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.

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

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

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

Магнитопроводы ротора и статора несут на себе по две синусоидально распреде- ленные квадратурные (сдвинутые по положению их осей на магнитопроводе на

90 ) обмотки. Обмотки по типу могут быть любыми, как кольцевыми, так и барабанными.

На рогоре 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. При возбуждении со стороны ротора обмотки 6 и 7 являются обмотками возбуждения, а обмотки 8 и 9 соответственно выходными синусной и косинусной обмотками. При возбуждении со стороны статорных обмоток их роли меняются.

Согласно существующей теории расчета синусоидально распределенных двухполюсных обмоток числа проводников в пазах магнитопровода каждой обмотки определяются в соответствии с выражением

(Л

С

о о ел

N XI О

N| NmCOSOj,

где i - номер паза;

NI - число проводников в i -м пазу;

О)

Mm - максимальное число проводников в пазу;

(А - угловое расположение оси I - го паза.

Для получения равенства параметров и одинакового закона распределения проводников по пазам квадратурных обмоток, значения сц следует определять выражением

О, f + 25(i-1), 42

(2)

где z - число пазов магнитопровода, несущего обмотку.

При расчете существующих ВТ рассчитанные значения округляются до целых чисел, по полученным данным составляется схема намотки.

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 опасными (влияющими 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 22 ± 1, где zi и Z2 - числа пазов соответственно магнитопрово- дов ротора и статора.

В предлагаемом двухполюсном ВТ магНИТОПрОВОД рОТОра ВЫПОЛНЯЮТ С ЧИСЛОМ 21,

кратным произведению простых чисел ai и 32, имеющихся в разложении на простые множители соответственно чисел Z2-1 и Z2+1, а магнитопровод статора с числом пазов 7.2, кратным произведению чисел аз и 34, имеющихся в разложении на простые множители соответственно чисел ZH и Zi+1. При этом при округлении рассчитываемых чисел проводников каждой обмотки до целых чисел следует выполнить соотношения Ni+Ni+ ai+ Ni+2ai + ... + Ni+zi-ai 0

N2 + N2+31 + N2+2ai + .... + N2+21-31 О

Na1 + №ai + N3ai + .... + Nzi 0 Nl + Ni+g2 +Ni+2a2 + +Nl+zi-a2 0

(3) N2 + N2+a2 + N2+232 + ... + N2+21-32 0

,. Na2 + N2a2 + N3a2 + + N21 0

для статора

, Nl+Nl+a3 + Nl+2a3+...Nl+z2-33 0

N2 + №+аз + N2+283 + + №+г2-аз О

Na3 + N2a3 + N333 + ... + NZ2 0 Nl + Ni+a4 + N1+234 +... + Ni+22-a4 0

(4)

N2 + N2+34 + N2+234 + + N2+z2-a4 0

N34 + N2a4 + N334 + + NZ2 0

где Nj - число проводников в i-м пазу; i - номера пазов ротора и статора. Выполнение изложенных отличий обеспечивает полное подавление в разложениях Фурье намагничивающих сил (НС) обмоток ротора гармоник Z2 ± 1 и обмоток статора гармоник Zt ±1. что исключает полностью эти гармоники во взаимной индукции первичных и вторичных обмоток и повышает точность двухполюсного ВТ. Поясним устройство на конкретном примере его выполнения. Возьмем числа пазов магнитопроводов ротора и статора, удовлетворяющие изложенным признакам, . Зададим Nm и ротора и статора равным 10-ти. Для ротора , . Эти множители имеются в числах (3) и (7).

Для статора получим , . Эти множители имеются в числах (5) и Zt+1-22(11).

Используя выражения (1)и(2), рассчитаем распределение проводников по пазам одной обмотки ротора. Расчет представлен табл.1, графы 1-5. Аналогичный расчет рас- пределения проводников статора представлен табл.2, графы 1-5.

Квадратурные обмотки рассчитывать не надо, так как их законы распределения будут те же при нумерации пазов в противопо- ложном направлении (это следует из выражения (2)).

В графах,5 табл.1 и 2 приведены рассчитанные и округленные до целых значений числа проводников в пазах ротора и стато- Ра. При округлении соблюдено равенство проводников одного и противоположного знака (направления намотки), что необходимо для осуществления обмоток.

Проверим рассчитанный закон для ро- торной обмотки на соответствие равенствам (3)

NI + N4 +N + N10 + N13 + N16 + N19 7-1-9-10-3 + 5+10 - N2 + N5 + Ns + N11 + N14 + N17 + N20 5-4-10-8 + 0 +

N3 + NG + N9 + N12 + N15 + Nie + N21« 2-7-10-6 + 3 + 9 + 9 0 Ni + Ns +N15 7-10 + 3 0 N2+ N9+N16 5-10 + 5 0 N3 + N10 + N17 2-10 + 8 0

N4 + Nn + Nis - 1-8 + 9 0 N5 + N12 + N19 - 4-6 + 10 0 Ne + N13 + N20 - 7-3 + 10 0 N7 + N14 + N21 - 9 + 0 + 9 0 Как видно, для ротора равенства (3) вы- полнены не полностью и требуется переокругление чисел проводников в пазах.

После переокругления чисел проводников, а имен но в десятом пазу вместо установлено и в 17-ом пазу вместо N17 8 установлено NI 7, равенства (3) удовлетворены и окончатель-ные значения чисел проводников в роторной обмотке приведены в графе б табл.1.

