Многополюсный вращающийся трансформатор

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании высокоточных информационных электрических машин. Цель изобретения является повышение точности многополюсных вращающихся трансформаторов (ВТ). ВТ содержит один из магнитопроводов, напрмер ротора, с числом зубцов, кратным числу пар полюсов, имеющем пазы, скос и ширина которых выполнена равными соответственно 2/3 и 1/5 зубного деления, и несет на себе обмотку типа зубец-полюс, а другой магнитопровод, например статора, с числом зубцов, кратным 77, несет на себе две синусоидально распределенные обмотки. Числа витков синусоидально распределенных обмоток W J, охватывающих зубцы магнитопровода (где J - номер зубцов), удовлетворяют Z/7 соотношениям @ и Z/11 соотношениям @ , где I-переменная суммирования

Z - число зубцов магнитопровода, несущего синусоидальные обмотки

I 1 - числа принимающие в каждом равенстве по одному значению из ряда 1,2...,Z/7

I 2 - числа, принимающие в каждом равенстве по одному значению из ряда 1,2...,Z/11. 2 ил 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1580493

А1 (й)5 Н О? К 24/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЙМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4406547/24-07 (22) 11.04.88 (46) 23.07.90. Бюл. Р 27 (72) Б.П. Леонов и А.И. Милюков (53) 621.314.214.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1001343, кл. H 02 К 24/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Р 299919, кл. Н 02 И 5/32, 1969, (54) ННОГОПОЛЦСН?1И ВРАЦАБЦИЙСЯ ТРАНСФОРИАТОР (57) Изобретение относится к элект.ротехнике и может быть использовано при создании высокоточных информационных электрических машин. Целью изобретения является повышение точности многополюсных вращающихся трансформаторов (ВТ).ВТ содержит один из магнитопроводов, например ротора, с числом зубцов, кратным числу пар полюсов, имеющим пазы, скос и ширина которых выполнены равными соответственно

2/3 и 1/5 зубцового деления, и несет

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании высокоточных информационных. электрических машин.

Целью изобретения является повышение точности преобразования.

На фиг. 1 показана схема вращающегося трансформатора (ВТ); на фиг.2— принципиальная электрическая схема ВТ.

?1ногополюсньИ ВТ состоит из соосно расположенных неподвижного корпуса 1 статора (фиг. 1), несущего магнитопровод 2, и поворотного корпуса 3 ротора, несуцего магнитопровод 4. На

2 на себе обмотку типа зубец-полюс, а другой магнитопровод, например статора, с числом зубцов, кратным 77, несет на себе две синусоидально распределенные обмотки. Числа витков синусоидально распределенных обмоток

Wj j охватывающих зубцы магнитопровода (где j — номера зубцов), удовлет7 воряют Z/7 соотношениям И + (Z /7)л

1=л л(«(з.-1)=0 и Z/11 соотношениям И +

1=л

+ (Z/11) (i-1) =О, где i — переменная суммирования; 2 — число зубцов магни- Я топровода, несущего синусоидально расположенные обмотки; 1л †чис,принимаюцие в .каждом равенстве по одному значению из ряда 1,2...,Z/7; 1 числа, принимающие в каждом равенстве по одному значению из ряда 1,2..., Z/11. 2 ил. 3 табл.

Сл

ОО

Ю

4ь магнитопроводах 2 и 4 статора и рото- ц ? ра размещены обмотки 5. М

Один из магнитопроводов, например, ротора, имеет число зубцов, кратное числу пар полюсов (р) многополюсного

ВТ и несет одну обмотку 6 возбуждения ,(фиг. 2), выполненную по типу зубец— полюс. Принимают p=32, а число зубцов магнитопровода ротора равно 64.

Иагнитопровод ротора с целью подавления в форме намагничивакщей силы (Н.С.) обмотки возбуждения низших (Зр и 5p) и им кратных гармоник выполнен

1580493 . ч г

",> W + — (i-1) = 0

Z и—

25 (2) 3

2 со скосом пазов на — зубцового деления

3 и величиной пшица (паза) на поверхности ротора, образующей зазор между рото1

1 ром и статором, равным — зубцового депения.

Второй магнитопровод 4 (статора) выполняется с числом зубцов кратным 77.

На магнитопроводе статора размещаютея две синусоидально распределенные вы1 ходные квадратурные (синусная и коси1 усная) обмотки 7 и 8.

