Praktische Bedeutung rotierender Magnetisierung für das Entstehen von Energieverlusten laminierter Maschinenkerne

Abstract

Ziel der Arbeit war es, die Relevanz von rotierender Magnetisierung (RM) festzustellen. Das Phänomen von RM tritt vor allem in der T-Verbindung zwischen Joch und Mittelschenkel in Transformatoren und in den Übergangsbereichen zwischen Statorzähnen und Statorrücken in drehenden Maschinen auf. Um die Magnetisierungsmuster und Verluste im Inneren eines magnetischen Kerns feststellen zu können, müssen viele Messungen im gesamten magnetischen Kern durchgeführt werden. Dafür kommt nur die Spitzenmethode in Frage, die die weichmagnetischen Laminierungen im Gegensatz zur Spulenmethode nicht zerstört. Damit unter realen Bedingungen bei Vorhandensein von Off-plane Fluss die Spitzenmethode eingesetzt werden kann, wurde in dieser Arbeit ein zweiseitiger 6-Punkt-Spitzensensor entwickelt. Dieser neue Sensor vermeidet die Verfälschungen, die bei einer einseitigen Spitzenmessung auftreten und liefert verlässliche Verlustmessungen und Magnetisierungsmuster. Dies wurde an einem Modelltransformator überprüft. Für verschiedene magnetische Materialien wurden systematische Verlustmessungen bei elliptischen Magnetisierungsmustern abhängig vom Achsenverhältnis an einem Rotational Single Sheet Tester (RSST) durchgeführt. Damit stehen einheitliche Daten von Verlusten über magnetische Materialien (nicht-orientierte, kornorientierte und hochkornorientierte) bei RM zur Verfügung. Durch die Zusammenführung der unter definierten Bedingungen gemessenen Verluste und der Magnetisierungsmuster im Modelltrafo konnte der Beitrag von RM zu den Verlusten abgeschätzt werden. Die Verluste aufgrund von RM können an einzelnen Stellen zu einer Verdoppelung des Verlusts gegenüber den nominellen Verlusten führen. Im Kontext des gesamten Kerns ist allerdings die Relevanz von RM gering. Die wenigsten Bereiche eines Transformators weisen RM auf. Die Verlusterhöhung im gesamten magnetischen Kern beträgt daher im Mittel weniger als 5%.<br />

The aim of this work was to determine the relevance of rotational magnetisation (RM). The phenomenon of RM arises mainly in the T-joint between yoke and inner limb in transformers and in the region between stator teeth and stator back in rotating machines. In order to determine the magnetisation patterns and losses in the inner core a series of measurements must be done in the complete magnetic core. The needle method has to be considered, because it doesn't destroy the soft-magnetic laminations compared to the search coil method. In order to use the needle method under real conditions with the appearance of off-plane flux, a double sided 6-point needle sensor was developed. This new sensor doesn't show the artefacts, which emerge in case of a one-sided measurement and provides reliable loss measurements and magnetic patterns. This was assured at a model transformer.<br />Systematic loss measurements were accomplished with a rotational single sheet tester (RSST) with various materials under elliptic patterns dependent on axis ratio. This provides consistent data about losses of magnetic materials (non-oriented, grain-oriented, highly grain-oriented) on RM. The contribution of RM to the losses was estimated through the combination of the measured losses under defined conditions and the magnetisation patterns of the model transformer. In distinct areas the losses due to RM can be twice as high as the nominal loss. However, in context of the complete core the relevance of RM is low. Just a few regions show RM. The increase of loss in the overall core adds up to less than 5%.<br />