während des übrigen Teiles der Wechselstromhalbwelle.
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Die Lage des abgeflachten Teiles der Stromkurve kann. wie in Fig.
2 gestrichelt angedeutet ist, durch eine Vormagnetisierung, beispielsweise mittels
eines Gleichstromes iv. gegenüber der Nullinie gehoben oder gesenkt werden. Der
Vormagnetisierungsstrom kann entweder unmittelbar der Hauptwicklung der Drossel
zugeführt oder durch eine zusätzlich auf dem Magnetkern angebrachte Etormagnetisierungswicklung
geschickt werden.
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Die Älessung mit einem Schleifenoszillographen versagt für kleine
Ummagnetisierungszeiten wegen der geringen Eigenfrequenz der Schleifen, da für,
den erwähnten Verwendungszweck der genaue Verlauf der Hvsteresisschleife bis zur
absoluten Sättigung bei Ummagnetisierungszeiten von 3 # 10-3 bis 10-4 Sek. durch
Messung bekannt sein muß.
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Mit einem Elektronenstrahloszillographen läßt sich der zeitliche Verlauf
der Spannung am Magnetkern und, durch elektrische Integration, der Verlauf der Induktion
zwar einfach messen dagegen bietet hier die gleichzeitige AIessung der gerade bei
gut geeigneten Magnetkernen sehr kleinen Magn etisierungsströme Schwierigkeiten.
Das Siemens-Ferrometer versagt wegen der Toleranz in der Schaltzeit der bei ihm
verwendeten Schwing gleichrichter. Die bierdureh bedingten Fehler werden um so größer,
je schärfer der Sättigungsknick des Magnetkerns ist, d. h. je besser sich der Kern
für die oben beispielsweise angegebenen Zwecke eignet.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Gedanken, die magnetische
Feldstärke des Prüflings periodisch, z. B. fünfzigmal in der Sekunde, mit bestimmter,
wohl definierter Geschwindigkeit von einem festen hohen Wert H um einen veränderlichen,
genau meßbaren Betrag @H zu verringern. Erfindungsgemäß werden hierzu in der Kurve
eines von einer Wechselspannung gelieferten Erregerwechselstroms, durch dessen Höchstwert
der l'rüfling gesättigt wird, die Meßpunkte durch Überlagerung eines konstanten,
jedoch regelbaren Gleichstroms markiert, indem der Verlauf der Wechselstromkurve
unstetig geändert wird, wenn der durch den überlagerten Gleichstrom bedingte Meßwert
erreicht ist.
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Der Höchstwert des Wechselstroms und der überlagerte Gleichstromwert
können mit bekannten Mitteln genau gemessen werden, ebenso die Flußänderung. z.
B. mittels eines Elektronenstrahloszillographen. Die von letzterem aufgenommene
Kurve der Prüflingsspannung zeigt hierbei eine Marke, die dem überlagerten Gleichstromwert
und damit dem Meßwert entspricht.
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In Fig. 3 ist als Beispiel eine Anordnung zur Ausübung des erfindungsgemäßen
Verfahrens schematisch dargestellt, die besonders einfach zu handhaben und daher
zur Durchführung von Serienprüfungen geeignet ist. Die Fig. 4 und 5 enthalten Teile
von Strom- und Spannungskurven zur Erläuterung des Meßverfahrens und seiner Auswertung.
Die Fig. 6 und 7 zeigen das Schaltschema einer verbesserten Meßanordnung bzw. einen
Teil der Meßanordnung mit einer Abänderung.
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Nach Fig. 3 trägt der Prüfling 10 eine Wicklung 11 mit der Windungszahl
w1, die von einem Transformator 12 über eine regelbare. Luftdrossel 13 und Entladungsrohr
14 mit Wechselstrom von 50 Hertz beschickt wird. Das Entladungsrohr 14 läßt beispielsweise
nur die positiven Halbwellen des Wechselstroms fließen und unterbricht diese jedesmal
im Nulldurchgang am Ende der Fall, welle. Die magnetische Feldstärke im Prüfling
ändert sich also periodisch von einem Wert 1' Jmax auf den Wert Sull. wenn I die
Länge des Kraftlinienweges im Prüfling und Jmax der Scheitelwert des Wechselstroms
ist.
