Индукционный электромашинный многополюсный двухфазный фазовращатель

н и ОПИСА Е ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистическик Республик(22)Заявлено 090178 (21) 2566938/24-07 (51)М. КЛ.2 Н 02 К 24/00 с присоединением заявки ЙЯ(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(54) ИНДУКЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ МНОГОПОЛЮСНЫЙ ДВУХФАЗНЫЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ Изобретение относится к электро- машиностроению, к электромашинам автоматических устройств и может .быть использовано в качестве датчика угла точного отсчета для линейного преобразования угла поворота в фазу выходного напряжения в двухотсчетных Фазовых следящих системах и в аналого-цифровых преобразователях класса угол-фаза-временнойинтервал-код .Известен индукционный электромашинный Фаэовращатель, содержащий два статора с двухфазными обмотками возбуждения в общем-корпусе,и два ротора с выходными обмотками, укрепленные на общем валу (1 . Две Фазы об" мотоквозбуждения соединены последовательно-согласно, а две другие фазы- последовательно-встречно. Оси выходных обмоток смещены на 90. Благодаря такому исполнению фаэовращатель вырабатывает два выходных напряжения, фазы которых меняются одинаково в зависимости от температуры, асимметрии амплитуд питающих напряжений и фаэовой асимметрии сопротивлений обмоток. При изменении фазы одного иэ выходных напряжений, Фазу второго используют в качестве нулевой отсчетной (опорной) фазы. Измеряемая разность фаз не будет зависеть от перечисленных выше факторов, создающих погрешность. Недостатками такого устройства являются большие осевые габариты и сложность конструкции, а также зависимость измеряемой разности Фаз от изменений неортогональности и несинусоидальности напряжений питания.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому .результату и изобретению является индукционный Фазовращатель, выполненный на основе . ,многополюсного синусо-косинуснего ,поворотного трансформатора с двухфазной обмоткой возбуждения и с однофазной выходной обмоткой 2. Такой фазовращатель содержит магнитопроводы статора и ротора с равномерно распределенными пазами. В пазах статора расположены две квадратурные синусоидально распределенные обмотки возбуждения, а в пазы ротора уложена выходная сосредоточенная обмотка. На обмотки возбуждения подаются от двухФазного источника питания два синусоидальных напряжения, которые должны быть равны по амплитуде и сдвинуты поФазе на угол 90 эл.град, В идеальном случае на выходной обмотке фазовращателя возникает постоянное по амплитуде напряжение, фаза которого, отсчитываемая относительно одной из фаз напряжения питания, пропорциональна углу поворота ротора.Недостатками такого фаэовращателя является дрейф фазы выходного напряжения от изменения параметров двухфазных источников питания (неравенства амплитуд, неортогональности векто-. ров и несинусоидальности напряжения питания), а также значительная погрешность от нестабильности Фазы при изменении температуры окружающей средыЦель изобретения в . повышение точности двухфазных многополюсных электромашинных фазовращателей за счет исключения дрейфа фазы выходного напряжения в первоначально выставленном нулевом положении ротора относительно статора при изменениях параметров источника питания за счет снижения мак" симальной ошибки от неортогональности векторов питающих напряжений и за счет сведения к минимуму температур" ной погрешности.Это достигается тем, что в индукционном фазовращателе,содержащем статор и ротор с равномерно распределенными пазами, в пазах статора или ротора которого расположены две квадратурные синусоидально распределенные обмотки возбуждения, на элементе, несущем обмотки возбуждения, уложена со сдвигом на 45 эл. град. по отношению к ним синусоидально распределенная обмотка опорного напряжения, относительно фазы которого отсчитывается фаза напряжения выходной обмотки.На чертеже изображена принципиальНая схема фазовращателя.Фазовращатель содержит синусоидально распределенные квадратурные обмотки 1 и 2 возбуждения, синусоидально распределенную обмотку 3 опорного напряжения, выходную сосредоточенную обмотку 4.Квадратурные обмотки 1 и 2 и обмотка 3 размещены в общих равномерно распределенных пазах магнитопроводов статора. Выходная обмотка 4 уложенав равномерно распределенные пазы магнитопровода ротора. Секции всех обмоток выполняются с шагом в одно эубцовое деление. Число витков. в секциях обмотк 1, 2 и 3 выбирается пропорционально синусам углов между заданным началом отсчета углов и осью соответствующего паза.Так для одной иэ квадратурных обмоток возбуждения, например сйнусной 1, число проводников %.И в 1-ом пазу должно определяться соотношениемИ =э 1 п (1 -1) Р+45 )угде з. - номер паза,Р - число пар полюсов,2 с - число пазов магнитопроводастатора.Число проводников второй квадратурной обмотки возбуждения, коси.нусной 2, для обеспечения сдвигана 90 эл, град. относительно первойобмотки, определяется при том же отсчете углов в соответствии с соотношениемИ ь сов(1 - 1) Р - + 45 .360Ф сЧисло проводников обмотки 3 сцелью получения сдвига на 45 эл.град.