CN115694278B - 一种旋转变压器的设计方法及三相局部放电测试电源 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种旋转变压器的设计方法及三相局部放电测试电源，三相局部放电测试电源包括原动机和旋转变压器；原动机包括原动机定子和原动机转子，原动机定子电性连接变频调速器，原动机转子连接旋转变压器转子；旋转变压器为轴向磁场结构且包括旋转变压器转子和旋转变压器定子，旋转变压器转子电性连接待测设备，旋转变压器定子电性连接三相工频电压激励；旋转变压器定子包括定子绕组和定子铁芯，旋转变压器转子包括转子绕组和转子铁芯，定子绕组和转子绕组均采用双层分数槽集中绕组结构。本发明能够实现频率带宽调节和各频率分量电压幅值调节的目的，具备较佳的过流能力、灵敏度、频率适配性和可靠性。

Description

一种旋转变压器的设计方法及三相局部放电测试电源

技术领域

本发明涉及电力设备处理技术领域，具体为一种旋转变压器的设计方法及三相局部放电测试电源。

背景技术

局部放电现象是由于电气设备绝缘材料局部发生电击穿导致，只有对其进行有效检测，及时发现故障，才能避免发生停电事故与安全事故。

局部放电测试电源主要包括中频发电机组、正弦波变频电源、方波变频电源和逆变串联谐振电源。

中频发电机组无法输出高频信号且输出频率唯一；正弦波变频电源输出频率唯一、电力电子电子装置过流能力弱；方波变频电源虽然输出信号具有一定带宽，但与逆变串联谐振电源皆存在电力电子装置过流能力弱的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋转变压器的设计方法及三相局部放电测试电源转速调节方法，能够实现频率带宽调节和各频率分量电压幅值同步调节的目的，具备较佳的过流能力、灵敏度、频率适配性和可靠性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种旋转变压器的设计方法，包括：

获取如下参数的值：

定子电流同步角速度ω、转子感应电动势最大目标幅值对应的目标频率f_g、转子感应电动势最大目标幅值/>f_g搜寻过程的磁场极对数空间谐波次数v的初始值、磁场极对数特定空间谐波次数v'且v'为任一自然数、f_g搜寻过程的磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ的初始值、f_g搜寻过程的σ搜寻步数step、f_g搜寻角频率误差ε_ω、真空磁导率μ₀、旋转变压器相数m、气隙长度L_ag、定子绕组峰值电流I_m、定子电流激励初相角/>初始状态时定子A相绕组中轴线之后转子a相绕组中轴线的弧度Δ和三相交流电网相电压额定值u_ph，m＝3；

根据定子电流同步角速度ω、转子感应电动势最大目标幅值对应的目标频率f_g、f_g搜寻过程的磁场极对数空间谐波次数v、f_g搜寻过程的磁场极对数空间谐波次数v的初始值、磁场极对数特定空间谐波次数v'、f_g搜寻过程的磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ的初始值、f_g搜寻过程的σ搜寻步数step和f_g搜寻角频率误差ε_ω计算定子绕组主导极对数p_s1；

根据定子绕组主导极对数p_s1计算定子绕组主导极对数p_s2；

根据定子绕组主导极对数p_s2计算转子绕组主导极对数p_r2；

根据定子绕组主导极对数p_s1和定子绕组主导极对数p_s2计算定子槽数Q_s；

根据转子绕组主导极对数p_r1和转子绕组主导极对数p_r2计算转子槽数Q_r，p_r1＝p_s1；

根据定子绕组峰值电流I_m、定子槽数Q_s、磁场极对数v次空间谐波定子绕组系数k_sw.v、真空磁导率μ₀、气隙长度L_ag、旋转变压器相数m、磁场极对数空间谐波次数v、旋转变压器圆周方向机械角度θ、定子电流同步角速度ω、时间t和定子电流激励初相角计算定子绕组线圈匝数N_s；

根据真空磁导率μ₀、定子绕组线圈匝数N_s、定子绕组峰值电流I_m、定子槽数Q_s、磁场极对数v次空间谐波定子绕组系数k_sw.v、定子电流同步角速度ω、旋转变压器相数m、磁场极对数空间谐波次数v、气隙长度L_ag、时间t、定子电流激励初相角和三相交流电网相电压额定值u_ph计算轴向磁场旋转变压器铁芯内径r₁和外径r₂的约束关系；

根据真空磁导率μ₀、定子绕组线圈匝数N_s、定子绕组峰值电流I_m、定子槽数Q_s、磁场极对数v次空间谐波定子绕组系数k_sw.v、转子绕组线圈匝数N_r、转子槽数Q_r、磁场极对数v次空间谐波转子绕组系数k_rw.v、旋转变压器相数m、磁场极对数空间谐波次数v、气隙长度L_ag、定子电流同步角速度ω、磁场极对数特定空间谐波次数v'、磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ、时间t、定子电流激励初相角初始状态时定子A相绕组中轴线之后转子a相绕组中轴线的弧度Δ和转子绕组主导极对数p_r1计算转子绕组线圈匝数N_r。

进一步地，所述根据定子电流同步角速度ω、转子感应电动势最大目标幅值对应的目标频率f_g、f_g搜寻过程的磁场极对数空间谐波次数v、f_g搜寻过程的磁场极对数空间谐波次数v的初始值、磁场极对数特定空间谐波次数v'、f_g搜寻过程的磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ的初始值、f_g搜寻过程的σ搜寻步数step和f_g搜寻角频率误差ε_ω计算定子绕组主导极对数p_s1包括如下步骤：