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Wird gleichzeitig die Wicklung 11 über eine Glättungsdrossel 15 von
sehr großer Induktivität mit konstantem Gleichstrom Jgl erregt. so ändert sich die
magnetische Feldstärke des Ringkerns von dem Wert w1/l (Jmax # Jgl) auf # w1/l Jgl.
Der Wert w1/l Jmax ist so groß zu wählen, daß der Prüfling hei der Feldstärke w1/l
(Jmax @@ Jgl) noch vollständig gesättigt ist, d. h. die Feldstärke Bmax (Fig. 1)
aufweist. Wenn die Magnetisierungskennlinie des Prüflings in den gesättigten Gebieten
auch bei höheren Feldstärken in der Größenordnung der dreißigfachen Sättigungsfeldstärke
noch merklich gegen die Erregerachse geneigt ist (man spricht dann von schleichender
Sättigung), so empfiehlt es sich, für verschiedene Meßpunkte die Summe # J des Gleichstromwertes
und
des Scheitelwertes des Wechselstroms und damit den Ausgangswert von feldstärke und
Induktion konstant zu halten.
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Dies könnte beispielsweise dadurch geschehen. daß die Höhe der Wechselspannung
am Transformator 12 geändert wird. Hierdurch wird allerdings auch die Ummagnetisierungszeit
#t geringfügig verändert. Vorteilhafter ist es daher, bei gleichbleibender Wechselspannung
den Wechselstrompfad für versclliedene Meßpunkte zu verschiedenen Zeitpunkten zu
schließen. Hierzu kann beispielsweise ein Drebtrausformator 22 dienen, der von einem
zum Prüfwechselstrom synchronen Drehstrom erregt wird, und dessen Sekundärteil über
einen Widerstand 23 am Gitter des Entladungsrohrs 14 liegt.
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Endlich kann der Scheitellvert des Wechselstroms für verschiedene
Meßpunkte auch durch Veränderung des Widerstandswertes des Prüfstromkreises, beispielsweise
durch Regelung der Drossel 13 verschieden eingestellt werden.
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Statt durch eine gemeinsame Spule II, in der sich Wechselstrom und
Gleichstrom unmittelbar iiberlagern, können diese bei den Ströme auch in getrennten
Spulen fließen, die auf dem Prüfling untergebracht sind derart. -daß sich die von
ihnen erregten Magnetfelder im Prüfling überlagern.
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Fig. 4 enthält einen stark vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2 am
Ende einer Halbwelle des Wechselstroms J. wobei der Deutlichkeit wegen die Kurve
der Spannung U nach oben umgeklappt ist. Angenommen, es solle der Meßpunkt X der
Kurve a in Fig. I aufgenommen werden. Der zugehörigen Feldstärke Hx entspreche ein
überlagerter Gleichstrom Jgl = ivx, der der vorangegangenen Wechselstromhalbwelle
entgegengerichtet ist.
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Seine Wirkung kann in Fig. 4 so dargestellt werden, als ob die Abszissenachse
aus ihrer ursprünglichen Lage um den Betrag ivx nach unten verschoben ist. Die ursprüngliche
Abszissenachse stellt dann wie vorher die Nulllinie der Gesamterregung dar. Unterhalb
dieser Nullinie tritt im Zeitpunkt t0 die sprunghafte Entsättigung des Prüflings
ein. Die Kurve des Wechselstroms 1 verläuft dann weiter mit einer entsprechend der
erhöhten Induktivität der Prüfspule verringerten Neigung und schneidet die verlagerte
Abszissenachse im Zeitpunkt tx. In diesem Zeitpunkt hat der Wechselstrom J seinen
Nullwert erreicht. Er würde nun nach der gestrichelten Linie mit negativen Augenblickswerten
weiter verlaufen, wenn er nicht im Augenblick tx durch das Entladungsrohr 14 unterbrochen
werden würde. Die Drosselspannung UD nimmt hierbei den in Fig. 4 eingezeichneten
Verlauf. Sie ändert sich bei hohen Augenblickswerten des Stromes J entsprechend
der geringen Induktionsanderung nur wenig, springt jedoch im Entsättigungsaugenblick
t0 auf praktisch den vollen Wert der Spannung U an und behält diesen Wert, bis sie
im Unterbrechungsaugenblick tx wieder verschwindet.
