CN101064214A - 一种双余度双通道无接触旋转变压器 - Google Patents

Abstract

一种双余度双通道无接触旋转变压器，包括两个的环形变压器和旋转变压器，两个环形变压器参数完全相同，两个的旋转变压器分别为单对极的粗机旋转变压器和多对极的精机旋转变压器，粗机旋转变压器和精机旋转变压器中各布置参数相同的两套绕组方案。本发明将单对极旋转变压器和多对极旋转变压器组合成一起，实现高精度；采用环形变压器替代电刷和滑环，实现无接触，采用双余度的结构型式、磁路型式、线路型式，实现多余度，更大程度提高电机可靠性和寿命，大大减少系统的故障率提高其可靠性，提高系统的测角精度，延长系统的工作寿命。

Description

一种双余度双通道无接触旋转变压器

技术领域

本发明涉及一种无接触旋转变压器，特别涉及一种双余度双通道无接触旋转变压器。

背景技术

旋转变压器是按照电磁感应原理工作的一类角位传感电机，当在输入绕组上施加一定交流电压时，电机旋转过程中，其输入绕组与输出绕组由于相对位置改变而使它们之间的匝链磁通变化，在输出绕组上就会产生与转子转角成一定函数关系的输出电压。应用最多的是输出电压与转子转角成正余弦函数关系的正余弦旋转变压器。

早期的旋转变压器为一对极产品，产品精度为数十角分，不能满足数角分至数角秒高精度同步随动系统的产品精度要求，开始人们采用机械变速的双通道系统，在这种变速系统中，由于齿轮变速所带来的误差极难低于2～3角分，系统精度无法进一步提高，双通道机械变速系统的应用受到限制。上世纪50年代末，出现了电气变速的双通道系统，系统中使用的双通道旋转变压器是在一对极旋转变压器等的原理结构上发展起来的，随着极对数的增加，产品精度可从角分级提高到角秒级。伴随着武器装备精度要求的提高和新型武器装备的开发，具有高精度特征的双通道多极旋转变压器应用越来越广泛。上世纪70～80年代，工业发达国家就非常重视这类电机的开发，逐渐使其技术完善化，美、英、日、俄有关公司都有系列产品供应，并制定有相应的军用标准或工业标准。我国也于上世纪80年代建立起双通道多极旋转变压器的基本系列，制定了相应的国家标准和国家军用标准。

上世纪60～70年代国外已进行旋转变压器无刷化技术方案的研究，80～90年代无刷化技术已趋于成熟，并有系列产品生产。我国也逐渐形成了自己的系列产品。无论国内还是国外，无接触旋转变压器的产品主要集中在组装式为φ45mm以下，分装式为φ100mm以下的单对极或两对极产品。上世纪90年代末，大机座号的单对极无接触旋转变压器和双通道无接触旋转变压器需求不断增多，国内开始研制，基本规格为φ70～φ200mm，设计理论已经形成，尚未形成标准化、系列化产品。

系统的可靠性在相当程度上取决于元器件的可靠性，为了减少系统或武器装备的故障率提高其可靠性，系统中常采用冗余(余度)设计技术，即在系统中起关键作用的地方，增加一套以上完成相同功能的元件，当该部分出现故障时，系统仍能正常工作，以减少系统或设备的故障率提高其可靠性。对于复杂的、有高可靠和长寿命要求的大、中型设备和无法维修或要求不停机的系统或设备更应采用冗余设计。

对于大机座号高频高精度双余度双通道旋转变压器国内基本上没有研究，而这类电机在大型潜艇，船舶及大口径雷达系统中需求较大。由于该类电机激磁频率高，体积较大，其磁场分析，设计理论、结构设计及关键工艺技术、加工制造技术等方面还不成熟，特别是针对高频后旋转变压器粗、精机之间及和无接触部分环形变压器之间的电磁干扰、阻抗匹配，高频、大体积的气隙磁场分析及环境适应性的要求，仍有许多未知领域需要探索。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种高可靠性、高精度、长寿命的双余度双通道无接触旋转变压器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括一对极旋转变压器和一多对极旋转变压器，其特点是，所说的环形变压器包括第一环形变压器和第二环形变压器，所说的多极旋转变压器包括粗机旋转变压器和精机旋转变压器，第一环形变压器定子铁心槽中嵌放有第一环形定子绕组S₁S₃，转子铁心槽中嵌放有第一环形转子绕组R₁R₃，第二环形变压器定子铁心槽中嵌放有第二环形定子绕组S₂S₄，转子铁心槽中嵌放有第二环形转子绕组R₂R₄；所说的粗机旋转变压器的转子铁心槽中嵌放两套空间位置相同的第一、第二正弦相粗机转子绕组R₅R₇、R₉R₁₁和第一、第二余弦相粗机转子绕组R₆R₈、R₁₀R₁₂，定子铁心槽中嵌放两套空间位置相同的第一、第二正弦相粗机定子绕组S₅S₇、S₉S₁₁和第一、第二余弦相粗机定子绕组S₆S₈、S₁₀S₁₂；精机旋转变压器的转子铁心槽中嵌放两套空间位置相同的第一、第二正弦相精机转子绕组R₁₃R₁₅、R₁₇R₁₉和第一、第二余弦相精机转子绕组R₁₄R₁₆、R₁₈R₂₀，精机旋转变压器的定子铁心槽中嵌放两套空间位置相同的第一、第二正弦相精机定子绕组S₁₃S₁₅、S₁₇S₁₉和第一、第二余弦相精机定子绕组S₁₄S₁₆、S₁₈S₂₀，第一环形变压器的第一环形转子绕组R₁R₃与粗机旋转变压器的第一余弦相粗机转子绕组R₆R₈、精机旋转变压器的第一余弦相精机转子绕组R₁₄R₁₆相连接，第二环形变压器的第二环形转子绕组R₂R₄与粗机旋转变压器的和第二余弦相粗机转子绕组R₁₀R₁₂、精机旋转变压器的余弦相精机转子绕组R₁₈R₂₀相连接，粗机旋转变压器的第一、第二正弦相粗机转子绕组R₅R₇、R₉R₁₁和精机旋转变压器的第一、第二正弦相精机定子绕组S₁₃S₁₅、S₁₇S₁₉作为补偿绕组分别自行短接。

