Вращающийся трансформатор

Фрно.тех,бдбл ческая Союз Советскнк Соцналнстнческнк Республик(22) Заявлено 29.1277 (21) 2560990/24 - 07с присоединением заявки Ио(5)м2 Н 02 К 24/00 Государственный комитет СССР по деяам изобретений и открытий(54) ВРАЩИОЩИЙСЯ ТРАНСФОРМАТОР Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическиммикромашинам типа вращающихся трансформаторов (ВТ),Известны многополюсные вращающиеся трансформаторы (ВТ), в которыхза счет увеличения числа пар полюсовдостигается усреднение технологических погрешностей изготовления магнитопровода, вследствие чего повышается точность ВТ (1 . Однако приувеличении электрической редукции,т,е. числа пар полюсов одновременноухудшаются электрические характеристики ВТ (уменьшается коэффициент 15трансформации, увеличивается сдвигфазы выходного напряжения, выходноесопротивление, ухудшается стабильность коэффициента трансформациии Фазы выходного напряжения при 20изменении температуры окружающейсреды и частоты напряжения питания).Кроме того, при увеличении числапар полюсов усложняется технологияизготовления ВТ, 25Известны также двухканальные ВТ,содержащие двухолюсные и многополюсные обмотки (2,Их;: едостатком является ухудшение выходных параметров при увелию чении числа пар полюсов за счет уменьшения добротности точного канала.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату. к изобретению является многополюсный ВТ, содержащий статор электро- машинного типа с многополюсной двухФазной обмоткой и Ферромагнитный ротор с обмоткой возбуждения типазубец-полюс. Число зубцов ротора такого ВТ должно быть в 2 раза больше числа пар полюсов 3.Однако вследствие конструктивно- технологических ограничений размеров зубцов число зубцов ротора, а следовательно, число пар полюсов ВТ приходится уменьшать при уменьшении габаритов ВТ. Это значит, что ВТ с достаточно большой электрической редукцией невозможно выполнить в малых габаритахПри увеличении числа пар полюсов обмотка ротора становится технологически сложной и малодобротной, т,е. ее активное сопротивление существенно (в десятки раз) превышает индуктивное сопротивление взаимо- индукции, Следствием этого является ухудшение электрических характеристикВТ (уменьшение коэффициента трансформации, увеличение сдвига фазывыходного напряжения, увеличение выходного сопротивления, ухудшениестабильности),При малых размерах зубцов их изготовление становится затруднительным, так как весьма усложняется штампдля вырубки пластин ротора. Приэтом также ухудшается и точность изготовления пластин и пакетов ротсра,что снижает точность ВТ.Целью изобретения является упрощение конструкции ротора и повышение точности ВТ,Это достигается тем, что в ВТ,содержащем статор электромашинноготипа с многополюсной обмоткой кферромагнитный ротор с обмоткой,зубцовая зона ротора содержит двеаксиально смещенные части, междукоторыми установлена кольцевая обмотка, зубцы статора установлены соскосом относительно зубцов ротора,а число зубцов ротора равно числуполюсов обмотки статора.Кроме того, на статоре и в пазах ротора могут быть установлены двухполюсные обмотки.На фиг. 1 к 2 изображен вращающийся трансформатор (ВТ), продольный и поперечный разрезы, соответственно на фиг, 3, 4 - первый вариант двухканального ВТ, продольный и поперечный разрезы, соответственно; на фыг, 5 и б - второй вариант двухканального ВТ, продольный и поперечный раэрезы сООтветственно р на фиГ, 7- 10 - варианты взаимного расположения зубцов статора и ротора.Многополюсный ВТ (см. фиг, 1) содсримт статор 1 электромашинного.4 й типа, в пазах которого находится многополюсная двухфазная обмотка 2.Эубцовая зона Ротора ВТ разделена на две части 3 и 4, между которыми Размещена кольцевая обмотка всз-" буждения 5, МПри исполнении ВТ в двухканальном варианте в пазах статора устанавливается двухполюсная обмотка б, а в пазах ротора - двухполюсная обмотка 7 грубого канала. Иногополюсная обмотка 2 и обмотка возбуждения 5 образуют точный канал, Обмотка 7 мсжет размещаться не во всех пазах, зубцы ротора. могут быть разбиты на группы, разделенные полуз акрытыми пазамы, 8, в которых и уложена двух 55 фазная обмотка 7 грубого канала, а между частями зубцовой зоны поверх нее выполнена кольцевая обмотка 5 точного канала (см.