Titelaufnahme

Titel
Gleichfeld- und Dynamikeffekte auf elliptisch bzw. rhombisch rotierende Magnetisierung von anisotropen weichmagnetischen Materialien / von Damir Šabić
VerfasserŠabić, Damir
Begutachter / BegutachterinPfützner, Helmut ; Mulasalihović, Edin
Erschienen2011
Umfangvi, 88 Bl. : Ill., zahlr. graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2011
Anmerkung
Zsfassung in engl. Sprache
SpracheDeutsch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Rotierende Magnetisierung / Ummagnetisierungsverluste / Gleichfeld / Dynamikeffekte / Magnetisierungsdynamik / kornorientiertes SiFe / Rotational Single Sheet Tester
Schlagwörter (EN)rotational magnetization / magnetic losses / DC bias / dynamics effects / magnetization dynamics / grain oriented SiFe / rotational single sheet tester
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-44142 Persistent Identifier (URN)
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Gleichfeld- und Dynamikeffekte auf elliptisch bzw. rhombisch rotierende Magnetisierung von anisotropen weichmagnetischen Materialien [4.54 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die im Kern moderner Leistungstransformatoren auftretenden Ummagnetisierungsverluste zählen zu den wichtigsten Parametern, nach welchen die weichmagnetischen Materialien herstellerseitig optimiert werden können. Die vorliegende Arbeit hatte zum Schwerpunkt ihre Untersuchung und Erfassung am sogenannten Rotational Single Sheet Tester (RSST), einer Magnetisierungsvorrichtung für hochreproduzierbare Generierung von Magnetisierungsmustern. Die Messungen erfolgten für zwei Materialtypen - konventionell kornorientiertes M-5 und laserbehandeltes hochkornorientiertes 23ZDKH90 - unter alternierender (AM) und rotierender Magnetisierung (RM) sowohl bei reiner AC-Erregung, als auch unter Beaufschlagung einer zusätzlichen DC-Erregung. Die letztere sollte den Einfluss von geomagnetisch induzierten Strömen (GICs) simulieren, welche als Folge solarer Winde auftreten und die Leistungstransformatoren gefährden können. Zur Erhöhung der Messgenauigkeit wurde zusätzlich zu den a priori vorhandenen elektrodynamischen Verlustmessverfahren - der Spulen- und Spitzenmethode - eine neue Variante der thermischen Methode entwickelt und eingesetzt. Sie wies höhere Genauigkeit auf als die zwei elektrodynamischen Messprinzipien und wurde deswegen für Messungen unter reiner AC-Erregung, aber insbesondere unter zusätzlich überlagerter DC-Erregung eingesetzt.

Die beiden untersuchten Materialien wiesen für AM in Vorzugsrichtung (RD) bei reiner AC-Erregung grundsätzlich kleinere Verluste auf als für RM. Für AM in transversaler Richtung (TD) ergaben sich höhere Verluste als in RD - ein Umstand, der die Anisotropie des Materials verdeutlicht.

Unter RM wurden Magnetisierungsmuster kreisförmiger, elliptischer, achsen- und zentralsymmetrisch-rhombischer Form simuliert. Die resultierenden Verluste lagen zum Teil um bis zu 130 % über jenen der AM. Dabei stellte sich der Einfluss der Induktionskomponente B(HD) in harter Richtung (HD) als besonders wichtig heraus. Zunehmende Länge des Vektors B(HD) führte zu deutlichen Verlustanstiegen. Bei annähernder magnetischer Sättigung kam es aber zu Verlustabnahmen. Die letztere Erscheinung wurde bei zentralsymmetrisch-rhombischen Mustern beobachtet. Die zusätzliche DC-Überlagerung bewirkte - unabhängig vom Magnetisierungsmuster und Material, solange die Sättigung nicht auftrat - Verlusterhöhungen. Diese korrelierten eindeutig mit der Stärke des eingeprägten Gleichstromes. Letztendlich wurden bei RM Dynamikeffekte im Zusammenhang mit der maximal aufkommenden Winkelgeschwindigkeit omega(max) des Induktionsvektors untersucht. Simuliert wurden elliptisch und zentralsymmetrisch-rhombisch rotierende Magnetisierungsmuster mit je zwei unterschiedlichen Werten omega(max). Für gesteigertes omega(max) ergaben sich Verlustzunahmen, die sich mit gesteigerten Wirbelstromverlusten deuten lassen.

Zusammenfassung (Englisch)

The core loss of modern power transformers can be seen as one of the most important parameter for which soft magnetic materials can be optimized by manufacturers. The present diploma thesis was focused on analysis and measurement by a so-called Rotational Single Sheet Tester (RSST), a magnetizing apparatus for generation of highly reproducible induction patterns. Measurements were taken on two types of material - conventionally grain oriented M-5 and laser scribed highly grain oriented 23ZDKH90 - both under alternating magnetization (AM) and rotational magnetization (RM), for pure AC-excitation as well as for application of additional DC-excitation. The latter should simulate the impact of geo-magnetically induced currents (GICs) which result from solar winds and which may affect power transformers in severe ways. Loss measurements were performed by means of two electro-dynamic techniques - i.e. the search coil method and the needle method. As an alternative setup, a thermal technique was developed and applied. It proved to show increased accuracy in those cases of induction patterns which involve very high intensity of magnetic field. In special, this is given for additionally applied DC-excitation.

For AM in rolling direction (RD) under pure AC-excitation, both investigated materials yielded lower losses than in the case of RM. For AM in transverse direction (TD), higher losses were measured as in the case of AM in RD. This illustrates the significant role of the anisotropy of the given materials. Under RM, patterns of circular, elliptic, rhombic and oblique rhombic shape were simulated. Compared to AM, the resulting losses showed increases up to about 130 %. The results indicate a distinct role of the induction component B(HD) in hard direction (HD). Rising modulus of the vector B(HD) yielded considerable loss increases. Though, approaching magnetic saturation revealed loss decreases, a phenomenon which was observed in special for oblique rhombic magnetization patterns.

Additionally applied DC-excitation caused increased losses, regardless of the given type of material and induction pattern (apart from cases of approaching saturation). A correlation between losses and superimposed DC intensity was given in a clear way.

Finally, dynamic effects were investigated in relation to the maximal angular velocity omega(max) of the induction vector. Elliptic and oblique rhombic patterns were simulated for two different values of omega(max). Rising omega(max) yielded loss increases which can be interpreted by increases of eddy current losses.