本发明的另一特点是：第一环形变压器和第二环形变压器的结构及绕组参数完全相同，形成分磁路的双余度结构；环形变压器的定子与转子之间还设置有定子衬套和转子衬套。

由于本发明将极旋转变压器和多极旋转变压器组合成一起，从而实现了高精度；采用环形变压器替代电刷和滑环，实现无接触，采用双余度的结构型式、磁路型式、线路型式，实现多余度，更大程度提高电机可靠性和寿命，大大减少系统的故障率提高其可靠性，提高系统的测角精度，延长系统的工作寿命。

附图说明

图1是本发明的结构原理图；

图2是本发明的电气原理图；

图3是本发明衬套的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明包括一对极旋转变压器和一对多极旋转变压器，极旋转变压器包括第一环形变压器1和第二环形变压器2，所说的多极旋转变压器包括粗机旋转变压器3和精机旋转变压器4，

参见图2，本发明的多极旋转变压器包括粗机旋转变压器3和精机旋转变压器4，第一环形变压器1定子铁心槽中嵌放有第一环形定子绕组S₁S₃，转子铁心槽中嵌放有第一环形转子绕组R₁R₃，第二环形变压器2定子铁心槽中嵌放有第二环形定子绕组S₂S₄，转子铁心槽中嵌放有第二环形转子绕组R₂R₄，第一环形变压器1和第二环形变压器2的结构及绕组参数完全相同，形成分磁路的双余度结构，所说的粗机旋转变压器3的转子铁心槽中嵌放两套空间位置相同的第一、第二正弦相粗机转子绕组R₅R₇、R₉R₁₁和第一、第二余弦相粗机转子绕组R₆R₈、R₁₀R₁₂、定子铁心槽中嵌放两套空间位置相同的第一、第二正弦相粗机定子绕组S₅S₇、S₉S₁₁和第一、第二余弦相粗机定子绕组S₆S₈、S₁₀S₁₂；精机旋转变压器4的转子铁心槽中嵌放两套空间位置相同的第一、第二正弦相精机转子绕组R₁₃R₁₅、R₁₇R₁₉和第一、第二余弦相精机转子绕组R₁₄R₁₆、R₁₈R₂₀、精机旋转变压器4的定子铁心槽中嵌放两套空间位置相同的第一、第二正弦相精机定子绕组S₁₃S₁₅、S₁₇S₁₉和第一、第二余弦相精机定子绕组S₁₄S₁₆、S₁₈S₂₀，第一环形变压器1的第一环形转子绕组R₁R₃与粗机旋转变压器3的第一余弦相粗机转子绕组R₆R₈、精机旋转变压器4的第一余弦相精机转子绕组R₁₄R₁₆相连接，第二环形变压器2的第二环形转子绕组R₂R₄与粗机旋转变压器3的和第二余弦相粗机转子绕组R₁₀R₁₂、精机旋转变压器4的余弦相精机转子绕组R₁₈R₂₀相连接，粗机旋转变压器3的第一、第二正弦相粗机转子绕组R₅R₇、R₉R₁₁和精机旋转变压器4的第一、第二正弦相精机定子绕组S₁₃S₁₅、S₁₇S₁₉作为补偿绕组分别自行短接接。当任一环形变压器的定子绕组通入交流电时，在其转子绕组中产生感应电势，大小与转子转角α无关。此感应电势施加到旋转变压器粗、精机的转子绕组上，作为旋转变压器粗、精机的激磁电压，粗、精机转子绕组同时工作，在气隙中产生单对极和p(精机极对数)对极的磁场，粗机定子绕组S₅S₇、S₉S₁₁感应出与转子转角α成一倍的正弦电压，粗机定子绕组S₆S₈、S₁₀S₁₂感应出与转子转角α成一倍的余弦电压；精机定子绕组S₁₃S₁₅、S₁₇S₁₉感应出与转子转角α成p倍的正余弦电压，粗机定子绕组S₁₄S₁₆、S₁₈S₂₀感应出与转子转角α成p倍的余弦电压，其电气原理图如图2所示，电压方程式见式(1)～(8)。

