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

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании высокоточных информационных электрических машин типа вращающийся трансформатор (ВТ).

Цель изобретения - повышение точности путем полного подавления е обмотках ротора гармоники порядка Z2 р обмоток статора (где Z2 - число зубцов магнитопровода статора) и в обмотках статора гармоники порядка Zi + р обмоток ротора (где Zi - число зубцов магнитопровода ротора).

На фиг.1 показан принцип построения конструкции предлагаемого многополюсного ВТ; на фиг.2 - обмотка ротора, пример

выполнения; на фиг.З - обмотка статора, пример выполнения.

ВТ состоит из соосно расположенных неподвижного корпуса статора 1 (фиг.1), несущего магнитопровод 2, и поворотного корпуса 3 ротора, несущего магнитопровод 4. На магнитопроводах 2 и 4 статора и ротора размещены обмотки 5. Обмотка установлена в пазах 6-30 ротора и в пазах 31-57 статора.

Оба магнитопровода 2 и 4 имеют числа зубцов, не кратные числу пар полюсов многополюсного ВТ, и несут на себе по две квадратурные (сдвинутые по положению на

магнитопроводе на - градусов) синусоидально распределенные обмотки.

Наиболее сильными из искажающих точность гармоник являются гармоники по- рядка Zi ± р и Z2 ± р. где Zt и Zz - числа зубцов соответственно магнитопроводов ротора и статора, в частности гармоники порядка Zi + р и Zz + р.

ВТ выполняют с числом зубцов магни- толровода ротора Zi, имеющим общий множитель ai с числом 7.1 + р, и с числом зубцов магнитопровода статора Zz. имеющим общий множитель 32 с числом Zi + р. Числа витков в секциях каждой обмотки ротора Wji, охватывающих зубцы магнитопровода. занумерованные через J1, должны удовлетZiворять - соотношениям

1 fx ,,. го, w

, Јг I+T,

а числа витков в секциях Wj2 каждой обмотки, охватывающих зубцы магнитопровода статора, занумерованные через J2. должны удовлетворять Z2/32 соотношениям Оа

х

и где i - переменная суммирования;

i - числа , принимающие в каждом равенстве по одному значению из совокупности 1,

ai

b - числа, принимающие в кэждом ра- венстве по одному значению из совокупности 1,2-;

32

Ј:

«-

(2)

Ci + - (i - 1) - числовые значения номе- ai

ров зубцов ji магнитопровода ротора:

Z2

(г + - (1-1) числовые значения номе-32

ров зубцов J2 магнитопроводэ статора.

Выполнение изложенных отличий многополюсного ВТ обеспечивает полное подавление в разложении Фурье намагничивающих сил (НС) обмоток ротора всех гармоник, кратные ai, включая гармоники Z2 + р (т.к. Z2 + р по условию кратно ai.), и в разложении Фурье НС обмоток статора всех гармоник, кратных 32, включая гармонику Zi + р.

Поясним устройство на конкретном примере его выполнения. Примем число пар полюсов р 8, число зубцов магнитопровода ротора Zi 25, число зубцов магнитопро- водз статора Z2 27, Wm 10 и для ротора, и для статора. Число зубцов магнитопровода выбраны так, что между числами Zi 25

0 5

0

5

5

0

0

5

0

5

и (Z2 + р) 27 + 8 35 имеется общий множитель ai 5, а между числами Z2 27 и Zi + р 25 + 8 33 имеется общий множитель

32 3.

Рассчитаем распределение одной обмотки ротора.

Расчет одной обмотки ротора представлен в табл.1, графы 1-5. Аналогичный расчет распределения одной обмотки статора предстэвлен в табл,2, грэфы 1-5.

В табл. 1 и 2 даны следующие обозначения: ji - номера зубцов ротора, г - номера зубцов статора. Ось первого паза считается под углом к началу отсчета 45 эл.град. Поэтому при расчете квадратурных обмоток их распределение будет пропорционально sin р а (т.к. смещение начала отсчета на 90 эл.град. косинус превратит в синус), что даст точно тот же закон распределения, но при обратном счете номеров зубцов,начиная с первого.

В графах 5 приведены округленные значения чисел витков, охватывающих зубцы ji ротора и J2 статора.

Проверим рассчитанный закон (графа 5, табл. 1) распределения витков обмотки ротора на удовлетворение равенства (1). Так как

Zi 25

- - 5, будет пять равенств.

31 о

Их левые части при ti 1

IV г,,. i.Wu5(

+ W,t +W,6+W21 7-2-5 +9-iO -l,

при ti 2

tV|«- 4W

+ W,a + W,T + WK -9- -Ю-6+0 + 6 1, при ti 3

7 . +

( е,§-;«-«) Јr s(i-i) 3 8

-t-W15-t-Wia-t-W23 -7 + iO-9- -5 0, при li 4

ZW z, ±W4.e(..0.W4+W,+

i-1 Ј, + -(.- , ,

+W14+W,, 0;

ft+5(

H

при f 1 5

a,s

WK+W,n+

swei.(Hrz:wS45(M)-w5

+Wlc + ,. -8 + + 3 0.

