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.

На чертеже приведена принципиальная схема взаимного расположения элементов предлагаемого вращающегося трансформатора (ВТ).

ВТ содержит магнитопровод статора 1 с числом пазов zi и магнитопровод ротора 2 с числом пазов Z2. На магнитопроводах расположены обмотки 3 и 4, имеющие р пар полюсов. На каждом магнитопроводе может располагаться по две одинаковые квадратурные обмотки или по одной обмотке. Одна из обмоток (например, обмотка 3 статора) выполнена кольцевой с распределением

проводников по пазам в соответствии с выражением

NJ Nm cos р о,,

(D

где NI - число проводников в 1-м пазу;

I - номер паза;

Nm - максимальное число проводников обмоток в пазу;

р - число пар полюсов;

а - угловое расположение оси 1-го паза.

Рассчитанные числа проводников NI округляются до целых значений для возможностей выполнения реальной обмотки.

В отличие от прототипа в предлагаемом устройстве при округлении расчетных чисел проводников до целых значений выполнены соотношения

ON Os

Ю

ю

4

1

Nisln K(27r/zi)l 0,

i 1

Ni cos К ( 2 я/21 ) I О

Обмотка 4, расположенная на другом магнитопроводе, может быть кольцевой или барабанной и иметь распределение как равномерное, так и синусоидальное. Поскольку эти обмотки (как равномерно, так4 и синусоидальное распределенные) содержат в раз- ложении их намагничивающих сил пространственные гармоники, имеющие порядок nz2 + р (где п 1,2,3...). Для повышения точности желательно наиболее сильные из них (низшие) не иметь в обмотках другого магнитопровода. Поэтому выбор значений К в выражениях (2) производится из числа гармоник, определенных выражением

К nz2 ± р.

Обычно это гармоники 22 Ј р, если они не подавлены каким-либо другим техническим решением.

Выполнение выражений(2)обеспечивает отсутствие в намагничивающей силе этой кольцевой обмотки гармоники порядка К, что исключает .ее появление во взаимоиндукции обмоток ротора и статора и ведет к повышению точности воспроизведения синусной зависимости вращающимся трансформатором.

Правильность установленных соотношений (2) подтверждается тем, что при их выполнении независимо от закона padnpe- деления проводников по пазам магнитопровода уничтожается в разложении в ряд Фурье закона распределения проводников по пазам магнитопровода гармоника порядка К.

Поясним на примере образования кольцевой обмотки ВТ.

Пусть магнитопровод, несущий кольцевую обмотку, имеет число пазов zi 21, а другой магнитопровод имеет число пазов Z2 32. Число пар полюсов примем р 5, максимальное число проводников в пазу примем Nm - 100.

Начало отсчета углов щ при расчете распределения обмоток ориентируем так, чтобы один из пазов, принятый за первый, был под углом 45 эл. град, от начала отсчета углов

«

360°

(1-1).

(3)

Расчет распределения проводников обмотки по пазам магнитопровода при заданных параметрах приведен в табл.1 (графы

1-5). В графе 5 приведены значения чисел проводников в пазах, полученные так же, как и в известных вращающихся трансформаторах, путем округления расчетных чисел

5 проводников (графа 4) до ближайших целых чисел с выполнением условия по равенству чисел проводников с положительным и отрицательным знаками. В результате вынужденного округления расчетных значений

10 чисел проводников в пазах до целых чисел нарушается синусоидальное распределение и появится добавочный спектр гармоник. Однако из этого спектра наибольшее влияния на снижение точности будут иметь

15 низшие (наиболее сильные) гармоники, номера которых совпадают со спектром nz2 + р (где п 1,2,3...), имеющимся в обмотках другого магнитопровода.

Из этого спектра наиболее сильной бу20 дет гармоника , т.е. в нашем случае гармоника К 32-5 27.

