Eisenverluste

Als Eisenverluste bezeichnet man die Magnetisierungsverluste, die in den ferromagnetischen Bauteilen einer elektrischen Maschine entstehen. Magnetische Wechselfelder haben eine ständige Ummagnetisierung zur Folge. Ohne diese Magnetfelder können diese Maschinen nicht funktionieren. Die Eisenverluste sind stark von der Qualität und von den Abmessungen (Dicke) der verwendeten Bleche abhängig. Die Verluste werden in Wärme umgewandelt. Die Eisenverluste werden im Leerlaufversuch ermittelt.

Grundlagen

Legt man eine Wechselspannung an eine Spule mit Eisenkern an, dann entstehen Magnetisierungsverluste, die sich aus den Ummagnetisierungsverlusten und den Nachwirkungsverlusten zusammensetzen. Die Ummagnetisierungsverluste setzen sich zusammen aus den Wirbelstromverlusten und den Hystereseverlusten. Wirbelstromverluste entstehen im Spulenkern durch Induktionsströme, wenn der Kern aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht. Hystereseverluste entstehen durch die Arbeit, die aufgebracht werden muss, um den Spulenkern im Rhythmus der Frequenz umzumagnetisieren. Nachwirkungsverluste erfassen das zeitliche Nacheilen der Induktion hinter einer vorangegangenen Feldänderung. Für hohe Flussdichten sind sie gegenüber den vorstehenden Verlusten (Hysterese- und Wirbelstromverlusten) zu vernachlässigen. Zur Kennzeichnung einer Blechqualität werden in der Praxis diese Verlustarten zu einer Gesamtverlustziffer v_1,0 bzw. v_1,5 zusammengefasst. Der Index bezeichnet dabei den Scheitelwert der Flussdichte von 1,0 T bzw. 1,5 T.

Der Aufbau des Eisenkerns mit isolierten Blechen mindert die Wirbelstromverluste.

Messung der Verluste

Für die Ermittlung dieser Werte gelten als Bezugsbedingungen:

• eine sinusförmige Wechselmagnetisierung mit B=1 T oder B=1,5 T
• eine Frequenz von 50 Hz

Die Bestimmung der Verlustziffer erfolgt messtechnisch im sogenannten Epsteinrahmen an genormten Blechproben.

Berechnung

Die Eisenverluste der Masse $m$ errechnet man bei von den Nennwerten abweichenden Betriebsgrößen $B$ und $f$ aus:

$P_\text{Fe} = m_\text{Fe} \cdot v_\text{1,5} \cdot \left( \tfrac{B}{1,5 T}\right)^2 \cdot k_f \cdot k_B$

Die unterschiedlichen Abhängigkeiten der Verlustanteile von der Frequenz, werden durch den Frequenzfaktor $k_f$ in der Näherung

$k_f = (\tfrac{f}{50 Hz})^{1,6}$

berücksichtigt.

Mit dem Bearbeitungszuschlag

$k_B \approx 1{,}3$

werden die Wirkung des Stanzens und sonstige Einflüsse erfasst.

Literatur

• Rolf Fischer: Elektrische Maschinen. 12. Auflage, Carl Hanser Verlag, München und Wien, 2004, ISBN 3-446-22693-1
• Günter Springer: Fachkunde Elektrotechnik. 18.Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Wuppertal, 1989, ISBN 3-8085-3018-9
• Paul E. Klein: Netztransformatoren und Drosseln. 5. neu bearbeitete Auflage, Franzis Verlag, München, 1979, ISBN 3-7723-1065-6
• Jens Lassen la Cour: Leerlauf- und Kurzschlußversuch in Theorie und Praxis. Habilitationsschrift, Druck von Friedrich Vieweg und Sohn, Braunschweig 1904
• Karl Küpfmüller, Wolfgang Mathis, Albrecht Reibiger: Theorethische Elektrotechnik. 18. Auflage, Springer Verlag Berlin Heidelberg 2008, ISBN 978-3-540-78589-7

Weblinks

• Erwin Meyer: Die Eisenverluste in elektrischen Maschinen (zuletzt abgerufen am 9. Juli 2012)
• Erläuterung (zuletzt abgerufen am 9. Juli 2012)