Как видно из вычислений равенства (1) выполнены неполностью.

После переокругления чисел витков, охватывающих зубцы 7 и 11, т.е. W установлено равным 9 вместо 10 и Wn установлено равным 4 вместо 5, равенства (1) будут удовлетворены и окончательный закон намотки приведен в графе 6. Это даст полное подавление в НС обмоток ротора гармоник, кратных 5, т.е. гармоник 5, 10, 15. 20 и т.д. включая гармонику 35 (Za + р). которую в обмотках статора подавить невозможно, т.е. можно подавить только с основной (р 8) гармоникой одновременно.

Проверим рассчитанный закон (графа 5, табл.2) распределения витков обмотки статора на удовлетворение равенства (2). Так

2.1 27 как - - 9. будет 9 равенств.

32 О

Их левые части

при Ь. - 1

агз

У д/ -. w

Ј е +§|и-1) )

W,+W, 743-10 0,

при Ь. 2 Qi3

(i-0

W

i

-We+wll+w,0«-(,

при fe 3

IVU«VZX «-.r

-W$ + W,t + W2, -2-7+10 1,

при b 4

a 2.

W

гС.

;

;W4,9(i-() VVW,3+W22MO-4-6 0,

.}

при b 5

ЈVfc -« w M

W5 + W1HWz3 -4-M°-6 0 при fc 6

fV- ;-0-tW- -W6 + NB + W24--e- + 4 -0, при fe 7

z:w zw7+9(1v0

«

0

Wr+W16 + Wes- 8-9 + 1 0, при h 8

, « W1r+W26 « з+7 - m - о,

при i 9

wvfe(.-o I ««-.

:-(0 + 5+5 0 .

l

W, + W,e + Wir

5 Как видно из вычислений равенства (2) удовлетворены неполностью и требуется корректировка распределения обмоток. Данные после изменения округления чисел витков до целых чисел с выполнением всех

0 равенств (2) приведены в графе б табл.2. Проведенные изменения: Вместо Wn 8 установлено Wn 9. Вместо Л/21 Ю установлено Wzi 9. Проведенные изменения распределе5 ния статорных обмоток дает полное подавление в их НС гармоник кратных 3, т.е. гармоник 3,6,9,12 и т.д., включая гармонику 33 (Zi + р), которую подавить в обмотке ротора невозможно, так как она подавляется

0 одновременно с подавлением основной (р + + 8) рабочей гармоникой.

Примеры выполнения обмоток по окончательным данным табл.1 и 2 (графы 6) приведены для ротора на фиг.2 и для статора на

5 фиг.З. На фиг.2 и 3 пазы магнитопровода занумерованы так, что первый зубец ротора расположен между пазами 6 и 7, второй зубец - между пазами 7 и 8 и т.д., а первый зубец статора расположен между пазами 31

0 и 32,второй - между пазами 32 и 33 и т.д. У лобовых частей обмоток против каждого зубца написаны числа охватывающих их витков, знак против чила обозначает направление намотки.

5 Подтвердим, что выполнение признаков новизны в виде выполнений определенных соотношений чисел зубцов и равенств (1) и (2) приводит к подавлению Zi + р и Z2 + р гармоник в НС обмоток ротора и

0 статора.

Кривая распределения намагничивающей силы вдоль воздушного зазора для синусоидально распределенных обмоток может быть представлена в виде

5оо

F(oc)42- + 2 Ukco5kct4-bk sin koo) ,

k- где 27-2ff

F(«t)Jcb , ak j F(et) cost del}

2 F(ot)sinko6doc, j

о

a - угол по расточке магнитопровода. Для подавления в НС гармоник k следует выполнить равенство нулю а и вк, что достигается равенствами й-ег

jF(oOeosl«x.clcc.Oj )5;nko6do(0 (3

оо

Так как витки каждой обмотки соединены последовательно и по ним протекает один и тот же ток I, распределение НС будет пропорционально закону распределения витков на зубцах магнитопровода.

Функция F(o) может быть представлена в виде ступенчатой кривой. Значения этой функции против зубца J магнитопровода будет равно

Fj(oHW,(4)

Подставляя (4) в левые части равенства

(3) и выполнив некоторые преобразования,

получим

„..

2

.г г

FMcoskotoVOS I W;coskoЈ.do(

i z - 4

b;nk|2LW:cosk«j

2frz

lF()s hkotdo6 3Z t W;s;hkotd«

Л J

Г2

-JsJnkljjr WjeJnkotj4Q

Тогда как для подавления гармоники k вместо выражения (3) следует выполнить равенства

51 Wjcoskixj 0

Г1

или

ZlWisinkKj 0

iwico5 |,m(i-o.0 я 50

j(

Если между Z и k есть общий множитель 55 , то при изменении J от 1 до Z значения ,л . 2nV.

z

0-1)и

.1- п i ,. ч sln 4 1)J

повторяются а раз через каждые - значений

J, т.е. численные повторения этих функций будут при значении J:

1)1,1+f .1+2f 1+|(а-1)

2)2,2 + | .2 + 2§ 2 + Z-(a-1)

......а, . . , а, а

)f.f.sf.;. z

Следовательно, выражения (5) можно записать в следующем виде:

J

Ч

1 W

.