Числа витков синусоидально распре деленных обмоток 7 и 8 И, охватываюЩие зубцы магнитопровода (j — номер зубца), должны удовлетворять соотноЕ .вениям—

1t

gW + — (5.-1) = 0

11

1- I где i - переменная суммирования, Z — число зубцов магнитопровода, несущего синусоидально распределенные обмотки;

1 — числа, принимающие в каждом равенстве по одному значению, Z . из ряда 1,2,...,—

1 — числа, принимающие в каждом равенстве по одному значению, Z из ряда 1 2 ° °

Z Z

1+ (i1) H1 + (i 1) 40

1 7 11 численные значения номеров зубцов

Например, р = 32, число зубцов статора, несущего выходные обмотки, равно

77, число зубцов ротора — 64. 45

Принимают, что максимальное число витков, охватывающих зубец магнитопровода статора, W „„ = 100. По теории расчета синусоидально распределенных обмоток„числа витков, охватывающих 50 зубцы магнитопровода, определяются в .соответствии с выражением

j — номер зубца; д . — угловое расположение оси

j-ro зубца на расточке магнитопровода.

Для получения равенства параметров синусной и косинусной обмоток и одинакового закона их намотки значение О( определяется выражением и 2Й вЂ” + — (j — 1), (4)

4р Z где Z — число зубцов магнитопровода, несущего данную обмотку (для указанного случая магнитопровода статора).

В известных многополюсных ВТ рас" считанные значения И округляются до целых чисел и по полученным данным составляются схемы обмоток. При округлении расчетных значений W до це3 лых чисел нарушается синусоидальное распределение чисел витков обмоток

И появляется дополнительный спектр гармоник в разложении фориы Н.С,, которого не должно быть при идеальном синусоидальном распределении.

Поскольку обмотки ротора выполI иены по типу зубец — полюс, то в Н.С. этой обмотки наиболее сильными гармониками являются гармоники Зр, 5р, ?р, 11р. Кроме того, выполнением определенных скоса и величин пазов этого магнитопровода подавлены гармоники

Зр и 5р и им кратные. Поэтому после округления расчетных значений чисел витков выходных синусоидально распределенных обмоток следует в дополнительном спектре гармоник сделать равныьпл нулю амплитуды гармоник порядка ?p и 11р, что достигается выбором числа зубцов статора кратных 77 и выполнением равенств (1) и (2). з

Расчет чисел витков, охватывающих зубцы магнитопровода, одной из статорных обмоток при использовании выражений (3) и (4) представлен в табл.1.

Проверяют рассчитанный закон (табл. 1) на соответствие выражениям (2) и (1) °

Для выражений (1) значения левых частей равенства

W = W совр а(, .ы (3) где W — максимальное число витков, М охватывающих один зубец;

W — число витков, охватывающих

j-й зубец;

?7

g W + — (i-1) =,0 W + 11 (i-1)

7 при разных значениях 1„ приведены в табл. 2.

Для выражений (2) значения левых частей равенств

1580493

Z M + — (i-1) 11 И .+ 7(i- 1) ( (6) F .(d) = IW °

) z

) ) Э

РW coskg = О; . И . sinko(= 0 °

) г )

Или при учете (4) z

g У соз

j=f

W- з п !

ГТ 2@с 211k. 1 соз — — — + — ) 4 2 Z

45 чения ), т.е. этих функций

1) 1, 1+—

2) 2, 2 +—

z z z — ) — 2 — ... Z. а а а при разных значениях 12 приведены в табл. 3 ° 5

При округленных расчетных значениях чисел витков до ближайших целых чисел соотношения (1) и (2) выполнены не полностью. Поэтому необходимо 1О ввести корректировку (переокругление) значений Ч.. Откорректированные зна) чения чисел витков, обеспечивающие выполнение соотношений (1) и (2),приведены табл. 1: 15

Вместо Установлено юг = -73 W = -74

W = -19 и,= -го и

W l = 94 W f5= 93

W = -41

Ы

Ы = -40

Я

1 „= -100 11 = -99

Ыоо= -50 W = -49

Ц+ = 51 Н4 = 52

W = -100

5 4 И о = -99

И = -61 бо

11 6о -62

Ы = 78 W >- =77

После указанной корректировки выполняются равенства (1) и (2), устройство не имеет взаимодействия между первичной и вторичными обмотками по 30 гармоникам 7р и 11р ввиду полного подавления их на выходных обмотках.

Выполнение равенств (1) и (2) при числе зубцов магнитопровода 77 (кратным 7 и 11) обеспечивает подавление в

Н.С. обмотки гармоник порядка 7 и 11 и им кратным, т.е. и гармоник 7р и

11р.

