Двухполюсный вращающийся трансформатор Советский патент 1991 года по МПК H02K24/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании высокоточных информационных электрических машин.

Целью изобретения является повышение точности воспроизведения синусно- косинусных зависимостей вращающегося трансформатора (ВТ).

На фиг. 1 показан принцип построения конструкции ВТ; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема.

ВТ состоит из соосно расположенных неподвижного корпуса статора 1 (фиг.1), несущего магнитопровода 2 и поворотного корпуса 3 ротора, несущего магнитопровод 4. На магнитолроводах 2 и 4 статора и ротора размещены обмотки 5.

Магнитолроаоды ротора и статора несут на себе по две синусоидально распределенные обмотки, сдвинутые по положению осей на магнитопроводе на 90° (квадратурные обмотки). Обмотки по типу могут быть любыми (кольцевыми или барабанными).

На роторе размещены обмотки 6 и 7 (фиг.2), на статоре - обмотки 8 и 9. ВТ может возбуждаться как со стороны роторных обмоток, так и со стороны статорных обмоток. В рассматриваемом примере будем считать обмотки 6 и 7 - обмотками возбуждения, а обмотки 8 и 9 - соответственно выходными синусной и косинусной обмотками.

В ВТ один из магнитопроводов (например, ротора) имеет четное число zi пазов, а другой магнитопровод (например, статора) имеет нечетное число za пазов. При этом число должно быть кратно произведению простых чисел ai и 32, имеющихся в разложении на простые множители соответственно чисел zi-1 и z-t+1.

Возможные сочетания zi и zs, удовлетворяющие указанным требованиям среди чисел не превышающих 60-ти, приведены в табл. 1.

Согласно существующей теории расчета синусоидально распределенных двухполюсных обмоток числа проводников в пазах

О N х| vj 00

со

магнитопровода каждой обмотки определяются в соответствии с выражением:

NI Nm cos at ,(1)

где I - номер паза;

NI - число проводников в i-м пазу; Nm - максимальное число проводников в пазу;

05 - угловое расположение оси 1-го паза. Для получения равенства параметров и одинакового закона распределения проводников по пазам квадратурных обмоток, значения а следует определять выражением я , 2.Jtt, z

oi ).

(2)

где z - число пазов магнитопровода, несущего обмотку.

Полученное при расчете по выражению (1) значения имеют положительный или отрицательный знак, что соответствует протеканию по ним тока одного или противоположного знака при подведении напряжения к рассчитанной обмотке.

Однако при округлении расчетных значений до целых чисел нарушается синусоидальное распределение проводников по пазам и появляется дополнительный спектр гармоник, которого не должно быть при чисто синусоидальном распределении. Из этого дополнительного спектра наиболее опасным (влияющим на точность ВТ) являются те гармоники обмоток данного магнитопровода, (например, статора), которые есть в спектре гармоник другого магнитопровода (например, ротора) при чисто синусоидальном распределении проводников по пазам.

Наиболее сильными, искажающими точность двухполюсного ВТ, являются гармоники порядка zi±1 и Z2±1.

В отличие от известного в предлагаемом устройстве при округлении расчетных чисел проводников каждой статорной обмотки до целых чисел должны быть выполнены соотношения

N1+ N1 + N1 +2а1+ . . . + N1 + Z2 - af °: N2 + 81+ N2+281+ . . . + N2 + 22 - аГ 0:

Na1 + N2ai +N3al + + NZ2 0;

N1 + N1 + 82+N1 + 2a2+- + N1 +22 -82 0:

N2+N2 + a2 + f 2 4- 2a2 + + N 2 + Z2 - a2 0:

N32 + N2a2+N3a2+- - + N22 0,

(3)

где NI - число проводников обмотки в i-м пазу, имеющее знак выражения cos лг/4 + + 2 - 1) ;

i - номер паза.

Предлагаемая конструкция ВТ обеспечивает подавление во взаимной индукции первичных и вторичных обмоток гармоник

Z1±1 HZ2±1.

Поясним выполнение соотношений при

округлении обмоток на конкретном примере выполнения Вт.

Возмем числа пазов магнитопроводов ротора и статора, удовлетворяющие изло- 0 женным признакам , . Зададим Nm и ротора и статора, равным десяти. Для обмоток статора . Эти множители имеются в числах и .

Используя выражения (1) и (2) рассчиты- 5 вают распределение проводников по пазам одной обмотки статора. Расчет представлен табл. 2 (графы 1-5).

Квадратурную обмотку рассчитывать не надо, так как закон ее распределения будет 0 тем же при нумерации пазов в противоположном направлении (это следует из задания отсчета углов по выражению 2).