фиг.б).На фиг. 7 изображена часть раз- еО вертки зубцов ротора для случая, когда статор не имеет скоса пазов (зубцы статора показаны пунктирными линиями), Зубцы Э части 3 и зубцы 10 части 4 смещены в направлеодинотноснтель 6 О вэ -фп фо фюф где Ф - постоянная составляющая поотока;Ф - амплитуда переменной составляющей потокаЕ - число зубцов, ротора,Ж = р (р - число пар полюсов ВТ);с - угол поворота ротора;- разность угловых смещенийлевой и правой частей зубцовой эоны ротора относительно статора в направлении вращения ротора.уч)тывая, что потоки Ф ы Фп направлены встречно, полный поток зубца. статора сцепленный с лежащими на этом зубце катушками, будет равенф=Ф .ф =Ф Мбхф.+м)-ф Бмы.=-2 Ф сазх(д.+ М й(1)1 ъС 2Так как К = рто результирующий магнитный поток, сцепленный с катушками, уложенными на зубце статора, изменяется пропорционально сазрд+ -) илн, учитывая возможность компенсании вращения на угол 9Относительно друГОГО ылино ст атора аНа фиг. 8 изображен случай, когдачасти зубцовой эоны ротора имеютскос зубцов и смещены на угол 9 внаправлении вращения, Поскольку вэтом случае скос пазов статора такжеотсутствует, то сдвиг частей зубцовой з оны рот ор а. Одн а От но сыт ель нодругой равносилен их скосу относительно зубцов статора.На фиг 9 изображен вариант, когдаугловой сдвиг частей зубцовой эоныротора получается эа счет скоса паэоь ст атора, которые показаныпунктиром, КОТЯ части зубцОВОЙ 30 ныротора здесь не смещены одна относительно другой, Результирующий ихскос относительно статора на угол Утем не менее достигается,На фиг,1 О изображен вариант, когдаскос частей эубцовой зоны ротораотносительно зубцов статора в направлении вращения на разные углыдостигнут как эа счет скоса пазовстатора, так и эа счет сдвига частейэубцовой зоны ротора друг относительНО друГаеВТ Работает слеДУющнм образамПри подаче напряжения на кольцевую обмотку 5 ротора создается униполярный поток, причем поток вА,проходящий через левую часть зубцовойэоны ротора в статор, и поток фп,проходящий через правую часть зубцавой зоны ротбра в статор, имеютвстречное направленые,ИСГнитный поток каждого зубцастатора 1 три повороте ротора в первомприближении изменяется по закону:ции угла - - при начальной выставке ВТ,н нулевое полажение, пропарцио- НаЛЬНО СОЗ РА ОДКаКар таЧНО таК жЕ изменяется от угла поворота магнитный потОк зубца статара классическОгО многополюсного ВТ,Следовательно, в входны обмОка статора будут наводиться ЭДС, пропорциональные вХП рФ-и сов р, т.е.;предлагаеьий ВТ обеспечивает требуемую Функциональную зависимость выходного напряжения От угла поворота.угол гр на который отличается угловое йоргожеееие Одной части зубцовой зоны ротора относительна статора от углового положения второй части относительно статора, как было пояснено на Фиг, 7-10, получается или за счет взаимного сдвига частей эубцовай зоны ротора или за счет скоса пазов статора или при использовании обоих этих методов, Величина угла Ч выбирается, исходя из следующих соображений,Наибольшая амплитуда выходногосигнала ВТ получается, очевидно,,г 5если в Формуле (1) величина заз ф-,В этом случае Ч= +поэтому смещение зубцов левой и правой частей эубцовой эоны ротора составляет полови- ЗОну эубцонога шага ротора.ррльПри смещении частей на угол Ч=.ЯХиз выходной ЭДС исключается гармоника 4 по углу поворота. Т,е, дляИсключения 3-й гармоники следуетвыполнять сдвиг частей эубцоной зоныротора на 1/3 зубцового шага рстара,для исключения 5-й гармоники - на1/5 шага и т.д,Пользуясь этим и учитывая спектргармоник намагничивающей силы статорной обмотки, который зависит от схемы обмотки и числа зубцов статара,можно выбрать оптимальный сдвиг частей эубцовай зоны ротора.ф,Работа ВТ в двухканальном исполнении происходит следующим образом.Прй подаче напряжения возбуждения на электрамашинную обмотку 7 грубого канала ротора создается двухполюсное плоско-параллельное магнитное поле, точно так же, как в обычных электрических машинах. Это кеагните)ое поле наводит в статорных обмотках 6 грубого канала ЭДС, которая изменяется при повороте ротора на угол пропорционально эхпсг,.