Кривая распределения Н.С. вдоль воздушного зазора для синусоидально распределенных обмоток может быть представлена в виде

F(d) = — о + (а солсо(+ b>sinks)

1 ь7

rpe ao = Г ) FQ)do(;

1 а = — 5 Г(о ) coska Ы«

fi гч

Ь„= — 1 FQ)sinks сЫ. о

Для подавления в Н.С. гармоники k следует выполнить равенства нулю а> и

Ь, что достигается выполнением

И

K F Q) co sk o(d a = О; о (5)

И

F(g)sinkage ао(= О.

Так как витки каждой обмотки соединены последовательно и по ним протекает один и тот же ток I, то распределение Н.С. пропорционально закону распределения витков на зубцах магнитопровода.

Функция F(/) может быть представлена в виде ступенчатой кривой. Значения этой функции против зубца j магнитопровода равны

Подставляя (6) в левые части равен| ства (5) и выполнив некоторые преоб- . разования получают

2 z 7

F(g) coskdd с4=1 f W, coskd dd=

И Ъ 1

<(- «Iz =Тзпй —; У coskot г

2, ) (+Н

2н z )

J Fid)sinkddd=IQ ) «,sinkddd = -1iz

=Isink — g M sinks .

Тогда для подавления гармоники k вместо выражения (5) следует выполнять равенства

1 о.

z z

21г К г "11 — — + — j = О, (7)

4 2 Z

Если между Z u k есть общий множитель а, то при изменении j от 1 до Z значения

Г1г ггг k 2 Г1с и sin(— — — + (4 . Z 2 1

Z повторяется а раз через каждые — знаа численные повторения будут при значениях

+ — (а-1), z ,° .° .°.,, 2 + — (а-1), Z а

Ф ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° Э ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °

1580493

Следовательно, можно выражения (7) записать в виде !

Гь Е; 1 6 2Я k 2tlk. ,7 I 7M.+ — (i-1) 1соs(— — — + — j)=0; р! „, j а 4 Z Z

7 . 1 . !! 2!!к 2Г!к .

gQ. + — (1-1 )! 81П(—. — + 3 )

;,,) а 4 Z Z г! венное повьппение точности работы многополюсного ВТ.

Формула изобретения

Иногополюсньп". вращающийся трансформатор, содержащий статор и ротор, один из которых выполнен с числом зубцов, кратным числу пар полюсов р, с углом скоса пазов 120/р, и шириной пазов 36/бр, а второй имеет две синусоидально распределенные обмотки, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности преобразования, магнитопровод, несущий синусоидально распределенные обмотки, выполнен с числом зубцов кратным 77, а числа витков секций синусоидально распределенных обмоток M . охватывающих зубГ Г цы магнитопровода, где 1 — номер зубца, удовлетворяет соотношениям

= 0 ° (8) !

Таким образом, для подавления любой

,в разложении Н.С. обмотки гармоники номер которой имеет общий множи:тель с числом зубцов магнитопровода, :достаточно провести к нулю суммы, стоящие в квадратных скобках выражений (8), что и записано выражениями

;(1) и (2) соответственно для значений а = 7 и а = 11, которые являются обшими множителями между Z = 77 и k =

7р иZ. 77иk=11р.

Трансформатор работает следующим образом.

= 0 !

+ — (i-1) ,,, е, 11

+ — (i-1)

;, е, При подаче напряжения на обмотку

6 возбулдения на выходных обмотках 7 и 8 в зависимости от углового положения !! ротора наводятся сответственно напряжения, пропорциональные sinp ñ! и cospИ, где — переменная суммирования;

ГГ

1,2,...,—

1 2

9 ГГ" Г—

11 число зубцов магнитопровода, несущего синусоидально распределенные обмотки;

Z (i-1) 1 1+ — (i — 1) — числен11

Благодаря выполнению одного магнитопровода с числом зубцов, кратным

77,и синусоидальному распределению обмоток с удовлетворением равенствам 35 (1) и (2) полностью подавлены все гармоники кратные 7 и 11, включая и гармоники 7р и 11р, что дает сущестZ

1 +—

7 ные значения номеров зубцов j.

Таблица!

Зубцы

cos и!„

Угловое поЧисло витков, охватывающих зубец ложение оси зубца М, эл. град.

Переокругленное

Расчет- Округленное ное до целых чисел!

70,5 71

-96,8 -97

96,2 96

-69,3 -69

23,3 23

29,2 29

-73,5 -73

97,7 98

-95,0 -95

2

4

6

194,61038

344,22076

133,83114

283,44152

73,0519

222,66228

12,27266

161,88304

0,7071

-0,9677

0,9623

-0,6925

0,2325

0,2915

-0,7354

0,9771

-0,9504

-97

-69

29

-74

-95

-1580493

cos 9<

Угловое положение оси зубца 4> эл. град.