Проверим рассчитанный закон для ста- торной обмотки на соответствие равенства (А}

Ni + N 6 + N11 + N16 +N21 + N26+N31 + N35 + + N41 + N46 +N51 7 + 2-3-8-10-9-5-

-1+6 + 9 + 10 0

N2 + N7 + N12 + N17 + N22 + N27 + N32 + + N37 + N42 + N47 + N52 6 + 1 - 4 - 9

-10-8-4 + 2 + 7 + 10 + 9 0 N3+Ne + Ni3 +N18 +N23 +N28 +N33 + +N33 + N43 + N43 + N53 5 + 0-6-9-10-7-3 + 3 + 8+10 + 9 0

N4 + N9 + N14 + Nl9 + N24 + N29 + N34 +

+ N39 -i- N44 + N49 + N54 4 - 1 - 6 - 10 - 10 - 7

-2 + 4 + 8+10 + 9

N5 + N10 + N15 + N20 + N25 + N30 + N35 + N40 +N45 + N50 + N55 3 -2 -7- 10-9-6 + 0 + 5 + 9+ 10 + N1 + N12 + N23 + N34 + N45 7 - 4-10-2 + 9 0

N2 + N13 + N24 + N35 + N46 6 - 6 - 10 +

N3 + N14 + N25 + N35 + N47 5-6-9 +

+ 1 + 10 1 N4 +N15 +N26 +N37+N48 4-7-9 +

+ 2 + 10 0 N5 + Nie + №7 + N33 + N49 3 - 8 - 8 +

3 + 10 0 Ne + N17 + N28 + N39 + N50 2 - 9 - 7 +

+ 4+10 0

N7 + NIB + N29 + N40 + N51 1 - 9 - 9 +

+ 5 + 10 0 Ne + N19 + N30 + N41 + N52 0 - 10 - 6 +

N9 + N20 +N31 + N42 + N53 - 1 - 10-5+

N10 + N21 + N32 + N43 + N54 2 - 10 - 4 +

N11 + N22 + N33 + N44 + N55 - 3 - 10 - 3 +

+ С + 8 - 0

Как видно, для статора равенства (4) выполнены не полностью и требуется переокругление чисел проводников о пазах.

После переокругления чисел проводников в пазах для полного ббеспечения выполнения равенства (4) и значения приведены в графе 6 табл.2.

Проведенные изменения в числах проводников.

Вместо Nio -3 установлено Мю -2. Вместо N установлено . Вместо установлено . Вместо установлено .

Справедливость подавления гармоник Zi ± 1 и 2.1 ± 1 подтверждается выполнением известных из теории условий (5) подавления К-й гармоники в НС обмотки для рассчитанного распределения проводников NI обмоток ротора и статора, при подстановке в выражения (5) для ротора: , K 2.2 ± 1 и i - номера пазов ротора, а для статора Z- Z2. К Zi ± 1 и i - номера пазов стагора.

2я.

2

Ni cos К

0

i 1

2 N, sin К

2л.

0.

i 1

Устройство работает следующим образом.

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

ь

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

Предложенное техническое решение позволяет существенно повысить точность воспроизведения синусно-косинусных зависимостей за счет полного исключения искажающих связей первичных и вторичных обмоток по низшим (наиболее сильным) гармоникам Zi ± 1 и Za ± 1, имеющимся в НС отдельных обмоток.

Формула изобретения Двухполюсный вращающийся трансформатор, содержащий магнитопровод ротора с числом пазов 7. и магнитопровод статора с числом пазов Z2, несущие синусоидально распределенные обмотки, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности, число Zi кратно произведению простых чисел ai и 32, имеющихся в разложении на простые множители соответственно чисел Zz-1 и Z2+1, число Z2 кратно произведению чисел аз и 34, имеющихся в разложении на простые множители соответственно чисел Zi-1 и Zi+1, а числа проводников каждой

обмотки в пазах магнитопровода удовлетворяют соотношениям:

для ротора NI+NI+ ai+ Ni+2ai + ...+ N1+21-31 0;

N2 + №+ai + N2+2ai +.... + N2+zi-ai 6;

+ N2al + N3a1 + .... + N21 0 Nj + Ni+a2 + N1+232 + +Nl+z1-a2 0 N2 + N2+32 + N2+232 + - +N2+21-32 0

Na2 + Nto2 + N3a2 + + Nzr o ; для статора

Nl + Nl+a3 + Nl+2a3 +...Nl+z2-a3 0; N2 + N2+33 + N2+2a3 + - - - + N2+Z2-33 О

10

15

Na3+N2a3+N3a3+...+Nz2 0, Nl + Nl+a4 + N1+234 +... +Nl+z2-a4 0; N2 + N2+34 + N2+234 + . + N2+Z2-34 0;

N34 + N234 + N334 + ... + NZ2 0,

где NI - число проводников в i-м пазу, имеющее для статора знак выражения

(1-1),

Ј-1 а для ротора знак выражения cos fc +

+ 2(1-1);

I - номера пазов ротора и статора.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании высокоточных информационных электрических машин. Целью изобретения является повышение точности двухполюсных вращающихся трансформаторов (ВТ). ВТ содержит магнитопривод ротора с числом пазов Z₁ и магнитопровод статора с числом пазов Z₂, несущие по две синусоидально распределенные обмотки. Число Z₁ кратно произведению простых чисел A₁ и A₂, имеющихся в разложении на простые множители соответственно чисел Z₂ - 1 и Z₂ + 1. Число Z₂ кратно произведению чисел A₃ и A₄, имеющихся в разложении на простые множители соответственно чисел Z₁ - 1 и Z₁ + 1. Данные соотношения чисел проводников каждой обмотки в пазах магнитопроводов. 2 ил.

Таблица 1

Табл и ц а 2

Продолжение табл.2.

XXXVXV

I

-ц5

Фиг.1

- 7