Двухполюсный вращающийся трансформатор

(21) (22) техни- даниитриченомер - числ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР 4654926/0724.02.89(56) Авторское свидетельство СССРМ 758412, кл.Н 02 К 24/00, 1980.Авторское свидетельство СССР1 Ф 1429239, кл. Н 02 К 24/00, 1987.(57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано прсоздании высокоточных информационны Изобретение относится к электро ке и может быть использовано при соз высокоточных информационных элек ских 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.ВТ 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 нар гге,Ж.д 1665470 А 1 электрических машин, Целью изобретения является повышение точности двухполюсных вращающихся трансформаторов (ВТ), ВТ содержит магнитопровод ротора с числом пазов 2 и магнитопровод статора с числом пазов 22, несущие по две синусоидально распределенные обмотки. Число 2 кратно произведению простых чисел а 1 имеющихся в разложении на простые множители соответственно чисел 22-1 и 22 +1. Число 22 кратно произведению чисел аз и а 4, имеющихся в разложении на простые множители соответственно чисел 21-1 и 21 +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 Ь синусной и косинусной обмотками. При воз буждении состороныстаторныхобмотоких ( ) роли меняются,Согласно существующей теории расее. та синусоидально распределенных двухполюсных обмоток числа проводников в пазах магнитопровода каждой обмотки определяются в соответствии с выражениемй = й сов й, (1) где- паза;М 1 о проводников в - м пазу, 1685470, Йа - максимальное число проводниковв пазу;а 1 - угловое расположение оси - гопаза.Для получения равенства параметров иодинакового закона распределения проводников по паэам квадратурны обмоток, значения й следует определять выражениема = - + (1- 1),4 г(2)где г - число пазов магнитопровода, несу, ,щего обмотку,При расчете существующих ВТ рассчи, танные значения округляются до целых чи сел, по полученным данным составляется, схема намотки.Однако при округлении расчетных зна 1 чений до целых чисел нарушается синусоидальное распределение проводников попазам и появляется дополнительный спектргармоник, которого не должно быть причисто синусоидальном распределении. Изэтого дополнительного спектра наиболееопасными (влияющими на точность ВТ) являются те гармоники обмоток данного маг нитопровода, например статора, которыеесть в спектре гармоник другого магнитопровода, например ротора, при чисто синусоидальном распределении проводниковпо паэам,Наиболее сильными, искажающимиточность двухполюсного ВТ, являются гармоники порядка г 1 ф. 1 и г 2 + 1, где г 1 и г 2 -числа пазов соответственно магнитопроводов ротора и статора.В предлагаемом двухполюсном ВТ магнитопровод ротора выполняют с числом г 1,кратным произведению простых чисел а 1 иа 2, имеющихся в разложении на простыемножители соответственно чисел 22-1 и22+1, а магнитопровод статора с числом пазов 22, кратным произведению чисел аз и а 4,имеющихся в разложении на простые множители соответственно чисел 21-1 и 21+1.При этом при округлении рассчитываемыхчисел проводников каждой обмотки до целых чисел следует выполнйть соотношенияй 1+ М 1+ а 1+ Й 1+2 а 1+" + М 1+ц-а 1 = 0И 2 + И 2+а 1 + Й 2+2 а 1 +"+ Й 2+21-а 1 = 0 Ма 1 + Й 2 а 1 + Йза 1 + "+ Йг 1 = 0 И 1 + Й 1+а 2 + Й 1-12 а 2 +.+%+71-а 2 = 0(4) Й 2 + И 2+а 4 + Й 2+2 а 4 ++ Й 2+г 2-а 4 - 0 а 4 + Й 2 а 4 + Йэа 4 +., + Йг 2 = 0где М - число проводников в 1-м пазу;- номера пазов ротора и статора.Выполнение изложенных отличий обеспечивает полное подавление в разложенияхФурье намагничивающих сил (НС) обмотокротора гармоник 22 ч. 1 и обмоток статорагармоник 21 .ф. 1, что исключает полностьюэти гармоники во взаимной индукции первичных и вторичных обмоток и повышаетточность двухполюсного ВТ.Поясним устройство на конкретномпримере его выполнения, Возьмем числапазов.магнитопроводов ротора и статора,удовлетворяющие изложенным признакам,21=21; 22=55, Зададим йп и ротора и статораравным 10-ти. Для ротора а 1=3, а 2=7. Этимножители имеются в числах 22-1=54(3) и22+1 =56(7).Для статора получим аз=5, а 4=11. Этимножители имеются в числах 21-1=20(5) и30 21+1=22(11).Используя выражения (1) и (2), рассчитаем распределение проводников по паэамодной обмотки ротора. Расчет представлентабл,1, графы 1-5. Аналогичный расчет распределения проводников статора представлен табл.2, графы 1-5,Квадратурные обмотки рассчитывать ненадо, так как их законы распределения будут те же при нумерации пазов в противопо 40 ложном направлении (это следует извыражения (2.