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Die in Fig. 4 schraffierte Fläche unter der Spannungskurve UD stellt
dann das zur Entmagnetisierung bis zum Punkte X aufgewendete Spannungsintegral dar,
das der Feldänderung #B proportional ist.
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Dieses Spannungszeitintegral kann in besonders einfacher Weise mittels
eines Elektrodynamometers gemessen werden, dessen Stromspule periodisch während
des zur Messung ausnutzbaren Teiles der Wechselstromhalbwelle von einem Hilfsgleichstrom
durchflossen wird. Nach Fig. 3 wird dazu die Spannungsspule eines Wattmeters 18
an eine eng auf den Prüfling 11 aufgebrachte Meßwicklung 24 mit der Windungszahl
w2 gelegt.
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Die Stromspule des Wattmeters 18 liegt über ein Entladungsrohr 19
und einen induktionsarmen Widerstand 30 an einer konstanten Gleichspannung. Das
Entladungsrohr 19 wird über einen Drehtransformator 3I durch einen Spannungsstoß
in dem Augenblick gezündet, in dem der Magnetisierungsstrom seinen höchsten Wert
Jmax hat. Zu diesem Zweck wird der von einer angezapften Gleichstrombatterie 25
von etwa 30 Volt über einen Widerstand 26 gelieferten Gittervorspannung des Entladungsrohrs
19 eine in der Wicklung 27 erzeugte Spannung überlagert. Die Wicklung 27 befindet
sich auf einem Magnetkern 32, der ähnliche Eigenschaften hat wie der Prüfling und
von dem mit synchronem Drehstrom gespeisten Drehtranstormator 31 über eine Drossel
28 durch eine zweite Wicklung 29 erregt wird. Damit gerade der Wert Jmax bei der
Zündung des Entladungsrohrs 19 erfaßt wird, ist der Drehtransformator 31 so einzustellen,
daß das Wattmeter 18 einen möglichst großen Ausschlag zeigt.
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Von besonders großer Bedeutung ist, wie aus Fig. 4 ersichtlich. die
genaue Erfassung des lUrltèrbrechungsaugenblicks tx im Augenblick des Stromnulldurchgangs.
Im gleichen Augenblick muß auch der Strom, in der Stromspule des Wattmeters gelöscht
werden.
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Dies besorgt ein den Kondensator 34 und ein Entladungsrohr 33 enthaltender
Löschkreis.
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Der Kondensator 34 führt eine Wechselspannung (im vorliegenden Fall
mit überlagerter Gleichspannung), herrührend von einem Transformator 35. Die Phasenlage
dieser Wechselspannung ist so zu wählen, daß sie im Augenblick der Zündung des Entladungsrohrs
33 annähernd ihren Scheitelwert hat.
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Die Gitterspannung des Entladungsrohrs 33 wird vorteilhaft durch
die gleiche Einrichtung
beeinflußt, welche die unstetige Änderung
des Prüfwechselstroms herbeiführt, beispielsweise von der Sperrspannung am Entladungsrohr
14, das den Prüfwechselstrom J im Nulldurchgang unterbricht. Diese Sperrspannung
wird dem Steuergitter des Entladungsrohrs 33 über einen Umschalter 36 und einen
Widerstand 41 zugeführt und zündet dieses somit in dem Augenblick, in dem die Feldänderung
in der Prüfwicklung 11 gerade beendet ist. Im gleichen Augenblick entlädt sich der
Rondensator 34 über die Entladungsrohre 33 und 19 und bringt den Wattmeterstrom
Jh zum Verschs-inden. Der Hilfsstrom Jh kann mit dem Strommesser 42 überwacht werden.
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Die dem Prüfling 10 überlagerte Gleichstromerregung Jgl wird mit
dem Strommesser i6 gemessen und mit dem Widerstand 17 und einem Stromwender 43 eingestellt.
Der Höchstwert des Wechselstroms läßt sich durch Umlegen eines Schalters 38 im Wattmeterspannungspfad
auf eine Gegen induktivität 39 messen, deren Spannung einen proportionalen Strom
durch die Wattmeterspannungsspule treibt. Das Wattmeter 18 integriert diesen Strom
während der Zeitspanne, in der er von seinem Höchstwert bis auf den Nullwert sinkt,
zeigt also einen dem Höchstwert proportionalen Wert an.