U_S5S7＝K_pU_R1R3(或U_R2R4)sin(pα)…………………………………(1)

U_S6S8＝K_pU_R1R3(或U_R2R4)cos(pα)…………………………………(2)

U_S13S15＝K_pU_R1R3(或U_R2R4)sin(α+α_op)……………………………(3)

U_S14S16＝K_pU_R1R3(或U_R2R4)cos(α+α_op)…………………………(4)

U_S9S11＝K_pU_R1R3(或U_R2R4)sin(pα)…………………………………(5)

U_S10S12＝K_pU_R1R3(或U_R2R4)cos(pα)…………………………………(6)

U_S17S19＝K₁U_R1R3(或U_R2R4)sin(α+α_op)……………………………(7)

U_S18S20＝K₁U_R1R3(或U_R2R4)cos(α+α_op)……………………………(8)

式中：K_p-精机的变比。

K₁-粗机的变比。

α_op-粗、精机零位偏差。

p-精机极对数。

参见图3，本发明的环形变压器1、2的定子与转子之间还设置有定子衬套5和转子衬套6。

本发明的磁路结构见图2，无刷部分由两套磁路各自独立的环形变压器组成，形成分磁路的双余度结构；旋转变压器由粗、精机两部分铁心组成，即分磁路结构型式；而粗、精机铁心中各布置两套绕组实现双余度功能，即双余度旋转变压器采取共磁路结构型式。旋转变压器绕组。旋转变压器精机原方布置两套正交绕组，和粗机绕组作用相同，一套作为励磁绕组，一套绕组短路作为补偿绕组，对提高精度有好处。

Claims (3)

1、一种双余度双通道无接触旋转变压器，包括一对极旋转变压器和一多对极旋转变压器，其特征在于：所说的环形变压器包括第一环形变压器(1)和第二环形变压器(2)，所说的多极旋转变压器包括粗机旋转变压器(3)和精机旋转变压器(4)，第一环形变压器(1)定子铁心槽中嵌放有第一环形定子绕组(S₁S₃)，转子铁心槽中嵌放有第一环形转子绕组(R₁R₃)，第二环形变压器(2)定子铁心槽中嵌放有第二环形定子绕组(S₂S₄)，转子铁心槽中嵌放有第二环形转子绕组(R₂R₄)；所说的粗机旋转变压器(3)的转子铁心槽中嵌放两套空间位置相同的第一、第二正弦相粗机转子绕组(R₅R₇、R₉R₁₁)和第一、第二余弦相粗机转子绕组(R₆R₈、R₁₀R₁₂)，定子铁心槽中嵌放两套空间位置相同的第一、第二正弦相粗机定子绕组(S₅S₇、S₉S₁₁)和第一、第二余弦相粗机定子绕组(S₆S₈、S₁₀S₁₂)；精机旋转变压器(4)的转子铁心槽中嵌放两套空间位置相同的第一、第二正弦相精机转子绕组(R₁₃R₁₅、R₁₇R₁₉)和第一、第二余弦相精机转子绕组(R₁₄R₁₆、R₁₈R₂₀)，精机旋转变压器(4)的定子铁心槽中嵌放两套空间位置相同的第一、第二正弦相精机定子绕组(S₁₃S₁₅、S₁₇S₁₉)和第一、第二余弦相精机定子绕组(S₁₄S₁₆、S₁₈S₂₀)，第一环形变压器(1)的第一环形转子绕组(R₁R₃)与粗机旋转变压器(3)的第一余弦相粗机转子绕组(R₆R₈)、精机旋转变压器(4)的第一余弦相精机转子绕组(R₁₄R₁₆)相连接，第二环形变压器(2)的第二环形转子绕组(R₂R₄)与粗机旋转变压器(3)的和第二余弦相粗机转子绕组(R₁₀R₁₂)、精机旋转变压器(4)的余弦相精机转子绕组(R₁₈R₂₀)相连接，粗机旋转变压器(3)的第一、第二正弦相粗机转子绕组(R₅R₇、R₉R₁₁)和精机旋转变压器(4)的第一、第二正弦相精机定子绕组(S₁₃S₁₅、S₁₇S₁₉)作为补偿绕组分别自行短接。

2、根据权利要求1所述的双余度双通道无接触旋转变压器，其特征在于：所说的第一环形变压器(1)和第二环形变压器(2)的结构及绕组参数完全相同，形成分磁路的双余度结构。

3、根据权利要求1所述的双余度双通道无接触旋转变压器，其特征在于：所说的环形变压器(1、2)的定子与转子之间还设置有定子衬套(5)和转子衬套(6)。

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