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 уменьшения взаимной неперпендикулярности квадратурных обмоток.

На фиг. 1 показана конструкция ВТ; на фиг..2 - принципиальная электрическая схема ВТ.

ВТ состоит из соосно расположенных неподвижного корпуса статора 1, несущего магнитопровод 2, и поворотного корпуса 3 ротора, несущего магнитопровод 4. На магнитопроводах 2 и 4 статора и ротора размещены обмотки 5. Один или оба магнитопровода 2 и 4 имеют числа рабочих пазов (пазы со стороны зазора между ротором и статором) не кратные 4Р, и несут на себе по две квадратурные (сдвинутые по положе90л

нию на магнитопроводе на град.) синусоидально распределенные обмотки.

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. Допустим, обмотки 6 и 7 - обмотки возбуждения, а обмотки 8 и 9 - соответственно выходные синусная и косинусная обмотки.

Согласно теории расчета синусоидально-распределенных кольцевых обмоток числа проводников в рабочих пазах магнитопроводов должны определяться для первой квадратурной обмотки по формуле

N| Nm sin P at,(1)

для второй квадратурной обмотки

N| Nm cos Р аи ,(2)

где N| и N| - числа проводников в 1-м пазу магнитопровода соответственно первой и второй обмотки;

Nm - максимальное число проводников одной обмотки в пазах магнитопровода:

сл

с

Os СЛ

О

о со о

Р - число пар полюсов; а - угол между произвольно заданным началом отсчета углов на расточке магнито- провода и осью симметрии 1-го паза.

При расчете обмоток начало отсчета углов а на расточке магнитопровода можно задать произвольно, но при этом законы распределения квадратурных обмоток - разные, что приводит к неравенству электрических параметров квадратурных обмоток. Поэтому, начало отсчета углов задается так, чтобы ось первого паза находилась от заданного начала отсчета углов под углом

45°

45 град. ( а

геометрических градусов), В этом случае параметры и законы намотки квадратурных обмоток одинаковы и значения сь следует определять из выражения

«- тгО-1)-(3)

При расчете существующих ВТ рассчитанные значения М| и NI округляются до целых чисел и по полученным данным составляются схемы намотки.

Однако при округлении рассчитанных значений до целых чисел нарушается синусоидальное распределение чисел проводников обмоток по пазам магнитопровода, поэтому заданные положения осей обмоток оказываются смещенными от расчетного положения. Это приводит к неперпендикулярности квадратурных обмоток.

При скруглении рассчитанных значений чисел проводников в пазах магнитопровода значения чисел проводников первой квадратурной обмотки должны удовлетворять соотношению

.1гл о™ z N - 6

i

i 1

NiTosPoi .

(4)

а второй квадратурной обмотки - соотношению

i

i. i

NrsinPcq tg4-(5)

|.И

где Z - число пазов магнитопровода, несущего обмотки; I - номер паза;

NI и NI - число проводников в 1-м пазу магнитопровода соответственно первой и второй квадратурных обмоток;

Nm - максимальное число проводников одной обмотки в одном пазу магнитопровода;

сц - угол между произвольно заданным началом отсчета углов на расточке магнитопровода и осью симметрии 1-го паза;

д - допустимая величина неперпендикулярности квадратурных обмоток.

При выполнении соотношений (4) и (5) неперпендикулярность осей квадратурных обмоток не превышает величины д . При выполнении соотношений (4) и (5) следует стремиться приблизить их левые части к нулю, однако абсолютного равенства нулю до- стигнуть практически нельзя из-за дробных значений синусов и косинусов конкретных углов.

Пусть магнитопровод, на котором размещена пара квадратурных обмоток, имеет число пазов число пар полюсов ВТ , максимальное число проводников одной обмотки в пазу , допустимая неперпендикулярность д 1 угл.с.

Расчет закона намотки для первой квадратурной обмотки при использовании выражений (1) и (3) приведен в табл. 1, а для второй квадратурной обмотки при использовании выражений (2) и (3) - в табл. 2.

Левые части равенств (4) и (5) определяются как суммы значений чисел, приведен- ных в столбцах 7 табл. и 2. Для приведенного расчета эти суммы равны

Ј Ni1CosPo 0,047995;

i 1

30

i

i i

Ni1 Sin Р сц 0,047995:

5

Допустимая величина значений этих сумм по заданной величине ( угл.с.

до л ж н а Nm Z tn д 2- 92быть

равна tgO.5 0,00204.