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Wie bei Prüflingen mit schleichender Sättigung der Ausgangszustand
des Prüflings, d. h. der obere Grenzwert der Sättigung für verschiedene NIeßpunkte
konstant gehalten werden kann. indem der Zündzeitpunkt des Entladungsrohrs 14 mittels
des Drehtransformators 22 verstellt wird, sei an Hand der Stromkurven in Fig. 5
erläutert, Bei der Einstellung Jgl = 0 (H = 0, iv = 0) nehme die in der Prüfspule
fließende Wechselstromh albwelle den mit Jo bezeichneten Verlauf. Sie wird im Zeitpunkt
t0 unterbrochen, wobei der Prüfling praktisch noch gesättigt ist. Infolgedessen
steigt der Strom bei der folgenden Zündung im Augenblick t20 sofort steil an. Ist
dagegen der Prüfling mittels eines Stroms Jgl = -ivy entgegen der magnetisierenden
Wechselstromhalbwelle so vorerregt, daß im Grenzfall der Wechselstrom seinen Nullwert
erst erreicht, nachdem der Prüfling sich entsättigt und in entgegengesetzter Richtung
wieder gesättigt hat, so muß der Prüfwechselstrom kurz nach der erneuten Zündung
zunächst auch wieder die stromschwache Pause durchlaufen. Er würde daher, wenn der
ursprüngliche Zündzeitpunkt t20 beibehalten wird, erst zu einem späteren Zeitpunkt
steil ansteigen können und infolgedessen den ursprünglichen Höchstwert gar nicht
erreichen.
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Er soll aber tatsächlich sogar einen um den Betrag ivy größeren Höchstwert
erreichen.
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Sein Zündzeitpunkt muß daher auf den Zeitpunkt tzy vorverlegt werden,
damit der Strom nunmehr nach der Kurve Jy verläuft. Umgekehrt würde, wenn dieser
Zündzeitpunkt auch bei einem Vormagnetisierungsstrom Jgl = iv = 0 beibehalten wird,
der Strom nach der gestrichelt eingezeichneten Kurve J0' verlaufen und somit einen
größeren Höchst-Wert entsprechend einem höheren Ausgangswert der Induktion erreichen.
In Fig. 5 sind die Verhältnisse etwas übertrieben dargestellt, in Wirklichkeit sind
die Unterschiede infolge des wesentlich kleineren Verhältnisses von Sättigungsstrom
zu Höchststrom wesentlich geringer.
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Die Messung geht so vor sich, daß Jgl von positiven zu negativen
Werten geändert wird und zu jedem Wert Jgl der auf Vollausschlag bezogene Wattmeterausschlag
x abgelesen wird. Ist f die Frequenz des Magnetisierungsstroms J, so ist
(un Nennspannung des Wattmeterspannungspfades, ii: zuzui,Neun strom der N¼ttmeterstromspule).
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Man erhält auf diese Weise punktweise die in Fig. I mit a-a, bezeichnete
Kennlinie, die als sogenannte dynamische Magnetisierungskennlinie bezeichnet wird.
Diese enthält in dem Teil a2 eine durch Wirbelströme bedingte Abweichung von der
statischen Alagnetisierungskennlinie a. Die Abweichung ist um so größer, je kleiner
die Ummagnetisierungszeit #t ist.
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Zur Ermittlung des Wirbelstromeinflusses kann mit im wesentlichen
der gleichen Anordnung die statische Hysteresiskennlinie a-a ermittelt werden, indem
das Steuergitter des den Löschstromkreis schließenden Entladungsrohrs 13 auf eine
synchrone Hilfswechselspannung mit verstellbarer Phasenlage, die einem Drehtransformator
37 entnommen werden kann, umgeschaltet und damit der Hilfsstromkreis des Meßgeräts
zu einem beliebigen auf die Unterbrechung des Prüfwechselstroms folgenden Zeitpunkt
unterbrochen wird. Zu diesem Zweck ist der Umschalter 36 umzulegen, so daß dem Gitter
des Entladungsrohrs 33 eine aus der Batterie 25 entnommene Vorspannung und eine
ihr überlagerte Zündspannung aus dem Drehtransformator 37 zugeführt wi rd.
