Двухполюсный вращающийся трансформатор

 

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 Z<SB POS="POST">1</SB> и магнитопровод статора с числом пазов Z<SB POS="POST">2</SB>, несущие по две синусоидально распределенные обмотки. Число Z<SB POS="POST">1</SB> кратно произведению простых чисел A<SB POS="POST">1</SB> и A<SB POS="POST">2</SB>, имеющихся в разложении на простые множители соответственно чисел Z<SB POS="POST">2</SB> - 1 и Z<SB POS="POST">2</SB> + 1. Число Z<SB POS="POST">2</SB> кратно произведению чисел A<SB POS="POST">3</SB> и A<SB POS="POST">4</SB>, имеющихся в разложении на простые множители соответственно чисел Z<SB POS="POST">1</SB> - 1 и Z<SB POS="POST">1</SB> + 1. Данные соотношения чисел проводников каждой обмотки в пазах магнитопроводов. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (505 H 02 К 24/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4654926/07 (22) 24.02.89 (46) 23.07.91.Бюл.N. 27 (72) Б;П.Леонов и А.И.Милюков (53) 621.313.334:654.94(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 758412, кл.Н 02 К 24/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР

ЬВ 1429239, кл. Н 02 К 24/00, 1987. (54) ДВУХПОЛЮСНЫЙ ВРАЩАЮЩИЙСЯ

ТРАНСФОРМАТОР (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании высокоточных информационных

Изобретение относится к электротехни- ке 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.

BT состоит из соосно расположенных неподвижного корпуса статора 1(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 распределенные квадратурные (сдвинутые по положению их осей на магнитопроводе на р

„, . Ж,, 1665470 А1 электрических машин. Целью изобретения является повышение точности двухполюсных вращающихся трансформаторов (ВТ), ВТ содержит магнитопровод ротора с числом пазов Z1 и магнитопровод статора с числом пазов Z2, несущие по две синусоидально распределенные обмотки. Число Z< кратно произведению простых чисел а1 и а2, имеющихся в разложении на простые множители соответственно чисел Zg-1 и Zz +1.

Число Zz кратно произведению чисел аз и а4, имеющихся в разложении на простые множители соответственно чисел Z>-1 и Zi +1, Даны соотношения чисел проводников каждой обмотки в пазах магнитопроводов. 2 ил.

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

На роторе 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, Л а обмотки 8 и 9 соответственно выходными 4 ь синусной и косинусной обмотками. При возбуждении со стороны статорных обмоток их С) роли меняются, Согласно существующей теории расиета синусоидально распределенных двухполюсных обмоток числа проводников в пазах магнитопровода каждой обмотки определяются в соответствии с выражением

N = Nm cos а, . (1) где i — номер паза;

Ni — число проводников в i — м пазу, 1685470, Nm — максимальное число проводников в пазу;

Q — угловое расположение оси i — го паза.

Для получения равенства параметров и одинакового закона распределения проводников по паэам квадратурны обмоток, значения Q следует определять выражением а = — + (1- I), 4 z (2) где z — число пазов магнитопровода, несу,,щего обмотку.

При расчете существующих BT рассчи, танные значения округляются до целых чи сел, по полученным данным составляется, схема намотки.

Однако при округлении расчетных зна чений 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 маг нитопровода, например статора, которые есть в спектре гармоник другого магнитопровода, например ротора, при чисто синусоидальном распределении проводников по паэам.

Наиболее сильными, искажающими точность двухполюсного ВТ, являются гармоники порядка z1 1 и z2 + 1, где z1 и z2— числа пазов соответственно магнитопроводов ротора и статора.

В предлагаемом двухполюсном ВТ магнитопровод ротора выполняют с числом z1, кратным произведению простых чисел а1 и а2, имеющихся в разложении на простые множители соответственно чисел Z2-1 и

Z2+1, а магнитопровод статора с числом пазов Z2, кратным произведению чисел аз и а4, имеющихся в разложении на простые множители соответственно чисел Z1-1 и 71+1.