Зубцы, J

Округленное до целых чисел

РасчетПереокругленное ное

66,3

-19

-33

-98

-63

37

-79

-92

-11

-41

-20

-19,3

-33,0

76,2 .

-98,5

-33

-98

93,7

-62,1

-63

37

-79

15,2

36,9

-78,8

99,1

-92,2

59,0

-1 1,2

-40,6

-92

-11

-40

-99

81,8

-100

91.-57

-99,6

90 5

-56,6

7,1

-57

44

-84

44,3

-84

-83,6

99,9

-88,7

100

100

-89

-3

-48

-100

-89

-3

53,2

-3,1

-48

-100

85 7

-100,0 86 ° 8

-49,7

87

-50

»1

2-49

52

-88

100

-85

-55

-99

-42

58

-91

-80

-1,0

51,5

-87,8

-88

99,9

100

-85

5.-55

-100

-42

58

-91

-80

-84,7

46,1

5,1

-54,9

89,6

-99,8

82,4

-42,5

-9,2

58,3

91,4

99,4

-80,0

11

12 l3

14

16

17

1В

19

21

22

23

24

26

27 с

28

29

31

32

33

34

36

37

38

39

41

42

43

44

46

47

48

49, 50

51

52

53

54

56

311,49342

101,1038

250,71418

40i32456

189,93494

339 54532

129,1554

278,76578

68 37616

217,98654

7,59692

157,2073

306,81768

94,42806

246,03844

35,64882

185,2592

334,86958

124,47996

274,09034

63,70072

213,3111

2,92140

152,53186

302,14224

91,75262

241,363

30,97338

180,58376

330, 19414

119,80452

269,4149

59,02528

208>63566

358,24604

147,85642

297,4668

87,07718

236,68756

26,29794

175,90832

325 5187

1 15, 12908

264, 73946

54,34984

203,96022

353 57Р6

143, 18098, 0,6625

-0,1926

-0,3303

0,7624

-0,9850

0,9369

-0;6314

0,1524

0,3685

-0,7882

0,9912

-0,9219

0,5993

-0,1120

-0,4061 0,8126

-0,9958

0,9053

-0,5661

0,0713

0,4431

-0,8357

0,9987

-0,8873

0,5320

-0,0306

-0,4793

0,8574

-0,9999

0,8677

-0,4970

-0,0102

0,5147

-0,8777

0,9995

"0,8467

0,4612

0,0510

-0,5492

0,8965

-0,9975

0,8243

-0,4247

-0,917

0,5828

-О, 9138

0,9937

-0,8005

Продолжение табл.

Число витков, охватывающих зубец

1580493! 2

Продолжение табл. 1

Угловое положение оси зубца Ы1, эл. град.

Зубцы, 3

cos 0l„

Число витков, охватывалцих зубец

РасчетОкруглен- Переокругное до ленное целых чисел ное

Таблица 2

1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11

Π0 1 -1 0 1 — 1 0 1

Та блица 3

6 7

3 4 5 г

О 1

О -1 2 -2

58

59.

61

62

63

64 65

66

67

68

69

71

72

73 .74

76

292,79136

82,40174

232, 01212

21,6225

171,23288

320,84326

110,45364

260,06402.

49,6744

199,28478

348,89516

138,50554

288,11592

77,7263

227,33668

16,94706

166,55744

316,16782

105,7782

255,38858

0,3874

О, 1322

-0,61549

0,9296

-0,9883

0,7754

-0,3494

-0,1725

0, 647-1

-0,9439

0,9813

-0,7490

0,3109

9,2126

-0,677

0,9566.

-0„9726.

0,7214

-0,2719

-0,252262

38,7

13,2

-61,5

93,0

-98,8

77,5

-34,9

-17,2

64,7

-94,4

98,1

-74,9

31,1

21,3

-67,8

95,7

-97,3

72,1

-27,2

-25,2

13

-61

-99

-35

-17

-94

-75

21

-68

-97

-27

-25

13

-62

-99

"35

-17

-94

-75

21

-68

-97

-27

-25

1580493

Составитель В. Комаров

Техред Л.Олийнык Корректор, Л.Патей

Редактор И. Нулла

Заказ 2019 Тираж 441 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета но изобретениям и открытиям при ГКНТ СЧСР

113035, Москва, Ж-Ф, Раушская наб. ° д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101