Многополюсный вращающийся трансформатор
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании высокоточных информационных электрических машин. Целью изобретения является повышение точности многополюсных вращающихся трансформаторов (ВТ). ВТ содержит статор и ротор, один из которых имеет магнитопровод с числом зубцов, кратным числу пар полюсов, и обмотку типа зубец-полюс, а другой имеет магнитопровод с числом зубцов, не кратным числу пар полюсов, и две синусоидально распределенные обмотки. Число зубцов магнитопровода, несущего синусоидально распределенные обмотки, кратно 105, а числа витков в секциях синусоидально распределенных обмоток, охватывающих зубцы магнитопровода, удовлетворяют соотношениям, приведенным в тексте описания. 3 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5в 4 Н 02 К 24/00
n .ксцщя
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (61) 1436211 (21) 4337621/24-07 (22) 04.t2.87 (46) t5.08.89. Бюл. М 30 (72) В.П.Леонов и А.И.Милюков (53) 621.313.334:654.94, 088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
i9 1436211, кл. Н 02 К 24/00, 1987. (54) МНОГОПОЛЮСНЫЙ ВРАЩАЮЩИЙСЯ ТРАНСФОРМАТОР (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании высокоточных информационных электрических машин. Целью изобретения является повышение точности многоИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании высокоточных информационных электрических машин, многополюсных вращающихся трансформаторов (ВТ).
Цель изобретения — повышение точности путем подавления намагничивающей силы синусоидально распределенных обмоток гармоники 7 р.
На фиг.1 показано раэмещени осе новных элементов конструкции ВТ; на фиг.2 - принципиальная электрическая схема; на фиг.3 — пример одной из синусоидально распределенных обмоток ВТ, Многополосный ВТ состоит из соосно расположенных неподвижного корпуса статора 1, несущего магнитопровод
2, и поворотного корпуса 3 ротора, несущего магнитопровод 4. На магнито..Я0„„1501220 A 2
2 полюсных вращающихся трансформаторов (ВТ). ВТ содержит статор и ротор, один иэ которых имеет магнитопровод с числом зубцов, кратным числу пар г. люсов, и обмотку типа зубец-полюс, а другой имеет магнитопровод с числом зубцов, не кратным числу пар полюсов, и две синусоидально распределенные обмотки. Число зубцов магнитспровода, несущего синусоидально распределенные обмотки, кратно 105, а числа витков в секциях синусоидально распределенных обмоток W>, охватывающих зубцы магнитопровода, удовлетворяют соотношениям, приведенным в тексте описания. 3 ил., 1 табл. проводах 2 и 4 статора и ротора размещены обмотки 5.
Один из магнитопроводов, например, в рассматриваемом случае ротор, имеет число зубцов, кратное числу пар полюсов (р) ВТ и несет одну обмотку возбуждения 6, выполненную по типу зубец-полюс. В рассматриваемом примере примем p=32 и число зубцов магнитопровода ротора равным 64.
Второй магнитопровод 4 (статора) должен иметь число зубцов кратное
15-ти и одновременно, кратное 7.
С учетом этих двух требований примем в рассматриваемом примере минимально возможное число зубцов магнитопровода статора, равным 105-ти.
На этом магнитопроводе размещаются две квадратурные (сдвинутые между собой по положению осей на
1501220
90 эл.град.) обмотки 7 и 8, являющиеся выходными синусной и косинусной обмотками.
Числа витков в секциях синусоидально распределенных обмоток 7 и
8 Wg охватывающие зубцы магнитопровода (j — номер зубца), удовлетвоZ ряют — — — соотношениям
1О
W6 Е Ир + (11) 0 (1)
Z соотношениям
5 15
S 5
Е w ;> - и + — — (i->)-о (n
Z с=1 1
2 и ---- соотношениям
9
;> .( 7
W () W + — — (i-1) 0 ь — е
У =1 (3) 25 где
2 переменная суммирования; число зубцов магнитопровода, несущего синусоидально распределенные обмотки; числа, принимающие в каждом равействе (1) по одному энаZ чению, иэ ряда 1,2... числа, принимающие в какдом равенстве (2) по одному
Z значению из ряда 1,2 ° .. числа, принимающие в калдом равенстве (3) по одному зна- .
40 чению, из ряда 1, 2...