При этом при округлении рассчитываемых чисел проводников каждой обмотки до целых чисел следует выполнйть соотношения

N1+ N1+ а1+ Й1+2а1+" + N1+z1-а1 = 0

N2 + N2+a1 + N2+2a1 + "" + N2+z1-a1 = 0

Na1 + N2a1 + N3a1 + ".. + Nz1 = 0

М + N1+a2 + N1+2a2 +. ° ° +N1+z1-а2 = 0 (3) N2+ N2+a2 + N2+2a2, + ° ° ° + 2+я1-а2 = 0

° ° 1 ° ° а2 + 2а2 + За2 + ° ° + Nz1= 0 для статора

N1 + Й1+аЗ + N1+2a3 +... Й1+г2-аЗ = 0

N2 + N2+a3 + 1 2+2аЗ + ° ° + N2+z2 аЗ

Na3 + N2a3 + N3a3 + + Nz2 = 0

М1+ 1 1+а4 + 1+2а4 + ° ° + N1+z2-à4 0 (4) Й2 + И2+а4 + 2+2а4 + ° ° ° + N2+z2w4 = 0 а4 + N2a4 + NÇa4 + ° ° ° + Nz2 = 0 где NI — число проводников в 1-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 Z1 +. 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, 21=21; Z2=55, Зададим Nm и ротора и статора равным 10-ти. Для ротора а1=3, а2=7. Эти множители имеются в числах Z2-1=54(3) и

22+1=56(7).

Для статора получим аз=5, a4=11. Эти множители имеются в числах Z1-1=20(5) и

3р Z1+1=22(11).

Используя выражения (1) и (2), рассчитаем распределение проводников по паэам одной обмотки ротора. Расчет представлен табл,1, графы 1-5. Аналогичный расчет распределения 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 противопо4р ложном направлении (это следует из выражения (2)).

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

Проверим рассчитанный закон для ро50 торной обмотки на соответствие равенствам (3) 1+ 4+N7+ 10+ N13+ Й16+ N19 =

= 7-1-9-10 — 3+ 5+ 10 = — 1

N2+ ч5+ N8+ N11+ N14+ N17+ N20

=5-4-10-8 + 0 + 8 + 10 = 1

ЙЗ + И6+ N9 + N12 + N15+ N18+ 21

2-7-10-6+ 3+ 9+ 9 = 0

N1 + йв+ й15 =* 7 — 10+ 3 = 0

М+ N9+N16 = 5-10+ 5 = 0 йз+ й19+ й17= 2-10+ 8 = 0

1665470

N4+ М11+ N18= — 1 — 8+9 =0

N5+ N1z+ N1g = — 4-6+ 10 = 0

N6+ N13+ Nzo = — 7 — 3+ 10 = 0

М+ N14+ N21= — 9+ 0+ 9 =-0

Как видно, для ротора равенства (3) выполнены не полностью и требуется переокругление чисел проводников в пазах.

После переокругления чисел проводников, а именно в десятом пазу вместо N 1o=-10 установлено N1o=-9 и в 17-ом пазу вместо

N17 = 8 установлено й17 = 7, равенства (3) удовлетворены и окончательные значения чисел проводников в роторной обмотке приведены в графе 6 табл.1.

Проверим рассчитанный закон для статорной обмотки на соответствие равенства

<41

N1+ N 6+ N11 + N16+ Й21+ N26+ N31 + N36+

+ N41 + N46 +N51 = 7 + 2 — 3 — 8 — 10 — 9 — 5— — 1+6+9+10=0

N2+ N7 + N12 + N17+ N22 + Л127+ 32 +

+ N37 + N42 + N47 + N52 = 6 + 1 — 4 — 9— — 10 — 8 — 4+2+7+10+9=0

N3+ N8+ N13 + |ч18 + N23 + N28+ N33+

+Й38+ N43+ N48+ Й53 =

=5+0 — 6 — 9 — 10 — 7 — 3+ 3+ 8+ 10+ 9 = 0

N4+ N9 + N14+ М19 + N24 + N29 + N34 +

+ 39+ N44+ N49 + И54 = 4 — 1 — 6 — 10 — 10 — 7 — 2+ 4+ 8+ 10+ 9 = — 1 5+ N10+ N15+ Nzp+ 25+ N3o+ N35+