В графах,5 табл.1 и 2 приведены рассчи. танные и округленные до целых значенийчисла проводников в пазах ротора и статора. При округлении соблюдено равенствопроводников одного и противоположногознака (направления намотки), что необходимо для осуществления обмоток.Проверим рассчитанный закон для ро 50 торной обмотки на соответствие равенствам (3)Й 1+ И 4 +Й 7+ Й 10+ 1 Ч 13+ Й 16+ 1419 =Й 4+ Й 11+ Й 18 = - 1 - 8 + 9 = 0 Й 5+ Й 12+ Й 19 = - 4-6+ 10 = 0 Йб+ Й 13+ Й 20 = - 7 - 3+ 10 = 0 Й 7+ Й 14+ Й 21= - 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 Й 10=-10 установлено М 10=-9 и в 17-ом пазу вместо Й 17= 8 установлено Й 17 = 7, равенства (3) удовлетворены и окончательные значения чисел проводников в роторной обмотке приведены в графе б табл,1,Проверим рассчитанный закон для статорной обмотки на соответствие равенства 141 Й 1+ Й б+ Й 11+ Й 16+ Й 21+ Й 26+ Й 31+ Изб+Как видно, для статора равенства (4) выполнены не полностью и требуется пере- округление чисел проводников в пазах.После переокругления чисел проводников в пазах для полного обеспечения выполнения равенства (4) и значения приведены вграфе 6 табл.2,Проведенные изменения в числах проводников.5 Вместо Й 10= .3 установлено Й 10= -2.Вместо Й 19=-9 установлено Й 19=-10. ВместоЙзб=-О установлено Йзб=1. Вместо Й 46=+10установлено М 46=9.Справедливость подавления гармоник10 21 + 1 и 22 + .1 подтверждается выполнением известных иэ теории условий 5) подавления К-й гармоники в НС обмотки длярассчитан ного распределения проводников15 И обмоток ротора и статора, при подстановке в выражения (5) для ротора: 2=21, К=,. М ии К 1=0,25Устройство работает следующим образом,При подаче напряжения переменноготока на обмЬтку б в зависимости от угловогополокения ротора а на синусной выходнойобмотке 8 наводится напряжение, пропорциональное 81 п а, а на косинусной обмотке9 наводится напряжение, пропорциональное соэ а,При подаче напряжения на обмотку 7на выходных обмотках 8 и 9 соответственнонаводятся напряжения, пропорциональныее я п (а + 90") и сов(а + 90).Предгоженное техническое решениепозволяет существенно повысить точностьвоспроизведения синусно-косинусных зависимостей за счет полного исключения искакающих связей первичных и вторичныхобмоток по низшим(наиболее сильным) гар 45 моникам 21 + 1 и 22 + 1, имеющимся в НСотдельных обмоток.Формула изобретенияДвух полюсный вращающийся трансформатор, содержащий магнитопровод роторас числом пазов 21 и магнитопровод статорас числом пазов 22, несущие синусоидальнораспределенные обмотки, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности,число 21 кратно произведению простых чисел а 1 и а 2, имеющихся в разложении напростые множители соответственно чисел22-1 и 22+1, число 22 кратно произведениючисел аз и а 4, имеющихся в разложении напростые множители соответственно чисел21-1 и 21+1, а числа проводников каждой1665470 обмотки в пазах магнитопровода удовлетворяют соотношениям;для ротораЙ 1+ Й 1+ а 1+ Й 1+2 а 1++ М 1+ц - а 1 = 0Й 2 + Й 2+а 1 + Й 2+2 а 1 + " + Й 2+а 1-а 1 = ОФ ЭЙа 1 + М 2 а 1 + МЗа 1 ++ Мк 1 = 0Й 1 + М 1+а 2 + И 1+2 а 2 ++81+я 1-а 2 = 0И 2 + Й 2+а 2 + Й 2+2 а 2 + " +Й 2+г 1-а 2 = 0Иа 2 + М 2 а 2 + ЙЗа 2 ++ Йа 1= О ,для статора Йаз + Й 2 аЗ + заз ++ %2 = О,Й 1 + Й 1+а 4 + Й 1+2 а 4 ++ М 1+а 2-а 4 = О,5 Й 2 + Й 2+а 4 + И 2+2 а 4 ++ Й 2+к 2-а 4 = ОИа 4 + Й 2 а 4 + ЙЗа 4 ++ %2 = 0 фгде й - число проводников в 1-м пазу,имеющее для статора знак выражения10 соз рг/4+ ( -1)1,2 к2а для ротора знак выражения соз +4+ ( - 1);151 - номера пазов ротора и статора. Й 1+ М 1+аз + Й 1+2 аЗ +Й 1+г 2 - аЗ = О,Й 2 + Й 2+аЗ + 2+2 аЗ ++ Й 2+г 2-аЗ = О, Таблица 1 Положение оси паза а Номер пазов соз а Расчетное Округленное Переокругленное10 1665470 Номер пазов соз Я,Положениеоси паза 45 7 ь 1 4,3 3,2 2,1 1,0-0,4540 -0,5526 -0,6440 -0,7270 -0,8005 -0,8636 -0,9155 -О, 9554 -О, 9828 -О, 9975 -0,9991 -0,9877 "0,9634 -0,9266 -О, 8777 -О, 8173 -0,7469 -0,6656 -0,5762 -0,4792 -Оь 3761 -0,2680 Табл и ц а 2 Число проводников в пазу Расчетное Округленное Переокруг- лейное1665470 12 Номер пазов соз . Положение си паза-О, 1564 -0,0428 0,0713 0,1846 0,2954 0,4023 0,5041 0,5993 0,6866 0,7650 О, 8334 О, 8910 0,9369 О, 9707 О, 9918 0,9999 О, 9950 О, 9771 0,9465 0,9036 0,8489 0,7831 Процолжение табд 2 Число проводников в пазу Расчетное Округленное Переокруг- ленноеизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Заказ 23ВНИИ Тираж 326 Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж. Раущская наб 4/5