Двухотсчетный синусно-косинусный вращающийся трансформатор Советский патент 1992 года по МПК H02K24/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электрических машинах типа вращающихся трансформаторов (ВТ).

Известны двухотсчетные синусно-коси- нусные ВТ, у которых имеется грубый отсчет (ГО) в виде двухполюсного ВТ, конструктивно встроенного внутрь точного отсчета (ТО), которым является многополюсный ВТ.

Однако таким ВТ присуши относительная сложность конструкции, увеличенные габариты, вес и расход активных материалов.

Известен также двухотсчетный ВТ, в котором обмотки ГО и ТО уложены на одном и том же магннтопроводе. Для повышения точности такого ВТ обмотки ТО и ГО выпол няют с синусоидальным распределением числа проводников, синусную и косинусную обмотки ТО выполняют по одинаковым обмоточным схемам с транспозицией проводников разных фаз по высоте пазов, при этом двухполюсные обмотки выполняют концентрическими.

Недостатком известной конструкции является наличие погрешности в выходном сигнале вследствие разницы между индуктивными сопротивлениями рассеяния синусной и косинусной обмоток ТО из-за различных условий пространственного размещения проводников этих обмоток в пазах.

Это связано с тем. что концентрические синусоидально-распределенные обмотки ГО содержат различные числа витков в катушках и поэтому занимают разные объемы в каждом пазу. Разность индуктивных сопротивлений рассеяния фаз ТО достигает 2-3% что значительно снижает функциональную точность ВТ.

Цель изобретения - повышение функциональной точности двухотсчетного синус- но-косинусного ВТ, включающего в себя уложенные в общих пазах магнитопровода синусоидально-распределенные .многополюсные обмотки ТО с одинаковыми обмоточными схемами обеих фаз (одинаковым числом катушек и схемой их соединения) и двухполюсные концентрические обмотки ГО - обеспечивается выравниванием индуктивных

vj

4

О СП

сопротивлений рассеяния обмоток ТО благодаря такому расположению обмоток ГО, при котором ось симметрии полюсной группы катушек ГО совмещена либо с осью симметрии паза с равными числами проводников синусной и косинусной обмоток ТО, либо с осью симметрии зубца, разделяющего смежные пазы, в одном из которых число проводников синусной обмотки ТО равно числу проводников косинусной обмотки ТО в другом пазу.

В результате изобретения разность индуктивных сопротивлений обмоток ТО не превышает 1%, что повышает функциональна ю точность ВТ.

На чертеже представлен магнитопровод ротора (статора) двухотсчетного синусно- косннусного ВТ (СКВТ) с уложенными в общих пазах обмотками ГО и ТО при числе пазов Л 12 и числе пар полюсов ТО .

На чертеже позициями 1 - 12 обозначены пазы магнитопровода, позицией 13 - ось двухполюсной синусной обмотки ГО, позицией 14 - ось двухполюсной косинусной обмотки ГО. Эти же оси являются и осями симметрии полюсны.х групп катушек обмотки ГО. Указанные обмотки ГО выполнены концентрическими синусоидально-распределенными (с синусоидальным распределением числа проводников по пазам). Катушки сини-ной обмотки ГО на чертеже выделены наклонной штриховкой, катушки косинусной обмотки ГО -- двойной штриховкой, катушки косинусной обмотки ТО изображены за- н VIR-ЧНЫМИ. катушки синусной обмотки Ii)без затемнения. Толщины катушек услоьни пропорциональны числам проводники (катушки большей TUTIUHSJU имеют большее число витков ни сравнению с другими катушками данного отсчета).

Синусная и косинусная опмотки ТО выполнены по одинаковым обмоточным схемам и с применением транспозиции, заключающейся в перемене мест расположения катушек по высоте паза в двух транспозиционных зонах Переход катушек по высоте с одного уровня в другой производится в пазах 1 и 7. Возможны и другие варианты размещения обмоток в пазах магнитопровода, например для рассматриваемого случая число транспозиционных зон обмоток ТО может быть равным четырем (по три паза в зоне), оси обмоток ГО могут проходит не через середины зубцов, а через пазы. Указанные варианты расположения осей можно получить всегда при числе пазов, кратном 4. При числе пазов, кратном 2, но не кратном 4, в случае прохождения оси одной из обмоток ГО через зубец, ось другой обмотки ГО будет проходить через паз, и наоборот.

Для получения равенства индуктивных сопротивлений рассеяния в синусной и. косинусной обмотках ТО согласно предложенному решению ось одной из обмоток ГО должна проходить либо через паз с равными

числами проводников синусной и косинусной обмоток ТО, либо через зубец, разделяющий те соседние пазы (пазы 2 и 3), в которых число проводников синусной обмотки ТО в одном пазу равно числу проводников косинусной обмотки ТО в другом пазу.

