Вращающийся трансформатор Советский патент 1988 года по МПК H02K24/00 

оо со

4

СО 4

Oi

10

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создайии высокоточных информационных электрических микроматин типа вращающиеся трансформаторы (ВТ).

Цель изобретения - повьшение точности ВТ путем устранения высшей гармоники порядка К взаимоиндукции обмоток статора и ротора.

На чертеже представлена принципиальная схема взаимного расположения элементов предлагаемого трансформатора.

ВТ содержит магнитопровод стато- 5 ра 1 с числом пазов z и магнитопро- ротора 2 с числом пазов z .

На магнитопроводах расположены обмотки 3 и 4, имеющие р пар полюсов. На каждом магнитопроводе может располагаться по две одинаковые квадратурные обмотки. Одна из этих обмоток (например, обмотка статора 3) вьшол- нена синусоидальной, т.е. число витжению точности синусной зависимости выходного сигнала от угла поворота статора.

Физическая основа повышения точности ВТ заключается в следующем.

Кривая.распределения НС вдоль воз дущного зазора для синусоидальной обмотки не содержит гармоники порядка К при следующих условиях:

11

F(e/)cos Kd( dd 0;

о

М

F(c) sin Кс/ О,

о

2П

(О

20

где F(o() - распределение НС вдоль воздущного зазора;

К z п ± р, п 1,2,3...}

z - число зубцов второго магнитопровода (ротора). Так как витки обмотки соединены последовательно и по ним протекает ток I, распределение НС пропорциомагнитопровода определяется по выражению

ков в секциях, охватывающих i-й зубец25 нально закону распределения витков

на зубцах магнитопровода. Функция F(o() может быть представлена в виде ступенчатой кривой. Значение этой функции против i-ro зубца магнитопровода равно

Wi

где i - номер зубца (1 ,2,3,. . . ,z) ; максимальное число проводников в секции;

р - число пар полюсов обмотки; о((- угловое расположение оси i-ro зубца.

При расчете распределения чисел витков В секциях получаются дробные значения . Для вьшолнения обмотки в известных ВТ расчетные значения округляются до ближайщего цело- . го числа.

В результате этого в намагничивающей силе (НС) обмотки появляется полный спектр высщих гармоник.

Обмотка 4, расположенная на другом магнитопроводе (например, на роторе) может быть любого типа: зубец- полюс , синусоидальная и пр.

НС этой обмотки, помимо гармоники Р, содержит высшую гармонику К, которая обусловлена дискретностью распределения витков в пазах магнитопровода и которая в сравнении с другими высшими гармониками имеет максимальную амплитуду.

В известных ВТ взаимодействие К-х гармоник НС первичных и вторичных обмоток (3 и 4) приводит к сни30

F;(

I W;

(2)

35

Подставив (2) в равенство (l) и вьтолнив некоторые преобразования, получают

г

F(o()cosKe(d«( l5I W;COSKc do

if 1 J

ill

40

Kff

sin - - z

-

1-1

w, cosKo(. 0;

45

21

SO

|F(o)sinKo(doC

2

Z

,-A

lXI W. sinKo do

т . K

Isin

z

-(..1

1

Wj sin Ko(0 .

55

К Опуская постоянные множители, эти равенства, можно записать в виде

z

w; COS Ко(,- 0;

ui

2

W sin К /; О .

(3)

жению точности синусной зависимости выходного сигнала от угла поворота статора.

Физическая основа повышения точности ВТ заключается в следующем.

Кривая.распределения НС вдоль воз- дущного зазора для синусоидальной обмотки не содержит гармоники порядка К при следующих условиях:

11

F(e/)cos Kd( dd 0;

о

М

F(c) sin Кс/ О,

о

2П

где F(o() - распределение НС вдоль воздущного зазора;

К z п ± р, п 1,2,3...}

z - число зубцов второго магнитопровода (ротора). Так как витки обмотки соединены последовательно и по ним протекает ток I, распределение НС пропорциоF;(

I W;

(2)

Подставив (2) в равенство (l) и вьтолнив некоторые преобразования, получают

г

F(o()cosKe(d«( l5I W;COSKc do

if 1 J

ill

Kff

sin - - z

-

1-1

w, cosKo(. 0;

5

21

O

|F(o)sinKo(doC

2

Z

,-A

lXI W. sinKo do i i

т . K

Isin

z

-(..1

1

Wj sin Ko(0 .

5

К Опуская постоянные множители, эти равенства, можно записать в виде

z

w; COS Ко(,- 0;

ui

2

W sin К /; О .