Z Z
1 + — — (i-1) 1 + — -(i-1)
3 5
1 + --- (i-1) — числовые значения
45 номеров зубцов.
Пример. Примем максимальное число витков, охватывающих зубец магнитопровода статора, И„,100. По теории расчета синусоидально распределенных обмоток, числа витков, охватывакицие зубцы магнитопровода, определяются в соответствии с выракеW) М, iо р,с (4) у 3 2%
Ыд m - — - + — — (3-1), 4р Z (5) где Z — число зубцов магнитопровода, несущего данную обмотку (для расматриваемого примера — магнитопровода статора).
В известных многополюсных ВТ рассчитанные значения W округляются до целых чисел и по полученным данным составляются схемы обмоток.
При округлении . расчетных значений W> до целых чисел нарушается синусоидальное распределение чисел витков обмоток и появляется дополнительный спектр гармоник, намагничивающей силы (Н С), которого не долкно быть при идеальном синусоидальном распределении.
Поскольку в рассматриваемом примере устройства обмотка ротора выполнена по типу зубец-полюс, то в Н С этой обмотки гармониками, имеющимй наибольшие амплитуды, являются Зр, 5р, 7р ° Поэтому после округления расчетных значений чисел витков выходных синусоидально распределенных обмоток следует в дополнительном спектре гармоник сделать равными нулю амплитуды гармоник порядка
Зр, 5р, 7р, что достигается выполнением равенств (1), (2) и (3).
Расчет чисел витков, охватывающих зубцы магнитопровода одной из статорных обмоток, при использовании выражений (4) и (5), представлен таблицей графы 1-5. Знак перед числом витков обозначает направление намотки. Проверим результаты расчета (графа 5) яа соответствие соотношениям (1), (2) и (3) . где W — максимальное число витков, охватывающих один зубец; число витков, охватывающих
j-тый зубец; номер зубца; (— угловое расположение оси
j-того зубца на расточке магнитопровода.
Для получения равенства параметров синусной и косинусной обмоток и одинакового закона их намотки значения
o(j определяются выражением:
1501220
Числа витков, охватывающих зубец j
cos MJ
Зубцы
Расчетное
Округлен ные дл, цел.чис.
Переокругленные с учетом формулы изобретения эл.град., 70,7
-90,4
-9,7
97
-55,7
-59,4
95,8
-5,2
-92,2
67,5
46,7
-99,0
20,1
85,5
-77,7
-33,0
2
4
6
8
11
12
13
14
16
17
18
19
21
22
23
24
26
27
28
29
31
32
33
34
36
37
38
39
41
42
43
44
46
47
48
Угловое положение оси зубца в
154,71
264,43
14,14
123,86
233,57
343,29
93
202,71
312,43
62, 14
171,86
281,57
31,29
141
250,71
0,43
110,14
219,86
329,57
79,29
189
298,71
48,43
158, 14
267,86
17,57
127,29
237
346,71
96,43
206, 14
315,86
65,57
175,29
34,71
144, 43
254,14
3,86
113,57
223,29
333
82,71
192,43
302,14
51,86
161,57
271,29
О, 707
-0,904
-0,097
0,97
-0,557
-0,594
0,958
-0,052
-0,922
0,6747
0,467
-0,99
0,201
0,855
-0,777
-0,3304
1,00
-0,344
-0,768
0,862
О, 186
-0,988
0,480
0,664
-0,928
-0,037
0,953
-0,606
-0,545
0,973
-0,112
-0,898
0,718
0,414
-0,997
0,259
0,822
-0,813
-0,273
0,998
-0,400
-0,728
0,891
О, 127
-0,977
0,532
0,618
-0,949
0,022
-34,4
-76,8
86,2
18,6
-98,8
48,0
66,4
-92,8
-3,7
95,2
-60,6
-54,5
97,3
-11,2
-89,8
71,8
41,4
-99,7
25,9
82,2
-81,3
-27,3
99,8
-40
-72,8
89,1
12,7
-97, 7
53,2
61,8
-94,9
2,3
71
-90
-10
97
-56
-59
96
-5
-92
67
47
-99
86
-78
-33
-34
-77
86
19
-99
48
66
-93
-4
-61
-55
97
-11
-90
72
41
-100
26
82
-81
-27
-40
-73
89
13
-98
53
62
-95
-90
-10
97
-56
-59
-5
-92
67
47
-99
86
-78
-33 !