Синусоидальное распределение проводников обмотки ТО рассчитывают по известным формулам

10 .,,(-l)

(1)

(i-lH-45°,

(2)

где .„ и Ъс,

числа проводников в t-м пазу соответственно синусной и косинусной обмоток (фаз); t- конструктивный коэффициент

пропорциональности;

N- число пазов магнитопровода; Р - число пар полюсов; ( - номер паза. Двухполюсные концентрические синусоидально-распределенные обмотки ГО при совмещении оси фазы с серединой зубца рассчитывают по известным формулам:

X.,sin(2/-l)-;

(3)

A,,cos;2y -lbr,

Г

N

(4)

и при совмещении оси обмотки с пазом рассчитывают по формулам:

./л

./rsin/- /..., /. cos/N

,2л

(Н

(5)

(6)

где /..,, и /.,., - числа проводников в /-м пазу соответственно синусной и косинусной фаз двухфазной обмотки;

- конструктивный коэффициент пропорциональности для обмоток ГО;

/- номер паза, в общем случае не совпадающий с нумерацией (.

При расчете обмоток ГО по формулам (3) и (4) в качестве первого паза и последнего паза /, следует принимать соседние пазы, в каждом из которых числа проводников синусной фазы ТО равны числу проводников косинусной фазы, размещенных в другом пазу. В этом случае ось обметки ГО будет совмещена с серединой зубца, расположенного между указанными пазами. При расчете по формулам (5) и (6) в качестве первого паза следует принимать паз, в котором числа проводников синусной и косинусной обмоток ТО равны. В этом случае ось обмотки ГО будет совмещена с пазом / I.

В качестве примера рассмотрим обмотки ТО и ГО для конкретных соотношений (Л 12, ). С целью простоты изложения не будем пользоваться численными величинами, полученными при расчете по формулам (1), (2). а введем следующие обозначения для чисел проводников синусной фазы ТО для первых трех пазов:

/.„ /sin; 4(i - П+45° а; A,2 /sm| -4f2-lH-45e &;

/., 3-1.1+45 с.

Для рассматриваемого случая в остальных пазах будут повторяться эти же значения чисел проводников как синусной, так и косинусной обмоток. Полное распределение проводников обмоток ТО по пазам показано в табл. 1.

Аналогично введем следующие обозначения чисел проводников в синусной и косинусной обмсгках ГО, рассчитанных по фор- мулам (3) и (4). исходя из условия / (т. е. в качестве первого паза принимаем один и гот же паз при расчете обмоток ГО и ТО):

/. ,: -- /, SIП i 2

- I ,To.2 I .-- t . t- ..i - ± i,,, t

, /,smi2-3-l -

В остальных пазах для обеих фаз ГО повторяться такие же числа проводников Сведем результаты расчета обмоток ГО в табл. 2.

В последней строке табл 2 по каждому пазу даны суммарные величины чисел проводников обеих фаз ГО, для чего введены с. :ед книие обозначения: m . n . Величины т и п пропорциональны той части объема паза, которою занимают проводники обмоток ГО.

С учетом транспозиции обмоток ТО по высоте пазов рассмотрим условия расположения по пазам проводников, результаты расчета кот.орых сведены в табл. I и 2. Число проводников, принадлежащих синусной обмотке ТО, обозначим буквами а. Ь, с, эти же величины, относящиеся к косинусной обмотке, дадим подчеркнутыми снизу: а, Ј, Ј. Размещение проводников обмоток ГО, приведенных в табл. 2, обозначим как вариант 1. С учетом указанных данных составлена табл. 3

По табл. 3 можно установить две транспозиционные зоны - левая (с 1-го по 6-й

0

5

0

5

0

5

0

5

0

паз) и правая (с 7-го по 12-й паз). При переходе 6-го паза в 7-й и с 1-го в 12-й паз проводники синусной и косинусной фаз ТО меняют места расположения в слоях по высоте пазов. Транспозицией достигается идентичность расположения проводников синусной и косинусной фаз ТО в пазах, что является обязательным условием получения одинаковых индуктивных сопротивлений рассеяния. Для сохранения этого условия необходимо, чтобы проводники обмоток ГО, размещенные в одних пазах с обмотками ТО. не нарушали достигнутой симметрии в расположении синусной и косинусной обмоток ТО по высоте пазов. В табл. 3 знаком « + отмечены пазы, в которых симметрия не нарушена и условия расположения проводников синусной фазы в одной транспозиционной зоне полностью соответствуют условиям расположения проводников косинусной фазы в другой транспозиционной зоне. По варианту 1 таких пазов только четыре (1, 7, 10). В остатьных пазах, отмеченных знаком « -, условия симметрии не соблюдаются. Это является следствием того, что при расчете обмоток ГО их оси были выбраны произвольно по отношению к обмоткам ТО (по варианту 1 ось синусной обмотки ГО проходит посередине зчбца, расположенного межд пазами 1 и 12).

Если ось обмотки ГО в соответствии с изобретением совместить с серединой зубца, расположенного между пазами 1 1 и 12, необходимо для расчета обмоток ГО по формулам (3) и (4) принять в качестве первого паза / 1 тот паз, который при расчете обмоток ТО является двенадцатым (). В этом случае результаты расчета обмоток ГО Р табл. 2 сместятся на один паз влево В табл. 3 это отражено записью в нижней строке и обозначено как вариант 2. В данном варианте расположения осей обмоток ГО условия размещения проводников синусной фазы ТО в одной транспозиционной зоне соответствуют размещению проводников косинусной фазы в другой транспозиционной зоне, что отражено в табл. 3 знаком « + для всех 12 пазов.

