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Anordnung zur Bestimmung der Verlustziffer von magnetischem Material
bei Wechselstrom
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung
der Verlustziffer von ferromagnetischem Material bei Wechselstrom aus der mittleren
Breite der dynamischen Hystereseschleife mittels zweier in Reihe geschalteter Meßgleichrichter.
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Die Verwendung zweier in Reihe geschalteter Meßgleichrichter ist
zur Bestimmung der Wellenform schon vorgeschlagen und unter der Bezeichnung Kurzkontaktverfahren
bekanntgeworden. Hierzu liegen die Gleichrichterkontakte in Reihe mit dem Meßinstrument
an der zu messenden Spannung und ihre Steuerwicklung an dem Rotor eines Phasenreglers.
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Zur Bestimmung der Verlustziffer von ferromagnetischem Material ist
eine Reihenschaltung von Meßgleichrichtern noch nicht verwendet worden.
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Für die Verlustziffer bei Wechselstrommagnetisierung ist bekanntlich
der Flächeninhalt der dynamischen Hystereseschleife ein Maß. Man mißt diese Verluste
beispielsweise, indem man die mittlere Breite der Schleife bestimmt und aus ihr
durch Multiplikation mit der Höhe der Schleife den Flächeninhalt errechnet.
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In Fig. I ist eine dynamische Hystereseschleife gezeichnet. In Höhe
der Induktion Bx hat die Schleife eine Breite AHx. Variiert man Bx von Null bis
Bmax und mißt man zu jedem B-Wert die Breite Hx, so ergibt sich für die Fläche der
Hystereseschleife:
Die dynamische Hystereseschleife läßt sich punktweise messen, indem man mit einem
mechanischen
Meßkontakt und einem Drehspulinstrument die Spannung
an einer den Prüfling umschlingenden Spule (B-Messung) und an einer in einem Hohlraum
in Feldrichtung angeordneten Spule (H-Messung) integriert. Die Größe J Hx könnte
dabei aus zwei Messungen bei der gleichen Induktion Bx, und zwar einmal auf dem
aufsteigenden und einmal auf dem absteigenden Ast als Differenz ermittelt werden:
S Xx = H2H1 -Dieses Verfahren ist umständlich und bei hohen Induktionen schwierig
auszuführen, da sich während der Messung die Schleife nicht ändern darf, d. h. also
Stromstärken und Frequenzen weitgehend konstant sein müssen. Ist dies nicht der
Fall, so treten sehr erhebliche Meßfehler auf. Der Nachteil wird durch die Anordnung
nach der Erfindung vermieden, die es ermöglicht, die Messung bei.der Punkte innerhalb
desselben Zyklus der Schleife durchzuführen, so daß die genannten Schwankungen nicht
zur Auswirkung kommen.
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Diese erfindungsgemäße Anordnung zur Bestimmung der Verlustziffer
von ferromagnetischem Material bei Wechselstrom aus der mittleren Breite der dynamischen
Hystereseschleife mittels zweier in Reihe geschalteter mechanischer Meßgleichrichter
ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschließ- bzw. -öffnungszeiten der Meßgleichrichter
so eingestellt werden, daß das angeschlossene Meßinstrument die Breite der Schleife
als Differenzmessung des Stromes bzw. der Spannung zwischen der ansteigenden und
der absteigenden Flanke der Hysteresisschleife bei gleicher Induktion bzw. bei gleicher
Feldstärke erkennen läßt.
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Der Prüfling ist von einer Spule für die B-Messung umgeben und enthält
in einem Hohlraum eine in Feldrichtung angeordnete Spule für die H-Messung, die
mittels eines Umschalters wahlweise auf mechanische Meßgleichrichter geschaltet
werden kann. Die veränderbare Kontaktschließzeit der Meßgleichrichter (Vektormesser)
wird so eingestellt, daß sowohl das Einschalten des einen auf dem ansteigenden als
auch des anderen auf dem abfallenden Ast der Hystereseschleife bei gleichem Augenblickswert
der Induktion erfolgt, sol daß nach Umschalten auf die Feldmeßspule das Meßinstrument
unmittelbar die Breite der Schleife anzeigt.