Следовательно, полученные значения сумм левых частей неравенств (4) и (5) не удовлетворяют заданной д 1 угл.с. и соответствуют неперпендикулярности, равной 23 угл.с.

Для обеспечения равенств (4) и (5) следует корректировать числа проводников в пазах магнитопровода. Примеры одной из возможных корректировок:

-для первой обмотки: вместо Ыз -57 принять N -58; вместо N Is 49 принять

-для второй обмотки: вместой - 49 принять 1 50; вместо NU -57 принять

NU--58.

После введения указанных корректировок

/2) Ni1Cos Po/ 0,0063 0,00204;

i 1

/2 N/ Sin PQ/ 0,00063 0,00204, i 1

т.е. неперпендикулярность предложенных квадратурных обмоток по сравнению с неперпендикулярностью прототипа уменьшена примерно в 70 раз и составляет 0,30 угл.с.

При заданном начале отсчета углов в соответствии с выражением (3) обеспечиваются одинаковые законы распределения квадратурных обмоток и одинаковые введенные корректировки, но с обратным от первого паза следованием чисел проводников. В этом случае расчеты по табл. 2 можно не проводить, так как они фактически повторяют расчеты по табл. 1, если сменить направление отсчета номеров пазов от первого паза.

Правильность установленных соотношений (4; и (5) подтверждается разложением в ряд Фурье закона распределения проводников по пазам магнитопровода и вычислением углового положения основной гармоники относительно заданного углового положения начала отсчета углов при расчете обмоток. Это также подтверждается экспериментально при проверке многих частных образцов ВТ с обмотками кольцевого типа.

Неперпендикулярность квадратурных обмоток определяется суммарным смещением осей первой и второй квадратурных обмоток относительно расчетного (заданного) начала отсчета углов. Поэтому для обеспечения заданной неперпендикулярности сР предложены соотношения (4) и (5), обеспечивающие смещение осей каждой квадратурной обмотки на величину не более -п

Устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения переменного тока на обмотку 6 в зависимости от углового положения ротора а на выходной обмотке 8 наводится напряжение, пропорциональное slnP а , а на обмотке 9 - напряжение, пропорциональное cosPa.

При питании со стороны обмотки 7 на выходных обмотках 8 и 9 соответственно наводятся напряжения, пропорциональные

slnP(a+90°)ncosP(a+90°).

Таким образэм, уменьшением неперпендикулярности осей квадратурных обмоток можно добиться повышения эксплуатационной точности ВТ. Так как погрешность от неперпендикулярности осей

квадратурных обмоток в полной мере проявляется при любом режиме использования ВТ, то ее уменьшение приводит к существенному повышению точности ВТ. Формула изобретения

Вращающийся трансформатор, содержащий магнитопровод с числом пазов, не кратным 4Р, несущий синусоидальные квадратурные обмотки кольцевого типа, отличающийся тем, что, с целью повышения

точности путем уменьшения взаимной неперпендикулярности квадратурных обмоток, числа проводников в пазах магнитопровода одной квадратурной обмотки удовлетворяют соотношению

: ,1CosP«i tgf. 1 I 1l l

а второй квадратурной обмотки - соотношению

30 , Ј N,11SinPo,/

i i

ZNmd

где Z - число пазов магнитопровода, несущего синусоидальные обмотки, i - номер паза;

NI ,Ni - число проводников в 1-м пазу соответственно первой и второй квадратурной обмоток, имеющие знаки выражений соответственно знакам sinP a I и cosP сц .

Mm - максимальное число проводников в пазу магнитопровода одной обмотки;

tQ I - угол между произвольно заданным началом отсчета углов на расточке магнитопровода и осью симметрии 1-го паза;

д -допустимая величина неперпендикулярности квадратурных обмоток.

Изобретение относится к электротехнике, и может быть использовано при создании высокоточных информационных электрических машин типа вращающийся трансформатор (ВТ). Целью изобретения является повышение точности путем уменьшения неперпендикулярности квадратурных обмоток ВТ. ВТ состоит из ротора и статооа с обмотками, имеющими Р пар полюсов. ВТ содержит магнитопровод с числом пазов, не кратным 4 Р, несущий синусоидально распределенные квадратурные обмотки кольцевого типа. Числа проводников в пазах этого магнитопровода одной квадратурной обмотки удовлетворяют соотношению, приведенному в описании. 2 ил., 2 табл.

Vur.i

Јг