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Das beschriebene Meßverfahren hat den Vorzug, daß an die Konstanz
der am Prüfling liegenden Wechselspannung keine besonders hohen Anforderungen gestellt
werden.
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I)ategen muß die Gleichspannung, die den Hilfsstrom Jh liefert, möglichst
konstant sein,
weil der Ausschlag des Wattmeters proportional Jh
ist.
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Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, den Hilfsstrom JrI aus einer
konrstanten unabhängigen Spannungsquelle, z. B. aus einer Batterie (Pufferbatterle
am Netz) oder aus einem synchron angetriebenen kleinen Gleichstromgenerator 44 zu
beziehen, wie dies aus Fig. 6 beispielsweise ersichtlich ist. Hier ist außerdem
für den Transformator 35, mittels dessen der Löschkondensator 34 aufgeladen wird,
ein Umschalter 45 vorgesehen, mit dem der Kondensator wahlweise aus einer der drei
Phasen eines Drehstromnetzes gespeist werden kann, an dem auch der Transformator
12 liegt. Der Umschalter 45 ist so einzustellen, daß die Spannung am Kondensator
34 im Augenblick der Zündung des Entladungsrohrs 33 möglichst gerade ihren Scheitelwert
durchläuft.
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Damit das Entladungsrohr 33 genau in dem Augenblick gezündet wird,
in dem das Entladungsrohr 14 den Prüfwechselstrom unterbricht, in dem also die Spannung
der Kathode des Enfladungsrchrs 14 gegenüber der Anode positiv wird, kann eine durch
ein Potentiometer 46 einstellbare Gittervorspannung aus einer besonderen Batterie
47 an das Entladungsrohr 33 gelegt werden. Diese wird bei kurzgeschlossenem Entladungsrohr
14 so eingestellt, daß das Entladungsrohr 33 gerade noch nicht von selbst zündet.
Die Einstellung ist während einer Meßreihe von Zeit zu Zeit zu überprüfen, da sich
die Zündkennlinie des Entladungsrohrs 33 beispielsweise in Abhängigkeit von der
Temperatur ändern kann.
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Für den Erregergleichstrom J6t kann gemäß Fig. 3 eine getrennte Wicklung
48 vorgesehen sein. Diese Wicklung muß gleichmäßig über den Umfang des zu prüfenden
Magnetkerns 10 verteilt sein. Die Meßgenauigkeit einer derartigen Anordnung ist
höher als bei gemeinsamer Benutzung einer einzigen Erregerspule für beide Erregerströme,
z. B. nach Fig. 3.
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Bei Prüflingen, deren Magnetisierungskennlinie im ungesättigten Gebiet
beispielsweise nach der gestrichelten Kurve b in Fig. 1 sehr steil verläuft, kann
die Meßgenauigkeit dadurch beeinträchtigt werden, daß die Sperrspannung nach dem
Erlöschen des Entladungsrohrs 14 nicht sohnell genug ansteigt.
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In diesem Fall kann der Prüfling periodisch während der Meßzeiten
durch einen induktiven Parallelpfad überbrückt werden. Nach Fig. 6 ist eine Luftdrossel
49 über ein Entladungsrohr 50 und eine die Brennspannung Uß dieses Entladungsrohrs
bis auf einen geringen Betrag <3U kompensierende Batterie 51 an die Wicklung
48 gelegt. Die Luftdrossel 49 bewirkt eine Verringerung der Neigung der Magnetisierungskennlinie
im ungesättigten Gebiet, so daß die Kennlinie statt nach der Kurve b in Fig. I etwa
nach der strichpunktiert eingezeichneten Kurve c verläuft. Die Spannung am Entladungsróhr
14 springt daher beim Nullwert des Stroms 1 schneller an, so daß das Entladungsrohr
33 rechtzeitig die erforderliche Zündspannung erhält. Aus der scheinbaren Kennlinien
kann die wirkliche Kennlinie b rechnerisch ermittelt werden, wenn die Induktivität
L der Drossel 49 und ihr Ohmscher Widerstand R bekannt sind. Die Meßwerte sind dann
um folgende Beträge zu verringern:
Die Ummagnetisierungsgeschwindigkeit des Prüflings kann mit der Meßanordnung auf
folgende Weise ermittelt werden: Das Gitter des Entladungsrohrs 33 wird mit dem
Umschalter 36 an den Drehtransformator 37 gelegt. Jgl wird so groß gemacht, daß
der Prüfling in jeder Periode vollständig ummagnetisiert wird. Für verschiedene
Stellungen des Drehtransformators 37, der eine Grad- und damit-eine Zeitteilung
aufweisen muß, können nunmehr die Wattmeterausschläge abgelesen werden, so daß sich
eine Kurve B = f (t) ergibt. Die Tangente an diese Kurve stellt die maximale Ummagnetisierungsgeschwindigkeit
dar. Wenn die Magnetisierungskennlinie des Prüflings scharfe Sättigungsknicke aufweist
und sein Magnetisierungsstrom in den Sättigungspunkten im Verhältnis zum Scheitelwert
des Prüfstroms 1 klein ist, so kann angenommen werden, daß die maximale Unimagnetisierungsgeschwindigkeit
annähernd während der ganzen Ummagnetisierungszeit vorhanden ist.