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Eine Schaltungsanordnung dieser Art ist in Fig. 2 schematisch gezeichnet.
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M1 und M2 sind die beiden Meßkontakte, G das Drehspulgalvanometer.
Mit einem doppelpoligen Umschalter U kann die Reihenschaltung der beiden Meßkontakte
mit dem Drehspulinstrument entweder auf die B-Spule (Stellung I) oder auf die Spule
(Stellung 2) geschaltet werden. Durch die Widerstände RB und Rn werden passende
Empfindlichkeiten am Instrument G eingestellt. Der Meßkontakt M2 kann mit einem
Schalter S überbrückt werden. Parallel zum Galvanometer G liegt ein Glättungskondensator
C. Die beiden Meßkontakte sind in ihrer Phasenlage einstellbar durch zwei Drehregler
Rt und R2. Man schließt zur Messung zunächst den Schalter S und stellt den Regler
ru so ein, daß der Einschaltzeitpunkt des Meßkontaktes Mt mit dem Zeitpunkt t1 des
aufsteigenden Astes der Hystereseschleife zusammenfällt, d. h. daß das Instrument
G die Induktion Bx anzeigt. Darauf öffnet man den Schalter S und regelt die Phasenlage
des Meßkontaktes M2 mit dem Regler R2 so, daß der Instrumentausschlag des Galvanometers
G verschwindet. Um hierbei möglichst große Empfindlichkeit zu haben, kann ein Teil
des Vorwiderstandes RB mit dem Schalter 5' überbrückt werden.
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Wenn dies der Fall ist, so liegt der Ausschaltzeitpunkt t2 des Meßkontaktes
M2 auf dem absteigenden Ast der Hystereseschleife in der Höhe Bx. In Fig. 3 ist
der zeitliche Verlauf der Induktion B, der Feldstärke H und der Spannung U=konst
. dB dt aufgetragen. Das Integral der Spannung U, welches der Meßkontakt mit dem
Drehspulgalvanometer bildet, ist die Induktion B. An der Feldmeßspule liegt die
Spannung-, das Integral dieser Spannung, welche in der Zeichnung mit eingetragen
ist, ist die Feldstärke H. Die Reihenschaltung der Meßkontakte M und M2 schließt
den Insbrumentkreis. während der Zeit d t, d. h. während der Zeit, wo beide Kontakte
geschlossen sind. Wie schon erwähnt, werden Anfang t1 und Ende t2 der Schließzeit
X t so eingeregelt, daß sie den gleichen Wert Bx aus der B-Kurve herausschneiden.
Schaltet man jetzt den Umschalter U auf die Stellung 2, so muß das Galvanometer,
abgesehen von einer Konstanten, anzeigen
Der Wert d Hx erscheint in Fig. 3 als Differenz der beiden schraffierten Flächen.
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Durch die Erfindung wird der Meßvorgang so sehr vereinfacht, daß
die Verluste auch bei höchsten Induktionen, bei denen die Spitze der Feldstärke
H sehr hoch ist, gemessen werden können.
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Statt die Breite AHx zu messen, kann sinngemäß auch die Breite d
B, (Fig. I) mit je einer Ablesung gemessen werden. Das letztere hat Vorteile besonders
bei hohen Induktionen. Durch Ausmessen der Schleife einmal aus den Breiten d Hx
und das andere Mal aus den Höhen d Bx hat man eine Kontrolle, ob die Meßanordnung
richtig arbeitet, insbesondere ob die Fehlwinkel der Spulen und B (Fig. 2) und der
Vorwiderstände Rß und RH genügend klein sind, so daß sie keinen Einfluß auf die
Messung ausüben.
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Damit der Glättungskondensator C keine Phasenfehler hervorruft, müssen
die Vorwiderstände RB und RH genügend groß gegenüber dem Widerstand des Galvanometers
sein.
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Unter Berücksichtigung dieser Vorsichtsmaßregeln ist das angegebene
Verfahren recht genau.
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Mit seiner Hilfe können z. B. die Verluste an Ringkernen oder auch
an Blechstreifen oder ganzen Blechtafeln gemessen werden. Mit einer besonderen
Magnetisierungsspule
können auch quadratische Probebleche gemessen werden.