Й40+ 1ч45+ Й50+ N55 = 3 — 2 — 7 — 10 — 9— — 6+0+5+9+ 10+ 8= 1

N1+ N12+ Nz3+ N34+ М45 = 7 — 4— 10 — 2+9=0

N2+ N13+ Nz4+ N35+ Й46 = 6 — 6 — 10+

+0+9= вЂ

N3 + N14 + N25+ N36 + N47 =- 5 6 9 +

+1+ 10= 1

N4+ Й15+ N26+ М37+ Й48 = 4 7 9+

+2+10=0

N5+ N1á+ N27+ N38+ N49 = 3 — 8 — 8+

3+10=0

N6+ N17+ N28 + N39 + N50 = 2 — 9 — 7 +

+4+ 10=0

Й7+ Й18+ Nzg+ N4p+ N51 = 1 — 9 — 9+

+5+10=0

N8+ N19+ N3o+ N41+ N52 = 0 — 10 — 6+

+6+9=1

Ng + N20+ N31+ N42+ N53 = — 1 — 10 — 5 +

+7+9=0

810+ N21+ 1ч32 + 1ч43+ М54 = — 2 — 10 — 4 +

+8+9=1

N11+ N2z+ N33+ N44+ 1ч55= 3 10 3+

+8+8=0

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

После переокругления чисел проводников в пазах для полного обеспечения выполнения равенства (4) и значения приведены в графе 6 табл.2, Проведенные изменения в числах проводников.

5 Вместо N10= -3 установлено N10= -2.

Вместо N19=-9 установлено Й19=-10. Вместо

N36=-0 установлено N36--1. Вместо N46=+10 установлено N46=-9.

Справедливость подавления гармоник

10 Z1+ и Zz + .1 подтверждается выполнением известных иэ теории условий (5) подавления К-й гармоники s НС обмотки для рассчитан ного распределения проводников

15 Ni обмоток ротора и статора, при подстановке в выражения (5) для ротора: Z=Z1, К=

= Zz + 1 и i — номера пазов ротора, а для статора Z=- Zz, К= Z1 1 и i — номера пазов статора.

2к . Ni cos К i =0;

i =1

2л. ,> N;sin К i =О, 25 Z

Устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения переменного тока на обмотку 6 в зависимости от углового поло>кения ротора а на синусной выходной обмотке S наводится напряжение, пропорциональное sin а, а на косинусной обмотке

9 наводится напряжение, пропорциональное cos а.

При подаче напряжения на обмотку 7 на выходных обмотках 8 и 9 соответственно наводятся напряжения, пропорциональныее sl и (а + 90") и cos(Q + 90 ).

Предгоженное техническое решение позволяет существенно повысить точность воспроизведения синусно-косинусных зависимостей за счет полного исключения иска>кающих связей первичных и вторичных обмоток по низшим (наиболее сильным) гар45 моникам Z1 и 1 и Z2 ++ 1, имеющимся в НС отдельных обмоток.

Формула изобретения

Двух полюсный вращающийся трансформатор, содержащий магнитопровод ротора с числом пазов Z1 и магнитопровод статора с числом пазов Zz, несущие синусоидально распределенные обмотки, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности, число Z1 кратно произведению простых чисел а1 и аг, имеющихся в разложении на простые множители соответственно чисел

Zz-1 и Zz+1, число Zz кратно произведению чисел аз и а4, имеющихся в разложении на простые множители соответственно чисел

Z1-1 и Z1+1, а числа проводников каждой

1665470 обмотки в пазах магнитопровода удовлетворяют соотношениям: для ротора

Й1+ Й1+ а1+ Й1+2а1 + " + N1+z1 — а1 = 0

N2 + N2+a1 + N2+2a1 + " + N2+z1-a1 = О ! !

Ф °

Na1 + N2a1 + N3a1 + .... + Nz1 = 0 1 + N1+a2 + 1+2а2 + ° ° +N1+z1-а2 = О

И2+ N2+a2 + Й2+2а2 + ". +N2+z1-а2 0 ! а2 + 2а2 + За2 + ° ° + Nz1= О, для статора

Na3 + N2a3+ 13аз + ° ° + Nz2 = 0, N1+%+а4+ й1+2a4+... + М1+ 2-а4 = 0) 5

И2 + Й2+а4 + N2+2a4 + ° ° + 2+т2-а4 = 0

I а4 + 2а4 + За4 + ° ° ° + 72 = О где и — число проводников в 1-м пазу, имеющее для статора знак выражения

10 cos (v 4+ (i 1)), 2х

22 а для ротора знак выражения cos (=+

+ (i — 1));

15 21

i — номера пазов ротора и статора.