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Bei der Anordnung nach Fig. 3 haben die Widerstände 23, 26 und 41
beispielsweise einen Widerstandswert von I0000 Ohm. Ein weiterer Widerstand 52 hat
den gleichen Wert. Außerdem sind zur Vervollständigung der Schaltung Kondensatoren
55 bis 56 vorgesehen, die je einenXapazitätswert von z.B.
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I ,uF haben. Ein Kontrollinstrument 57 dient zur Überwachung des Prüfwechselstroms
J und ein Widerstand 58 zur Korrektur der Phasenlage des Ladestroms des Kondensators
34.
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In Fig. 6 haben beispielsweise die Widerstände 26 und 41 den Wert
von 20000 Ohm, der Widerstand 23 den Wert von 50 000 Ohm und der Kondensator 56
den Wert von 2 µ F.
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Außerdem sind hier noch zwischen Gitter und
Kathode
der Entladungsrohre 14 und 19 Kondensatoren 59 und 60 von z. B. je 0,02 µ F vorgesehen.
Ein im Gittervorspannungskreis des Entladungsrohrs 33 liegender Kondensator 61 hat
beispielsweise einen Wert von 0,05 µ F.
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In beiden Anordnungen ist das Entladungsrohr 14 beispielsweise für
30/100 Amp. bemessen, die Entladungsrohre 19 und 33 für 10/30 Amp. Der Löschkondensator
34 kann eine Kapazität von 100 µ F haben, wobei zu seiner Ladung eine Spannung von
380 Volt verwendet werden kann. Die Gleichspannung kann für die Anordnung nach Fig.
3 110 Volt, für die Anordnung nach Fig. 6 sowohl für den Erregergleichstrom Jgl
als auch für den Hilfsgleichstrom Jh 220 Volt betragen. Die Sekundärspannung der
Drehtransformatoren 22, 31 und 37 ist mit 40 Volt angenommen.
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Damit der durch den Hilfsgleichstrom Jh bedingte Fehler möglichst
klein wird, ist ein Wattmeter mit kleiner Nennspannung und großem Widerstand des
Spannungspfades zu verwenden, z. B. 1000 Ohm und Vollausschlag bei einer Nennspannung
von 3 Volt und cos # = 0,1, wenn # der Phasenverschiebungswinkel zwischen einem
an der Stromspule liegenden sinusförmigen Wechselstrom und einer am Spannungspfad
liegenden sinusförmigen Wechselspannung ist. Je höher der Wert des Hilfsstroms Jh
gewählt wird, um so größer ist die Meßgenauigkeit. Der Fehler nimmt mit zunehmendem
Strom quadratisch ab, ebenso mit der Verringerung der Spannung, die aus der Spule
24 dem Spannung pfad des Wattmeters 18 zugeführt wird. Wenn man also mit einem verhältnismäßig
kleinen Ausschlag des Wattmeters 18 auskommen kann, so soll die Windungszahl der
Spule 24 entsprechend klein gewählt werden. Ein zusätzlicher Vorschaltwiderstand
im Wattmeterspannungskreis ist dagegen auf jeden Fall zu vermeiden.