В графе 5 табл. 2 приведены рассчитанные и округленные до целых значений числа 5 проводников в пазах статора. При округлении соблюдено равенство проводников одного и противоположного знака (направления намотки), что необходимо для возможности осуществления барабанной 0 обмотки, так как проводники одной барабанной секции, лежащие в разных пазах, имеют равные, но противоположные по знаку числа проводников.

Проверим рассчитанный закон на соот- 5 ветствие равенства (3) NI + NG Nii 0; N2 + N7 + N3 + Ne + Ni3 0; N4 +№ + 0 Ns + Nio+Ni5 0;

N1 + N4 + N7 + N10 + N13 0; N2 + N5 + Ns + N11 + N14 1;

N3 + 5+N9+ Nl2 + Nl5 1.

Как видно, равенства (3) выполнены не 5 полностью и требуется переокругление чисел проводников в пазах.

После переокругления чисел проводников (в шестом пазу вместо Ne -10 установлено Мб -9 и в 11-ом пазу вместо Nti 3 0 установлено равенства (3) удовлетворены полностью. Окончательные значения чисел проводников в пазах магнитопровода приведены в графе 6 табл. 2.

Справедливость подавления гармоник 5 zi±1 и Z2±1 подтверждается следующим.

Выбор значений zi четным и Z2 нечетным обеспечивает подавление во взаимной индукции первичных и вторичных обмоток гармоник 22±1, так как двухполюсные синусоидально распределенные обмотки, распределенные на магнитопроводе с четным числом пазов не имеют в разложении их намагничивающих силах четных гармоник, а гармоники Z2±1 при нечетном гг будут четными.

Подавление гармоник zi±1 подтверждается выполнением известных из теории условий подавления К-й гармоники в намагничивающих силах обмотки для рассчитанного распределения проводников NI, при подстановке в выражения (4), и i номеров пазов магнитопровода статора:

NI cos К - i 0;

i 1

NislnK-- l 0.

Трансформатор работает следующим образом.

При подаче напряжения переменного тока на обмотку 6 в зависимости от углового положения ротора а. на синусной выходной обмотке 8 наводится напряжение, пропорциональное sin or, а на косинусной обмотке 9 наводится напряжение, пропорциональное cos а.

При подаче напряжения на обмотку 7 на выходных обмотках 8 и 9 находятся напряжения, пропорциональные sin (a + 90°) и cos (a+ 90°) соответственно.

Данное техническое решение позволяет существенно повысить точность воспроизведения синусно-косинусных за

10

15

висимостей по сравнению с известным за счет полного исключения искажающих связей первичных и вторичных обмоток по низшим (наиболее сильным) гармоникам zi±1 и Z2±1, имеющимся в намагничивающих силах отдельных обмоток.

Формула изобретения Двухполюсный вращающийся трансформатор, содержащий магнитопроводы ротора и статора, несущие синусоидально распределенные обмотки, один из которых, преимущественно ротора, имеет четное число zi пазов, а другой, преимущественно статора, - нечетное число 22 пазов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, Z2 кратно произведению простых множителей ai и 32, имеющихся в разложении на простые множители соответственно чисел zi-1 и zi+1, а числа проводников е пазах магнитопровода с нечетным числом пазов для каждой обмотки удовлетворяют соотношениям

N1+ N1 + aj + N1 +2Э1-1- . - . + N1 -f z2 - аГ ° N2 +N2+31- - N2+2ai+. . . + N2+42 - ai-0:

Nai + N2ai + N331 + . . . + NZ2 0,

N1+N 1 +32 +N1 +2a2 + . . +N1 +22 -ag 0;

N2+N2 +32 +N2 +2a2 + +z2 -82 0;

30

Na2 +N2a2+N3a2+---+ Nz2 0.

где NI - число проводников обмотки в i-м пазу, имеющее знак выражения cos я/4 + + 2 я/ц - i) , 35 где I - номер паза.

т

Таблица 1

20

25

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании высокоточных информационных электричзских машин. Целью изобретения является повышение точности двухполюсных вращающихся трансформаторов (ВТ). ВТ содержит один магнитопровод с четным числом zi пазов магнитопровода, другой - с нечетным числом 22 пазов магнитопровода, несущих на себе по две синусоидально распределенные обмотки. Число 22 кратно произведению простых множителей ai и аа, имеющихся в разложении на простые множители соответственно чисел zi - 1 и Z2 + 1. Числа проводников в пазах магнитопровода с нечетным числом п пазов для каждой обмотки удовлетворяют определенным соотношениям. 2 табл.2 ил.

Таблица 2

Фиг.1

Продолжение табл. 2

U03(K

fat. 2