N1+ М1+аз + Й1+2аЗ + ° ° ° N1+z2 — аЗ = О, N2 + N2+a3 + N2+2a3 + ° ° + N2+z2-аз = О, Таблица 1

Положение оси паза Q

Номер пазов!

cos ai

Расчетное

П ереокругленное

Округленное — 68

+68

3

5

7

9

10, 11

12

13

14

16

17

18

19

62,142

79,286

96,429

113,571

130,714

147,85? i 65,000

182,143

199,286

216,429

233,571

250Ä 714

267,857

302,143

319,286

336,428

353,671

10,714

27,857

0,07071 ,0,4673

0,1859 — 0,1120

-0,3999

-0,6523 — 0,8467

-0,9660

-0,9993

-0,9439 — 0,8046 — 0,5938

-0,3303 — 0,0374

0,2588

0,5320

0,7580

0,9166

0,9937

0,9826

0,8841

7,1

4,7

1 9

1 1

-4,0

-6,5

-8,5

-9,7 — 10,0

-9,4

-8,0

-5,9

-3,3

-0,3

2,6

5,3

7,6

9,2

9,9

9,8

8,8

Число и ово ников в паз

5

2 — 1 — 4

-7

-9 — 10

-10

- 10

-8

-6

-3

О

5

9

5

2 — 1 — 4

-7

-9 — 10

-10

-9

-8

-6

-3

3

7

1665470

Номер пазов соз Я.

Положение оси паза

7,1

4,3

3,2

2,1

1,0

-0,1

-1,3

-2,4

-3,5

-4,5

-5,5

-6,4

"7,3

-8,0

-8,6

-9,2

-9,6

-9,8, 10

13

17

-10

-10

-10

-10

-10,0

-10

-10, О

-9,9

"9,6

-9,3

-8,8

-8,2

-7,5

-6,7

-5,8

-4,8

-3,8

-2,7

-10

-10

-10

-10

-10

-8

29

31

51,545

58, 091

64, 636

71, 182

77,727

84,273

90,818

97,364 t03 909

110,455

117,000

123,545

130,091

136,636

143, 182

149,727

156, 273

162, 818

169, 364

175, 909

182, 454

189, 000

195,545

202,091

208,639

215,182

221,727

228,273

234,818241,364

247, 909

254, 454

0,7071

О, 6219

О, 528.7

О, 4284

О, 3226

0,2126

О, 0998

Оь 0143

-О, 1282

-0,2404

-0,3495

-0,4540

-0,5526

-0,6440

-0,7270

-0,8005

-0,8636

-0,9155

-О, 9554

-О, 9828

-О, 9975

-О, 9991

-0,9877

"0,9634

-0,9266

-О, 8777

-0,8! 73

-О, 7469

-О, 6656

-О, 5762

-О, 4792

Оь 3761

-0,2680

Табл и ц а 2

Число проводников в пазу

Расчетное Округленное Переокруглейное

1665470

Номер пазов

cos g.

Положение си паза

34

-1,6

-0,4

36

0,7

1,8

3,0

4,0

5,0

41

6,0

6,9

7,7

8,3

8,9

9,4

9,7

46

47

10

10

9,9

10,0

10 0

9,8

9,5

9,0

8,5

10

10

50

10

53

54 .

7,8

261, ООО

265,545

274,091

280,636

287, 182

293, 727

300,273

306,818

313,364

319, 909

326, 454

333, 000

339, 545

346,091

352,636

359, 182

5,727

12,273

18, 818

25,364

31, 909

38, 455

-О, 15 64

-О, 0428

О, 0713

0,1846

0,2954

О, 4023

О, 5041

0,5993

0,6866

0,7650

О, 8334

О, 8910

О, 9369

О, 9707

О, 9918

О, 9999

О, 9950

О, 9771

О, 9465

0,9036

0,8489

0,7831

Процолжение табл 2

Число проводников в пазу

Расчетное Округленное Переокругленное

Фигг

Составитель В.Комаров

Редактор С.Патрушева Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор O,Кравцова

Заказ 2397 Тираж 326 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

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