(3)

Следовательно, выполнение равенства (3) приводит к тому, что обмотка не взаимодействует с гармоникой порядка К НС другой обмотки, расположенной на втором магнитопроводе. Выполнение равенства (3) производится путем округления расчетных чисел витков большинства секций до ближайшго целого числа и округления в про- тивоположиую сторону у четного числа оставгаихся секций. При этом не требуется подключения дополнительных сопротивлений.

Предлагаемый ВТ дает возможность повысить точность воспроизведения синусной зависимости выходного сигнала от угла поворота ротора за счет устранения взаимоиндукции между первичной и вторичной обмотками по од- ной из высших пространственных гармоник НС статора и ротора. Если одна из обмоток (например, обмотка возбуждения) выполнена по типу зубец- полюс, то число зубцов ее магнитопро вода равно 2р и она содержит помимо основной Р-й гармоники НС также гармоники порядка ЗР,5Р,7Р и т.д.

Известно, что амплитуды гармоник убывают пропорционально квадрату номера гармоники, поэтому обмотка зубец-полюс имеет следующие амплитуды высших гармоник:

-i (3)

ТГ« ЧГ -

V 5 - (5Р)

F;

ш

F7

(7Р)

1

где F,, - амплитуда Р-й гармоники НС.

Следовательно, наибольшую амплитуду имеет гармоника порядка ЗР и ее влияние на точность многополюсного ВТ максимально.

Поэтому при наличии обмотки возбуждения типа зубец-полюс предлагаемый ВТ с целью устранения влияния гармоники НС порядка , ЗР имеет: выходную синусоидальную обмотку, распреде- ления чисел витков которой удовлетворяет соотношению

2

.

COS ЗР О

, ЗР 0,. О -

Выполнение этих равенств обеспечивает устранение в НС выходной обмотки гармоники порядка ЗР, а следовательно исключает влияние гармоники этого порядка обмотки зубец-полюс на точность ВТ.

Если ВТ имеет синусоидальные обмотки на статоре, имеющем z, зубцов, и на роторе, имеющем z зубцов, то наибольшее влияние на снижение точности ВТ оказывает гармоника НС статора, имеющая порядок Zj - р, и гармоника НС ротора, имеющая порядок

Z,- р, где

числа пазов магни-

топроводов ротора и статора. Поэто- му числа витков секций обмотки статора такого ВТ должны удовлетворять условияю

«м

Zl

W, COS (z,- р)о(. 0; w.sin( p)o(j О,

a числа витков секций обмотки должны удовлетворять условию г W; cos ( р)о/; 0;

г Г

W

1 1

sin (z,- p)of. 0.

30 Формула изобретения

Вращающийся трансформатор, содержащий магнитопроводы статора и ротора, один из которых выполнен с числом пазов Z, в которых расположена синусоидальная обмотка с числом пар полюсов р, число витков которой,. ох ватьшающих зубцы магнитопроводов, определено выражением

35

40

W

w. COS pd5

0

где W

W,

o i

-число витков, охватывающих i-й зубец;

-максимальное число витков, охватывающих зубец магнито- провода;

-номер зубца (i 1,2,.,.,

z);

-угловое расположение оси i-ro зубца

с округлением расчетных чисел витков до целых значений, оуличаю- щ и и с я тем, что, с целью повыше- g ния точности путем устранения высшей гармоники порядка К, взаимоиндукции обмоток статора и ротора ,числа витков, охватывающих зубцы магнитопрово- да, удовлетворяют соотношениям

w.cog 0;

1394346

где К

1 1

2

Tlw.sin Ко( « О, 111

z ntp число пазов другого

магнитопровода; п « 1,2,3с...

Изобретение относится к электрическим машинам автоматических систем и вычислительной техники и может быть использовано при создании вращающихся трансформаторов (ВТ), фазовращателей и других информационных электрических магаин. Целью изобретения является повышение точности путем уст- ранения высшей гармоники порядка К взаимоиндукции гармоник. ВТ содержит один магнитопровод ротора или статора с и зубцами, на которых расположе-i на синусоидальная обмотка барабанного -типа с парами полюсов. Числа витков синусоидальной обмотки удовZ летворяют условиям 5Z W .cos О , г ,i W;sin Kc(j о, где i - номер па- Ui за, К z ntp, п 1,2,3,...,2 - число зубцов второго магнитопровода. Для случая, при котором вращающийся трансформатор на втором магнитопро- воде имеет обмотку типа зубец-полюс, числа витков синусоидальной обмотки первого магнитопровода удовлетворяют тем же условиям при К 3р. Для случая, при котором вращающийся трансформатор имеет второй магнито- провод с числом зубцов Zj, несущий синусоидальную обмотку, числа витков синусоидальной обмотки первого магнитопровода удовлетворяют тем же условиям при К р. 1 ил. S (Л

А

II

17

Е

llu