Конкретное выполнение схем укладки рассчитанных по рассмотренному примеру обмоток приведено на чертеже, где позициями 1 - 12 показаны пазы магнитопровода, причем номер каждой из этих позиций совпадает с номером паза i согласно принятой системе обозначений при расчете обмоток ТО. В пазах 1-3 результирующее число проводников синусной обмотки ТО по.ту- чается при сложении чисел проводников в катушках, отмеченных соответственно а. Ь, с Аналогичным образом в этих же пазах для косинусной фазы ТО получаются числа проводников соответственно д, Ј, Ј. В остальных пазах числа проводников синусной и косинусной фаз повторяются с этим же чередованием.

Синусная и косинусная фазы ГО пока- .К1НЫ для варианта 2 согласно табл 3. Ось 13 синусной обмотки ГО совмещена с серединой зубца, расположенного между пазами 1 I н 12. Числа проводников обмоток ГО, находя- щиеся в каждом из пазов, определяются суммой проводников малой и больших катушек (обозначены т) или суммой проводников средних катушек (обозначены п).

Возможен вариант укладки обмоток, когда фазы ГО располагаются в нижней части пазов под обмотками ТО.

Применяя методику рассмотренного примера, можно показать, что те же условия симметрии синусной н косинусной обмоток ТО могут быть обеспечены совмещением оси обмоток ГО с серединой других зубцов, которые так же, как и в варианте 2, расположены между пазами, в каждом из которых число проводников синусной фазы ТО равно числу проводников косинусной фазы ТО, расположенных в друтм пазу. Этому условию при расчете обмоток ГО по формулам (3| н (4) отвечают пары пазов: 2-3, 5 - 6, 8-9, 11 - 12 (т. е.. в качестве первого паза / 1 могут быть приняты пазы, которые при расчете обмоток ТО соответствуют: / 3, 6, 9 или 12).

Можно также показать, что условия идентичности синусной и косинусной обмо- гок ТО соблюдаются и при совмещении оси обмотки ГО с пазом, R котором уложены одинаковые числа проводников синусной и косинусной чбмоток ТО Расчет обмоток ГО в атом случае должен производится по формулам (5) и (в|. а в качестве первого ыза согласно табл. 1 может быть при

5

о

из следующих пазов:

:1, 4, 7

0

5

пят любой или 10.

Аналогичным образом можно доказать, что и для других значений чисел пазов А, пар полюсов Р или транспозиционных зон только при предложенном взаимном расположении обмоток ГО и ТО соблюдаются симметрия расположения проводников в фазах ТО и идентичность индуктивных сопротивлений рассеяния, что и определяет функциональную точность двухотсчетных ВТ

Рормула изобретения

Двухотсчетный синусно-косинусный вращающийся трансформатор, содержащий расположенные в пазах магнитопровода многополюсные синусоидально распределенные синусную и косинусную обмотки точного отсчета с одинаковым числом катушек и схемой их соединений и синусоидально распределенную синусную и косинусную двухполюсные обмотки грубого отсчета, выполненные из концентрических катушек, отличающийся тем, что, с целью повышения функциональной точности за счет выравнивания индуктивных сопротивлений рассеяния обмоток точного отсчета, ось симметрии полюсной группы катушек обмотки грубого отсчета совмещена либо с осью симметрии паза с равными числами проводников синусной и косинусной обмоток точного осчета, либо с осью симметрии зубца, разделяющего смежные пазы, в одном из которых число проводников минусной обмотки точного отсчета равно числу проводников косинусной обмотки точного отсчета в другом пазу.

Изобретение может быть использовано в двухотсчетных вращающихся трансформаторах с обмотками грубого и точного отсчетов. Для этого в предлагаемом трансформаторе ось симметрии катушек обмотки грубого отсчета совмещена с осью симметрии паза, содержащего одинаковые числа проводников различных обмоток точного отсчета. Указанная ось симметрии может быть совмещена и с осью симметрии зубца, а по Обе стороны от этой оси числа витков раз личных обмоток точного отсчета одинаковы. 1 ил., 3 табл.

иислоНомер паза i

П ро ВОЛ --- ---------- -- -- --никое 123 56789

JT с/abcabcabc

э ,acbacbacb

МислоНомер паза i

провод- -------------------------никое 1 2 3 Ь 5 6 7

dfffedd J4(

)feddeff /let Сумма mnnmnmm

Т а б

и ц а

1

Верхний слой abcabc..aЈ. b.

Нижний слой a.cbaЈbabcab с

mnminnmmnmmn

Вариант 1 -

Вариант 2

n m

+ + -- + -- + nmmnmmnmmn т т + + + + + + + + + + + +

,i ,г уз « г s f б 7

.it j u.I i. Гх .Т...):

Таблица 3