EPSTEINRAHMEN. LEISTUNGSMESSUNGEN 1. Ziel der Arbeit Der

EPSTEINRAHMEN. LEISTUNGSMESSUNGEN
1. Ziel der Arbeit
Der Zweck der Arbeit ist die Messung der Leistungsverluste der Elektrobleche (die z.B.
den Eisenkern eines Wandlers bilden). Die Leistungsverluste werden von der Erscheinung von
Wirbelströmen (im Eisenkern) verursacht.
Prinzipiell, Esteinrahmen ist ein Transformator im Leerlaufbetrieb, mit einer Primärwicklung von
N1Wicklungen und einer Sekundärwicklung mit N2 Schleifen. Der Eisenkern ist aus vier
Blechpacketen mit standardisierten Abmessungen gebaut. Bei Wechselspannung mit bestimmter
Frequenz f, die Primärleistungverluste setzen sich aus zwei Teilen
zusammen: die
Wirkleistungsverluste als Joulscheleistung in der Primärwicklung und die Hysteresis – und
wirbelstromverluste in der Sekundärwicklung.
Um die Eisenverluste zu messen, verwendet man ein spezielles Wattmeter mit geringerem cos ϕ
(0,1-0,2) dessen Spannungspfad direkt an der Sekundärwicklung des Transformators angelegt wird.
Mit dieser Anordnung läßt sich die Leistungbilanz wie folgt formulieren:
U2 U2
PW = Pfe +
+
RW RV
wobei:
PW – die Anzeige des Wattmeters;
Pfe – der Wirkleistungverbrauch im Magnetisierungskreis (Eisenverluste)
U2/RW-die Wirkleistungsverluste im Wattmetersspannungspfad
U2/RV- die Wirkleistungsverluste auf Grund Innenwiderstandes des Voltmeters.
1.1. Bestimmung der spezifischen Eisenverluste
Man soll die spezifische Eisenverluste bestimmen für eine sinusförmige Speisespannung der
Schaltung im Bild 1, für drei verschidene Eisenblechetypen:
Typ A- Schwach dotierte Eisenbleche
Typ B- Stark dotierte Eisenbleche
Typ C- Kalt laminierte Eisenbleche
Die Messungen sollen bei Bmax = 0,3; 0,6; 0,8; 1; 1,2; 1,5 T durchgeführt werden. Schließlich soll
man die graphische Darstellung der Funktion p = f ( Bmax ) für alle drei Elektroblechtypen anfertigen.
1. 2. Aufteilung der Magnetisierungsverluste
Man soll die Anordnung mit einer nichtsinusförmigen Spannung einspeisen. Die
Magnetisierungverluste werden dann bei Bmax =1,2 şi 1,5T nach
p fe = p h + p ct = c1 k f + c 2 k 2f
unterschieden. In der oberen Gleichung Pct sind die Wirbelstromverluste bei dem Formfaktor
kf1=1.11:
P − P1
P2 − P1
1
,
234
Pct = k 2f 1 2 2
=
k f 2 − k 2f 1
k 2f 2 − 1,234
2. Benötigte Anlagen und Meßgeräte
1
Man soll die Schaltung im Bild verwenden:
wobei benutzt man:
- Eine Wechselspannungsquelle 127V;
T: Transformator 127/(40-60)V,
- ATR: Sparrtransformator;
- V1- Dreheisenvoltmeter (7,5 - 60)V;
- V2- Drehspulvoltmeter mit Gleichrichtern ;
- A: Ampermeter (2 - 5)A;
- W: elektrodynamiksches Wattmeter; (cos ϕ)nom = 0,1; (30 -300)V/ (2,5-5)A,
- Epsteinrahmen 25cm
- Re - Normalwiderstand 0,1 Ω,
- R - Drehwiderstand 100Ω/5A
- Oszilloskop
3. Durchführung des Versuches
Man wiegt m ≅ 1Kg Eisenblech aus dem jeweiligem Typ und führt sie in die vier
Epsteingerätezweige ein; Dann sollen die folgende Messungen durchgeführt werden:
3.1. Bestimmung der spezifischen Eisenverluste
Man muß die Messungen bei bestimmten Amplituden der sinusförmigen Induktion durchführen.
Statt direct die magnetische Induktion Bm zu bestimmen, berechnet man die entsprechende
induzierte Sekundärspannung und führt dann die benötigte Messungen durch:
U 2 = 4.44 ⋅ Bm ⋅ f ⋅ A ⋅ N 2
wobei:
- Bm: die Amplitude der sinusförmigen magnetischen Fulssdichte
- A: die Fläche des Querschnittes der Tolen (Durchschnitt eines Paketes von Tollen)
- f: die Spannungsfrequenz
- N2: Windungsanzahl im sekundären Kreislauf des Epsteingerätes; N2=700.