-34
-77
86
18
-99
48
66
-93
-4
-60
-55
97
-11
-90
72
41
-100
26
82
-81
-27
-40
-72
89
12
-97
53
62
-95
1501220
Продолжение таблицы
Числа витков, охватывающих зубец j
COS а(у
Зубцы
Переокругленные с учетом формулы изобретения
Округленные дл. цел.чис.
Расчетное эл.град., 93
-65
-49
93
-65
-49
51
52
53
54
56
57
58
59
61
62
63
64
66
67
68
69
71
72
73
74
76
77
78
79
81
82
83
84
86
87
88
89
91
92
93
94
96
Угловое положение оси зубца в
2t
130,71
240,43
350,14
99,86
209,57
319,29
69
178,71
288,43
38, 14 147,86
257,57
7,29
117
226,71
336,43
86, 14
195,86
305,57
55,29
274,71
24,43
134,14
243,86
353,57
103,29
213
322,71
72,43
182, t4
291,86
41,57
1э1,29
261
10,71
120,43
230,14
339,86
89,57
199,29
309
58,71
168,43
278,14
27,86
137,57
0,934
-0,652
-0,493
0,985
0,171
-0,870
0,758
0,358
-1,000
0,316
0,787
-0,847
-О, 2152
0,992
-0,454
-0,686
0,917
0,067
-0,962
0,582
0,569
-0,966
0,082
0,910
-0,696
-0,441
0,994
-0,230
-0,839
0,796
0,302
"0,999
0,372
0,748
-0,877
-0,156
0,983
-0,506
-0,641
0,939
0,008
-0,944
0,629
0,519
-0,980
0,142
0,884
-0,738
93,4
-65,2
-49,3
98,5
- 17, 1
-87, О
75,8
35,8
-t00
31,6
78,7
-84,7
-21,5
99,2
-45,4
-68,6
91,7
6,7
-96,2
58,2
56,9
-96,6
91
-69,6
-44, 1
99,4
-23,0
-83,9
79,6
30,2
-99,9
37,2
74,8
-87,7
-15,6
98,3
-50,6
-64, 1
93,9
0,8
-94,4
62,9
S1 9
-98
14,2
88,4
-73,8 17
-87
76
36
-100
32
79
-85
-22
99
-45
-69
92
-96
58
57
-97
91
-70
-44
99
-23
-84
-100
37
-88
-16
98
-51
-64
94
-94
63
52
-98
14
88
-74 .17
-87
76
36
-100
32
78
-84
-22
99
-45
-68
92
-96
58
57
-96
91
-70
-44
99
-23
-84
-100
37
-88
-15
98
-51
-64
94
-94
63
52
-98
88
-73
1501220
Продолжение таблицы
cos MJ
Угловое положение оси зубца в
Зубцы
Числа витков, охватывающих зубец j
Расчетное
Округленные дл. цел.чис.
WJ эл.град., Переокругленные с учетом формулы изобретения
-39
-29
-81
83
24
-99
-39
-29
-81
83
24
-99
-38,6
99,9
-28,8
-8б; 5
83,0
24,4
-99,5
42,7
-0,386
0,999
-0,288
-0,805
0,830
0,244
-0,995
0,427
247,29
357
106,71
216,43
326,14
75,86
185,57
295,29
98
99
101
102
103
104
105
Д ля соотношений (1) значения левых частей равенств, !
W$ + — — (i-1) - W< +35(i-1)
1 s4
1 при переменных значениях l„равны:
35
Для соотношений (2) значения левых частей равенств.