относительно обмоток 1 и 2 должно оп 15 ределяться при том же отсчете угловв соответствии с соотношением360 дз 1 п(1 - 1) РЪ 1Выходная сосредоточенная обмоткаЩ 4 выполняется с равным числом проводников во всех пазах ротора (обмоткатипа зубец-полис). Число пазов ротора Ер равно числу полюсов 2 р. Числовитков выходной обмотки 4 целесообразно выбирать иэ условия получениявеличины амплитуды выходного напряжения Уравной величине амплитудыопорного напряжения У . На обмоткивозбуждения подаются от двухфазногоисточника питания два синусоидальныхнапряжения, которые должны быть равны по амплитуде и сдвинуты по Фазена угол 90 О Например, на обмотку 1подается напряжение (У э 1 пий, а35на обмотку 2 подается напряжениеУ = 0 совий. Для режима холостого хода Фаэовращателя в идеальном случае,т.е. при отсутствии погрешностей какповоротного трансформатора, так и источника питания выражение для выход 40 ного напряжения будет иметь вид0: 11 ,в 1 п(в- Ч- Рс+ ) (1) где 0 50 Ч =-рА" Ч + Ж . 4-1 4- амплитуда напряжениявыходной обмотки;45 - круговая частота напряжения питания;агсд- Фазовый угол между тогком и соответствующим.напряжением питания;фх - индуктивное сопротивление обмотки возбуждения 1;к д активное сопротивление обмотки возбужде ния 1;р - число пар полюсов фазовращателя;- угол поворота ротора.Иэ выражения (1) Видно, что фазанапряжения выходной обмотки, отсчитываемая относительно фазы напряженияпитания, например 0 = Цэ 1 пв, равнаВыражение для напряжения опорной обмотки 3 будет иметь видОрп "- Оодщ 83.п (Ой, - ч 1 4 ) (3)в где 0- амплитуда напряжения опорной обмотки. 5Из выражения (3) видно, что фаза напряжения опорной обмотки, отсчитываемая относительно Фазы напряжения питания Ц(, будет равна9 =- + -(4) 10 Из приведенных выражений (2) и (4) следует, что фаза напряжения выходной обмотки 4, отсчитываемая относительно фазы напряжения опорной обмот- . ки 3, будет равна354- 4 ф т.е, пропорциональна углу поворотаротора и не зависит от Фазы Ч,.Следовательно, введение обмотки опорного напряжения позволяет исключитьтемпературную погрешность от нестабильности фазы Чф 1, которая вызывается изменением активного сопротивления обмоток 1 и 2 при изменении температуры окружающей среды.В реальных условиях возможны отклонения от идеального случая параметров двухФазного источника питания:сдвиг по фазе питающих напряжений не ЗОравен 90 , не соблюдается равенствоамплитуд, питающие напряжение имеютотклонения от синусоидальной Формы"нелинейные искажения.Так, при неортогональности векторов напряжения фаза напряжения выходной обмотки, отсчитываемая относительно фазы напряжения питания Цбудет раннаЧ =-р-+ - - --- з 12 И (6) 4 Ой+841 1 4" 2где Я - величина неортогональностивекторов питающих напряженийи 1)2,(знак минус в выражении (6) при угле 4между векторами больше 90 О, а знакплюс - при угле меньше 90 ).Выражение для Фазы напряжения опорной обмотки относительно Фазы напряжения 04 будет иметь вид 50Ч =-Ф+4(7)Ж еИэ выражений (б) и (7) следует,что фаза выходного напряжения, отсчитанная относительно фазы напряженияопорной обмотки, будет определятьсявыражением9Р (.- Вю 2 рй (8)Сравнение выражений (б ) и (8) показывает, что введение обмотки опорного напряжения, расположенной сосдвигом в. 45 эл.град. относительнообмоток возбуждения, позволяет исключить дрейф фазы в нулевом положении ротора ( А =О) при изменении ве личины неортогональности б, а также уменьшить в два раза (с+Я до+ф-) максимальное значение ошибка от неортогональности векторов питающих напряжений.При неравенстве амплитуд питающих напряжений выражение для фазы выходного напряжения будет иметь вид %- Р.(.-Ч,+=,СОБКОРА, (9)16 ЬОагде д У = О,-( - разность амплитудпитающих напряжений, Выражение для фазы напряжения опорной обмотки будет, иметь видю йО= ф.( 4 - 2(10)1 Ю следовательно, фаза напряжения выходной обмотки, отсчитанная относительно Фазы напряжения опорной обмотки, будет определяться выражениемСравнение выражений (9) и (11) показывает, что введение обмотки опор- ного напряжения, расположенной со сдвигом в 45 эл. град. относительно обмоток возбуждения, позволяет исключить дрейф фазы в нулевом положении ротора при изменении величины АУ неравенства амплитуд питающих напряжений.Введение обмотки опорного напряжения, расположенной со сдвигом в 45 зл.град, относительно обмоток возбуждения, позволяет также исключить дрейф фазы в нулевом положении ротора при изменении величины нелинейных искажений напряжения питания, уменьшить максимальное значение ошибки от нелинейных искажений (высших временных гармоник) в напряжении питания.Формула изобретенияИндукционный электромашинный многополюсный двухфазный фазовращатель,содержащий подвижный и неподвижныйэлементы, на одном из которых установлены две квадратурные синусоидально распределенные обмотки возбуждения, а на другом-выходная обмотка,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности преобразования фазы, он снабжен синусоидально распределенной обмоткой опорногонапряжения, установленной на элементе,несущем обмотки возбуждения и смещенной относительно их на 45 эл.град.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 .387485, кл. Н 02 К 24/00, 1970.2. Ахметжанов А.А. Высокоточныесистемы передачи угла автоматическихустройств. М., Энергия, 1975, с. 68.743127 Составитель В, Комароведактор В. Фельдман Техред И Петко Корректор М. Пожо каз 3480/4 аж 783осударственног елам изобретени сква, Ж, Ра илиал ППП Патентф, г. Уагород, ул, Проектная, 4 Тнр ЫНИИПИ по д 13035, МПодписноекомитета Сссри открытийскан наб., д. 4/