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Die Ummagnetisierungszeit #t läßt sich durch Wahl der Sekundärspannung
des Transformators 12 und der Windungszahl der Prüfspule 11 beliebig wählen. Bei
sehr kleinen Ummagnetisierungszeiten und gleichzeitig kleinem Gewicht des Prüflings
kann der oben erwähnte Fehler unzulässig-e Werte annehmen.
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Es wäre dann vorzuziehen, statt des Wattmeters 18 ein Elektrometer
zu verwenden.
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Der Hilfsstrom Jh wäre in diesem Fall durch eine konstante Hilfsspannung
zu ersetzen.
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Der Löschkreis, der den Kondensator 34. die Entladungsrohre 19 und
33 und die Stromspule des Wattmeters 18 enthält, soll möglichst kleine Induktivität
haben, damit die Unterbrechung des Hilfsstroms Jh gegenüber der Unterbrechung des
Prüfstroms J keine Verzögerung erleidet. Der genannte Löschkreis kann so aufgebaut
sein, daß er praktisch nur die Induktivität der Wattmetterspule enthält, die z.
B. bei einem normalen Wattmeter mit 5 Amp. Nennstrom etwa 0,05 mH beträgt. Die Zündverzögerung
des Entladungsrohrs 33 kann auf diese Weise kleiner als 10-5 Sek. gehalten werden.
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Die unstetige Änderung des Prüfstromverlaufs bei Erreichung des durch
den überlagerten Gleichstrom bedingten Niefiwertes kann ferner auch dadurch erzielt
werden, daß nicht der Strom unterbrochen, sondern stattdessen die Neigung der Wechselstromkurve
sprunghaft geändert wird. Hierzu kann das mit der Prüfspule 11 in Reihe liegende
Entladungsrohr 14 gemäß Fig. 7 durch eine Hilfsdrossel 62 ersetzt werden, deren
NIagnetkern 63 beim Sättigungsstromwert des Prüflings 10 hochgesättigt ist und sich
bei einem im Verhältnis hierzu vernachlässigbar kleinen Stromwert sprunghaft entsättigt.
In diesem Fall erhält die in Fig. 4 dargestellte Stromkurve J im Augenblick der
Erreichung des Meßwertes zur Zeit tx einen Knick und verläuft während der Ummagnetisierungszeit
des Hilfsdrosselkerns 63 praktisch parallel zur Abszissenachse. Die Hilfsdrossel
übernimmt während dieser Zeit wegen ihrer größeren Induktivität einen überwiegenden
Anteil UH der Gesamtspannung, während auf die Prüfdrosselspule 11 der kleinere Restanteil
UD entfällt.
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Die Spannungskurve UD, die etwa mit einem Elektrodenstrahloszillographen
gemessen werden kann, zeigt also an der dem Meßpunkt X entsprechenden Stelle eine
scharfe Einsenkung, welche die obere Grenze des gesuchten Spannungszeitintegrals
darstellt. Nachdem sich die Hilfsdrossel 62, 63 in entgegengesetzter Richtung erneut
gesättigt hat, nehmen die Kurve des Stromes J und der Spannung UD etwa den in Fig.
4 mit ausgezogenen Linien dargestellteil Verlauf. der gegenüber dem gestrichelt
eingezeichneten ungestörten Verlauf annähernd parallel verschoben ist. Der Vormagnetisierungsgleichstrom
Jgl kann bei diesem Verfahren statt zur Erregung des Prüflings auch zur Erregung
des Hilfsdrosselkerns 63 verwendet werden. Der Knick in der Stromkurve J tritt dann
nicht beim Nullwert dieses Stroms, somit dern bei demjenigen negativen Stromwert
eilt, der dem Meßpunkt X entspricht. An der Darstellung nach Fig. 4 ändert sich
in diesem Falle grundsätzlich nichts, es muß nur die ursprüngliche Abszissenachse
als Nullinie des Stromes J betrachtet werden, Im übrigen kann auch hier das Zeitintegral
der am Prüfling erzeugten Spannung mittels eines Wattmeters, beispielsweise in der
Schaltung nach Fig. 3 oder Fig. 6, oder mittels eines Elektrometers gemessen werden,
indem die an der Hilfsdrossel 62 im Zeitpunkt tx plötzlich auftretende
Spannung
Un zur Steuerung des Entladungsrohrs 33 und damit zur Löschung des Hilfsgleichstroms
Jh am Ende der Meßzeit verwendet wird.