5
4л (i-f) W< +21(i-1) (2
45 при переменных значениях 1е равны:
Wto 0
Wie m m-1
W9$
-o
w -o
-o
МЗ2
1 9Ь
W9, -0
W9s
W< + 14дс
И2 + Ы2Ь
ИЬ + Ы21
Мл + W2$
"4 + 1 2 Ь
ЦЬ + У2Ч
+ 1 з
Wg + Ылз
1 19 + 1 36
"4е + 146л
Wv + 32
lл ю1
1, 2
1 ее3
lл 4
1л
lл 6 7
lл 8
1л
l„mm10
lл 11
lл 12
=13
lл 14
1„15
lл 16
lл 17
1л 18
1,-1
1 - 2
В
1 mm3
1 4
1л 5
-e м7
12 8
1 9
1, -10
1л =11
1 3Ь
1 2 1 37 3 ЗЬ
+1"139 Ъ +ало б 4Л
Ф
Wt ++W13
1 9 +1 41
1 1 в +1 15 л1 16
1 л2 +" ат
W42 +W 4$
1 л1 +Ь1 49
ЛЮ +1"1 99
Илз +W $1
И +И$$
И$$ +Яр
+14 7л
+1"1 re
+Ь Ч3
+1"1 71
+1 75
+М76
+W p
+И Ч$ Ч9
+1 Ьо
+1 И
++W 30.
+Wp
+W 34
+W Ь$
+W р
+Wy
+Ю $$ 0
0 0
0 0
1
-1 0 0
-1 0
0 0
W43
41
+ W + 1 46 4Ч + Илз 1 49 + W$o + W + Ws2 + Мз + Яьл + 1 165 + + Wac + + W g + +W6$+ +14 + + Wqo + + Wтл + +W»+ + W93+ +W%4 + lл 19 1„20 lл 21 1„22 1л -23 lл -24 1, 25 lq 26 lл -27 1„28 lл 29 1„-30 1„31 32 1„33 1л 34 lл 35 Мле+W54 1 20 +W6$ ЮЬ W2$ +И$Ч и юВ 24 Я 25 ьО 1 2Ь 1 Ьл 27 1 2З +1 6> И +ИЬ4 1 Ье ++W У 31 ЬЬ ИЬ$ +ИЬЧ Ин +Wgg W> +W69 W +W Чо +W Я9 0 +w -o +W91 1 +И 0 +Ы9 -0 +ы о +W - 0 9э +W -1 96 +W -1 ЯЧ +W -1 9Р +w -o 99 +1 лов 1 +w1el ао +w„, 0 ++W л99 mO +1 лВ +W лэ50 1501220 1 51 + W15 + ! Я + 1 ц + 56 W67 73 + 1 6Я + " 9 + 1 69 + ЯР + ос + Я! + we! + Wgg + Wet + Ы + ЬЯ + 1 64 + W33 + W + W65 + W36 W3V + W3g + 69 W46 + W41 + W4g + + =О +=0 Для соотношений (3) значения левых частей равенств„, 15 т W +15 (i-1) е 105 w + — — -(1-1) - с 7 при переменных значениях 1 равны: + 1 61 + 1 6О + И66 + W65 + W66 + W6r + WsS + W69 + !о + W 1 + Wag + Wg3 + Wyq + Wr5 W„+ W16 + Wg1 1 9 + Нт + !газо. + 1 19 + Wgg И Wg + Ияо + Wgg "6 + 1 91 + 36 Wg + Wgg + Wg9 Wg + Wyg + Wgg 1 9 + 1 и + W 39 416 ++, !"1И + W46 1 м + W«+ 1 Э W1g +. Wt7 + W4g И 19 + 44 1 15 + 1 эо + W45 + 1 46 + W49 + W4g 1 49 + 150 + Ч51 Н + W5g + 1 54 + Wg5 1 56 + (4 + Wgg + Wg9 + Wco =0 =0 =0 чений И . Откорректированные значения чисел витков, дающие обеспечивающие выполнение соотношений (1), 4О (2) и (3) приведены ниже и в графе 6 таблицы. Следовательно, при округлении расчетных значений чисел витков до ближайших целых чисел соотношения (1), (2) и (3) выполнены не полностью. Поэтому необходимо ввести корректировку (переокругление), знаВместо W1 =71 W =96 Мол =19 WIIs =-61 -73 w„,= 13 -98 М6! = -85 1465 = -69 Иц — — -97 Wg5 = -16 Wgq = 14 Wgr = -74 установлено II и ВТ не будет иметь вэаимодействия между первичной и вторичными обмотПосле указанной корректировки выполняются равенства (1), (2), (3) 11 =12 1Я 13 l =14 1о 15 1о =16 1< =17 1Я =18 1Я 19 lg =20 1Я =21 1Ф! 12 1 3 1=4 1=5 1=6 1=7 1=8 1=9 1=10 1=11 1=12 1-13 1=14 1=15 йло + W, + лл 15 "46 + балт + W1g + W19 + Wgo + WB+ Wg6 эч Wgg 1 99 1" лоо 1 лол W1OZ 1 1О3 И ло4 "4 о 5 + =0 + =0 + =0 + =0 + =0 + =1 += -1 + WW6 + Weq + Wgg + 1 rg + 1 Во + Wg1 + Wg2 + 1 83 + Wgg + Wgg Уб + Wgr + и + 1 39 + W9o + Wg1 + Wgg + W93 + 1 94 1 95 + И, + W9 " gg + Ц, + 1 1о + W1op "114 ло5 Ы1 =70 W7 =95 Wq1 =18 Wgg = -60 W4g = -72 W44 = 12 W45= -97 66 W61 = -84 W65 = -68 И„„= -96 Ч„= -15 W = 15 Wg7 = -73 ) 501 220 где 1+ — -(i-1) 7 фиР f Qua. 2 хами по гармоникам 3 р„5 р, и 7 р ввиду полного подавления их на вторичных обмотках. На фиг.З порядковыми числами эану- мерованы номера пазов 9-113, так, что первый зубец расположен между 9-ым и 10-ым пазами, второй зубец между 10-ым и 11-ым пазами и т.д. Против лобовых частей каждого зубца указа 10 но число витков, охватывающих этот зубец, в соответствии с графой 6 таблицы. Устройство работает следующим образом. l5 При подаче напряжения на обмотку возбуждения 6 на выходных обмотках 7 и 8 в зависимости от углового положения С ротора наводятся соотгетственно напряжения, пропорциональные sin p< и соз рз(. .В данном ВТ полностью устранено влияние гармоник намагничивающих сил обмоток кратных 7, в т.ч. и гармоник порядка 7 р, которые имеют сре- 25 ди высших гармоник этой машины максимальную амплитуду, а поэтому и наибольшее влияние на их погрешность. Формула изобретения Многополюсный вращающийся трансформатор по авт.св. Р 1436711, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, число зубцов магнитопровода, несущего синусоидально распределенные обмотки, кратно 7, а сумма чисел витков в секциях синусоидально распределенных обмоток W, 1 охватывающих зубцы магнитопровода, где j — номер зубца, удовлетворяют z — — соотношениям Ч. и,< > - и„ <„, =о, 1 переменная суммирования; число зубцов магнитопровод», несущего синусоидально распределенные обмотки; числа, принимающие в каждом соотношении по одному энаz. чению, из ряда 1,2,..., значения номеров эубцов I 501 220 7U -90 -10 57 -50 -. " -9 — 92 67 47-99 20 dd -Ф 1Г 1ПГ )Г 1Г 11 Г, 11 1Г 1Г 1ПП Я 10 1r 17 13 r« 17 16 rg N Zi 72 23 — Л 190 -Z4-77 86 >8 -99 40 66 -И -4 95 — бд — $3 tt l1 90 72 й1-100 26 82 — di — 27 100 — 40 — 72 09 12 — 97 ПГНИГ 1Г 1Г Г1Г1Г1Г1Г1Г1Г 1Г 3Г1Г 29 40 41 42 43 44 45 40 47 49 49 $0 $1 97 53 d4 — 22 — 99 - 45 -08 92 7 — M 5S 97 — Яб d 91 — 70 -44 1ПГ Г1Г )ПГНИГ 1Г 1Г 1Г И 1Г1ПГ1Г б9 70 71 72 73 74 7570 77 7d 79 d0 âr d2 d3 У -23 -Ю l0 30 — 100 37 7$ — 99 -1596 -51 — 04 Ф 1 -9Ф 03 $7 -УЮ 1$ ЮР -73 -и 10Р -29 -tl 43 80-99 43 1Г 3Г 1ГЗГ 3ПГ 1Г )ПГ 1Г 3Г3ППГ 3Г 99 100 101 107 193 !Р4 109 1РР 107 1РР 109 11Р 111 117 113 фиеЗ Редактор М.Товтин Заказ 4В86/53 Тирал 646 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям пр и ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат Патент, г. Укгор д, у . р 11 У о л. Гага ина 1G1 фр Составитель В.Комаров Техред М.Ходанич Корректор H.Муска