.,,.

(6)

о

5

0

5

Q

5

0

5

Таким образом, для уничтожения любой гармоники k в разложении НС обмотки, номер которой имеет общий множитель с числом зубцов магнитопровода, достаточно привести к нулю все суммы, стоящие в квадратных скобках выражений (6), что и записано выражением (1) для обмоток ротора и выражением (2) для обмоток статора. В нашем случае в обмотках ротора подавляются все гармоники, кратные ai, включая гармонику 2.2 + Р, а в обмотках статора - все гармоники, кратные Э2, включая гармонику Zi + р.

Устройство работает следующим образом.

При подаче на одну из квадратурных обмоток ротора напряжения питания на выходных обмотках статора в зависимости от углового положения ротора наводятся напряжения пропорциональные sin рай cos р а. При подаче напряжения питания а другую (квадратурную) обмотку ротора при том же начале отсчета углов а напряжения на обмотках статора будут пропорциональны sin (р а + 90°) и cos (р а + 90°).

Многополюсный ВТ может работать и при питании со стороны статорных обмоток, тогда выходными обмотками будут роторные обмотки.

Данное техническое решение без каких- либо дополнительных затрат позволяет существенно повысить точность воспроизведения синусно-косинусного преобразования по сравнению с прототипом за счет полного исключения в выходных напряжениях гармоник, кратных значениям общих множителей ai и за. в спектр которых включаются гармоники Zi + р и Z2 + р разложения НС обмоток, принципиально имеющихся при

идеальном синусоидальном выполнении обмоток.

Формула изобретени и Многополюсный вращающийся трансформатор, содержащий магнитопроводы ротора и статора с числами зубцов, не кратными числу пар полюсов, несущих синусоидально распределенные секционированные обмотки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, число зубцов магнитопровода ротора Zi имеет общий множитель ai с числом 2.2 + р, число зубцов магнитопровода статора 2г имеет общий множитель аа с числом Zi + р, числа витков в секциях Wji каждой обмотки, охватывающих зубцы магнитопровода ротора, где р - число пар полюсов; ji - номера зубцов магнитопровода ротора, удовлетворяют -

а

уравнениям уу Z) Q ; е ( - )

ai

а числа витков в секциях Wp каждой обмотки, охватывающих зубцы магнитопровода статора, где Ja - номера зубцов магнитопровода статора, удовлетворяют-уравнениям

аг

Zi .. .0

XW.

W

аг

(5-0

где i - переменная суммирования;

10 fi - числа, принимающие в каждом равенстве по одному значению из совокупности 1,2..., Zi/ai;

(2 - числа, принимающие в каждом равенстве по одному значению из совокупно15 сти 1,2.... 22/32;

ti + - (I - 1) - числовые значения номе31

ров зубцов ji магнитопровода ротора;

22

20 Ь + - 0 1) числовые значения номеров зубцов J2 магнитопровода статора.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании многополюсных вращающихся трансформаторов (МВТ), фазовращателей и других информационных машин. Цель изобретения - повышение точности МВТ состоит из магнитопровода ротора, имеющего Zi зубцов, магнитопровода статора, имеющего Za, на которых размещаются синусоидально распределенные обмотки с числом пар полюсов р. Числа Zi и 2.1 -г р имеют общий множитель ai, числа Z2 и Zi + р имеют общий множитель 32, числа витков Wji, охватывающих зубцы магнитопровода ротора, каждой обмотки удовлетворяют Zi/ai соотношени- ai ям 2 WE-I Ч-zi/ai (i - 1) 0, а числа витков i i Wj2, охватывающих зубцы магнитопровода статора, каждой обмотки удовлетворяют а2 Z2/32 СООТНОШенИЯМ 2 Wf2 + Z2/a2 (i - 1) 0, где Ь - числа, принимающие в каждом равенстве по одному значению из совокупности 1,2,,.., Zi/ai, 12 - числа, принимающие в каждом равенстве по одному значению из совокупности 1,2. , 22/32, J1 и J2 - номера соответственно ротора и статора 3 ил,

Таблица 1

Таблица 2

L -Ll- JL--l-J--7--AlO -AX -Z-8 9

9 20 21 22 2324

7 -9 -I /0-4 -8 в 3 -70 3 9 -7 -4 Ю-1 -9 7 5-Ю 9 -6-6 9 7 -Ю 5

1ППППППППППППППППППП ПППППП1

3/ 32 33 34Г 35 J5 3735 J5 40 4/ 42 « W 45 47 45 5/ 52 53 54 55 5557

гашиш т 1 lu

J

Фиг. 2

Фи&З