и соз Д. Поскольку магнитный поток грубого канала разделяется двумя частями эубцсвой зоны ротора на две равные части, то ЭДС статорной обмотки 6 грубого канала ЬО в предложенном ВТ равна сумме двух ЭДС, сдвинутых на угол гг. - угол смещения частей эубцовой зоны ротора относительно статора в направлении вращения, Таким образам, результи- . 65 рующее напряжение на выходе грубого еганала пропорциональназеМ Ме 1 Сг.+)=2 Мл (О,+) со.,2)О.А сонА ) Яса д.,)соэПри подаче напряжения возбуждения на кольцевую обмотку 5 точнога канала ротора создается униполярный тороидальный поток точного канала, состоящий из потоков Фе, левой части и Ф правой 4 асти зубцовой эоны ротора, которые пересекают воздушный зазор в противоположных направлениях.Магнитный поток точного канала, проходящий через каждый зубец статора, прн повороте ротора чзменяется в первом приближении по закону г 1 =Ф+6 зеее,гу)фп фон Фуэфе 7,Аргде Ф - постоянная составляющая паотака;Ф, - амплитуда переменной составляющей потокаЯ - число зубцов частей эубцовай зоны ротора, Е = Р (число пар полюсон точногокакала),гг., - угол поворота ротора;у - разность угловых смещенийчастей зубцаной зоны ротораОТНОСИтЕЛЬНа СтатаРа В Направлении вращения ротора,Так как патаки Ф и Фп направленЫвстречно, то полый йоток зубца статора, созданный униполярным потокомточного канала, раненФ Фф Ф згре 2(д ем)ф вщ 2 д.=2 ф .СОЭ 7.Д.+ Х)З 1 ее ЫПоскольку Е =- Р, та магнитный потокЧизменяется пропорциональна сонИ.+ - ,наводя в Обмотке статора точногоканала ЭДС,прапорционаееьные Мн Р (.сг.+е -) и 4.,Оер (а+ ),Таким образам, напряжения на выходе грубого канала предлагаемогоВТ пропорциональны ЬЬ М-Ф ) и с,о -р Ч 1а на выходе точного канала БТ -Ч;эзар А+ - 1 мсоэро+-О,угол -г- мо 2.жет ыть скампенсираван при началь-.чой ныстанке ВТ н нулевое положение,следовательно выходные напряженияпредлагаемого ВТ н точности соответствуют напряжениям двухканальногоВТ,Примененная на роторе кольцеваяабмОтееа па сравнению с абмОткайзубец-полюс является конструктивно значительно более простой, Кольцевую обмотку можно выполнять спОмОЩью магеин ной намОт ки р а зубцыротора нарезать на эубарезных станках, что повышает технологичностьконструкции и точность изготовленияузла ротора.Выполнение ротора с числом зубьев, равным числу пар полюсов ВТ, т,е. в два раза меньшим, чем.у известных ВТ, позволяет увеличить электрическую редукцию при,одном и том же чнсле зубцов ротора в два раза по сравнению с прототипом, Кроме того, кольцевая обмотка ротора, примененная в предлагаемом ВТ,. имеет бблее высокую добротность, чем обмотка 1 зубец-полюс, в результате чего обеспеЧивается улучшение электрических характеристик ВТ.Расположение обмоток ротора точного И грубого каналов в разных пазах, независимо одна от другой существенно повышают надежность и технологичность конструкции.Число зубцов ротора точного канала двухканального ВТ равно числу пар полюсов т.е. в два раза меньше, чем у известных ВТ, Это обстоятельство дает возможность увеличить электрическую редукцию ВТ в тех же габаритах и повысить его точность,формула изобретения1, Вращающийся трансформатор, содержащий статор с многополюсной двухФазной обмоткой и ферромагнитный зубчатый ротор с обмоткой возбужде -ния,отличающий" ятем,что, с целью упрощения конструкцииротора и повышения точности, зубцовая зона ротора содержит две аксиально смещенные части, обмотка роторавыполнена кольцевой и размещена междучастями зубцовой зоны, зубцы статора установлены со скосом относительно зубцов ротора, а число зубцов ротора равно числу полюсов обмотки статора.2. Трансформатор по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что на статореи в пазах ротора установлены двухполюсные обмотки.15 Приоритет по и2 исчислять от22,03,78,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Пульер Ю,М, и др, Индукцион -10 ные электромеханические функциональные преобразователи, М Энергия,1969, с, 30-86.2, Пульер Ю.М. Индукционные злектромеханические элементы вычислительных и дистанционно-следящих систем,М Машиностроение", 1964, с, 123 в 1.3. Ахметжанов В. А. Высокоточныесистемы передачи угла автоматических устройств. М-,Л., "Энергия," 1 975,с. 33-38,