Die Fläche A läßt sich bestimmen aus:
2
m
ld
wobei : m – die Masse der Elektrobleche; l = 4x0,28m – die Gesamtlänge des magnetischen
Kreises; d- die Dichte der Bleche:
A=
Typ A- Schwach dotierte Eisenbleche : d=7750 kg/m3;
Typ B- Stark dotierte Eisenbleche d=7550 kg/m3;
Typ C- Kalt laminierte Eisenbleche: d= 7600 kg/m3
Erstens wird den Kern demagnetisiert, durch das Erhöhen der Sekundärspannung bis ungefähr 35V
mit anschließender Reduktion der Sekundärspannung bis 0 V.
Die Wattmeterkonstante lößt sich berechnet als:
cw =
U n I n cos ϕ n
α max
=
0,1U n I n
α max
⎛W⎞
⎟
⎜
⎝ div ⎠
mit cos ϕ n = 0.1
Von dem Sparrtransformator wird die Spannung so eingestellt, daß das Voltmeter die berechneten
Werte von U2 anzeigt. Nach jeder solchen Einstellung wird die bemesene Leistung vom Wattmeter
abgelesen. Diese Leistung stellt nicht nur die Leistungsverluste im Sekundärkreis der
Epsteinschaltung sondern auch die von den inneren Widerständen der Messinstrumente
verursachten Verluste (Wattmeter und Voltmeter) dar.
Die spezifische Unmagnetisierungsverluste werden für sinusförmige Spannungsquelle berechnet:
wo:
p = P/m'
m' = (lm/4)m = (0,235/0,280) m
m ist die gesamte Masse der Elektrobleche.
m' ist die konventionelle Masse der Elektrobleche
Die Versuchen sollen für die Werte Bmax = 0,3; 0,6; 0,8; 1; 1,2; 1,5 T durchgeführt werden.
Dann fühlen Sie die folgende Tabelle aus:
Nr
Bmax
f
m
d
A
U2
I1
Rv
Rw
Pw
U²2/Rw
U²2/Rv
P
p
T
Hz
kg
kg/
m3
m²
V
A
Ω
Ω
W
W
W
W
W/k
g
1
2
3
4
5
6
3.2. Aufteilung der Magnetisierungsverluste
3
Durch eine Serienschaltung mit einem Widerstand von 80÷100)Ω, kann man eine
Verzerrung der Speisespannung erhalten (nichtsinusförmiger Verlauf, d.h. ein Formfaktor kf >1.11).
Die Leistungsverluste hängen von dem Formfaktor ab lautend:
p fe = p h + p ct = c1 k f + c 2 k 2f
Die Wirbelstromverluste, für eine Bestimmte Induktion, kann man berechnen aus:
P − P1
P2 − P1
1
,
234
Pct = k 2f 1 2 2
=
k f 2 − k 2f 1
k 2f 2 − 1,234
wobei : P1 – die Eisenverluste für kf1= 1.11 (sinusörmiger Verlauf);
P2 - die Eisenverluste für kf2 > 1.11 (nichtsinusörmiger Verlauf);;
kf2 - factorul de formă în regim nesinusoidal.
Die Hystereseverluste lassen sich dann berechnet aus:
Ph=Pfe-Pct
Um den Formfaktor kf2 zu bestimmen, benutzt man ein zweites Voltmeter (V2), diesmal ein
Drehspul messer mit Gleichrichtern und für Effektivwerte geeicht, mit dem man den Mittelwert der
sekundärspannung zu bestimmen:.
U
U med = V 2
1,11
wobei: UV2 ist die Anzeige des Voltmeters V2. Dann kann man den Formfaktor bestimmen aus:
kf =
U
U
= 1,11 V 1
U med
UV 2
wobei: UV1 ist die Anzeige des Voltmeters V1.
Dann kann man die Eisenverluste bestimmen aus der Wattmeteranzeige Pw:
U 2V1 U 2V1 U 2V1
P2 = Pw −
−
−
R w R V1 R V2
Die Werte sollen in der folgenden Tabelle eingetragen werden:
Bleche
typ
Bmax
I1
Umed
UV1
UV2
T
A
V
V
V
kf
PW
W
P2
nesin
W
P1
sin
W
Pct
Ph
W
W
4

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