Для определения наличия гармоники К 27 вычислим левые части равенства (2) для рассчитанного (графа 5 табл.1) распре25 деления проводников по пазам магнитопровода. Результаты вычисления левых частей равенств (2) приведены в табл.2. При сложении значений чисел в столбцах 6 и 7 табл.2 получатся значения левых частей равенств

30 (2):

Z1

2 Ni sin К ( 2 я/21 ) I

I 1

ОСZ1П jr

М У Ni sin 27 (4) I 0,974928;

1

Z1

У, N| COS К ( 2 Я/21 ) I

40 1 1 21

2л

Ј Nicos27()i 1,222522. 1

к Следовательно, выражения (2) не выполнены и гармоника порядка К 27 будет вводить в работу ВТ добавочную погрешность.

Для устранения этой гармоники следует Q ввести корректировку (переокругление) закона распределения проводников в пазах магнитопровода.

Введенная корректировка вместо значений N 94 и N20 -60 соответственно g значений N 95 и N20 59 приводит к удовлетворению равенства (2).

Устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения переменного тока на одну из обмоток, например обмотку

4, в зависимости от углового положения а ротора на другой обмотке, например обмотке 3, которая является выходной обмоткой, будет наводиться напряжение, пропорциональное sin р а . При наличии выходной (квадратурной) обмотки на ней будет наводиться напряжение, пропорциональное cos pa.

ВТ дает возможность повысить точность воспроизведения синусной зависимости выходного напряжения от угла поворота ротора за счет устранения взаимоиндукции между первичной и вторичной обмотками по одной из высших пространственных гармоник из спектра nz2 + р (где п 1,2,3...). Формула изобретения Вращающийся трансформатор, содержащий магнитопроводы ротора и статора с оВмотками, один из которых выполнен с кольцевой обмоткой, имеющей распределение чисел проводников по пазам с округлением расчетных значений до целых чисел по выражению

NI Nm cos pai,

где Ni - число проводников обмотки в I-M- пазу;

I - номер паза;

Nm - максимальное число проводников обмотки в пазу;

р - число пар полюсов;

а - угловое положение оси 1-го паза, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, числа проводников в пазах магнитопровода кольцевой обмотки удовлетворяют соотношениям

Z1

,2l Nisin K(2rt/zi)l 0;

Ni cos К ( 2 лг/zi ) I 0,

1

где К nz2 + р; n 1,2,3...;

21,г2 числа пазов магнитопровода, несущего кольцевую обмотку, и другого магнитопровода соответственно.

Таблица 1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании высокочастотных информационных электрических машин. Цель изобретения - повышение точности. Вращающийся трансформатор (ВТ) состоит из ротора и статора с обмотками, имеющими число пар полюсов P. На одном из магнитопроводов ротора или статора размещена кольцевая обмотка с распределением чисел проводников по пазам с округлением расчетных значений до целых чисел по выражению N_I = N_MCOSP2_I, где N_I - число проводников в I-м пазу

I - номер паза

N_M - максимальное число проводников обмотки в пазу

P - число пар полюсов

α - угловое положение I - того паза. В этой обмотке выполнены соотношения: ΣN_ISINK(2φ/Z₁)I = 0, ΣN_ICOSK(2φ/Z₁)I = 0, где K = NZ₂±P, N = 1, 2, 3, ..., Z₁ и Z₂ - числа рабочих пазов магнитопровода, несущего кольцевую обмотку, и другого магнитопровода. 1 ил., 2 табл.

0,7071

-0,6523

-О, 8046

0,5320

0,8841

-0,3999

-0,9439

0,2588

0,9826

-0,1120

-0,9993

-0,0374

0,9937

0,1859

0,9659

-0,3303

0,9166

0,4673

-0,8467

-0,5938

0,7570

71

-65

-81

53

88

-40

-94

26

98

-11

-100

-4

99

19

-97

-33

92

47

-84

-60

76

71

-65

-81

53

88

-40

-95

26

98

-11

-100

-4

99

19

-97

-33

92

47

-84

-59

76