A1、设定f_g搜寻过程的磁场极对数空间谐波次数v的初始值为1，转向A2；

A2、判断是否满足v＝3k(k＝1,2,…)，若是则转向A3，否则转向A4；

A3、令v增加1并返回A2；

A4、设定磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ的初始值为σ₂且σ₂＝1，转向A5；

A5、判断是否满足|ω_e-2πf_g|＜ε_ω，若满足则转向A6，否则转向A7，ω＝100π，当v＝1或v＝3k+1时，ξ₁＝+1，当v＝3k-1时，ξ₁＝-1，当v'＝1或v'＝3k+1时，ξ₂＝+1，当v'＝3k-1时，ξ₂＝-1；

A6、搜寻所得当前v的值作为v₀值，搜寻所得当前σ的值作为σ₀值，将v₀值作为定子绕组主导极对数p_s1的值，转差率σ的约束条件为(σ₁，σ₂]，σ₁＝1-ξ₁ξ₂v'，σ₂＝1；

A7、令step为设定的转差率σ的搜寻步数，转向A8；

A8、判断是否满足σ＝σ₁且σ₁＝1-ξ₁ξ₂v'，若是则转向A9，否则返回A5；

A9、令v增加1并返回A2。

进一步地，所述根据定子绕组主导极对数p_s1计算定子绕组主导极对数p_s2包括如下步骤：

B1、设定p_s2的初始值为p_s1+1，转向B2；

B2、判断p_s1和p_s2是否是如下任一函数的两个解：

Q_s＝2p_s±1，

Q_s＝2p_s±2＝12k，k＝1,2,…，

Q_s＝2p_s±4＝6(4k₁-1)，k₁＝1,2,…，

Q_s＝2p_s±4＝6(4k₂+1)，k₂＝0,1,2,…，

若满足，则找到满足上述条件的p_s2，否则转向B3；

B3、令p_s2增加1并返回B2。

进一步地，所述根据定子绕组主导极对数p_s2计算转子绕组主导极对数p_r2包括如下步骤：

C1、设定p_r2的初始值为p_s2+1，转向C2；

C2、判断p_r1和p_r2是否是如下任一函数的两个解：

Q_r＝2p_r±1，

Q_r＝2p_r±2＝12k，k＝1,2,…，

Q_r＝2p_r±4＝6(4k₁-1)，k₁＝1,2,…，

Q_r＝2p_r±4＝6(4k₂+1)，k₂＝0,1,2,…，

若满足，则找到满足上述条件的p_r2，否则转向C3；

C3、令p_r2增加1并返回C2。

进一步地，所述根据定子绕组主导极对数p_s1和定子绕组主导极对数p_s2计算定子槽数Q_s的公式为：Q_s＝p_s1+p_s2；

所述根据转子绕组主导极对数p_r1和转子绕组主导极对数p_r2计算转子槽数Q_r的公式为：Q_r＝p_r1+p_r2。

进一步地，所述根据定子绕组峰值电流I_m、定子槽数Q_s、磁场极对数v次空间谐波定子绕组系数k_sw.v、真空磁导率μ₀、气隙长度L_ag、旋转变压器相数m、磁场极对数空间谐波次数v、旋转变压器圆周方向机械角度θ、定子电流同步角速度ω、时间t、定子电流激励初相角计算定子绕组线圈匝数N_s包括如下步骤：

根据定子槽数Q_s、旋转变压器相数m和定子谐波次数v计算v次谐波定子绕组系数k_sw.v，计算公式为k_sw.v＝k_sy.v·k_sq.v；

k_sy.v为v次谐波定子绕组短距系数，其表达式为：k_sy.v＝sin(vπ/Q_s)，k_sq.v为v次谐波定子绕组分布系数，其表达式为：

α_s＝2π/Q_s，k、k₁＝1,2,···，k₂＝0,1,2,···；

设弧度θ为旋转变压器圆周方向上机械位置，设定子A相绕组中轴线在圆周方向位置处θ＝0；

根据定子绕组线圈匝数N_s、定子绕组峰值电流I_m、定子槽数Q_s、磁场极对数v次空间谐波定子绕组系数k_sw.v、旋转变压器相数m、磁场极对数空间谐波次数v、旋转变压器圆周方向机械角度θ、定子电流同步角速度ω、时间t和定子电流激励初相角构建定子绕组产生的三相合成磁动势函数F_s.ν(θ,t)表达式为：

根据三相合成磁动势F_s.ν(θ,t)、真空磁导率μ₀和气隙长度L_ag构建定子静止坐标系圆周方向气隙轴向磁密函数B_s.ν(θ,t)，其表达式为：

l_ag＝2L_ag；

选取X+1个圆周方向典型机械位置，令构建X+1个含磁场极对数前Y次空间谐波的轴向磁密时间函数/>

定子电流激励任意一个电周期内，对于loc＝0,1,...,X，得到每个的峰值的绝对值|B|_peak(loc)，X+1个|B|_peak(loc)中的最大峰值为|B|_peak，当|B|_peak达到激磁曲线膝点时的N_s上限值即为定子绕组线圈匝数N_s。

进一步地，所述根据真空磁导率μ₀、根据定子绕组线圈匝数N_s、定子绕组峰值电流I_m、定子槽数Q_s、磁场极对数v次空间谐波定子绕组系数k_sw.v、定子电流同步角速度ω、旋转变压器相数m、磁场极对数空间谐波次数v、气隙长度L_ag、时间t、定子电流激励初相角和三相交流电网相电压额定值u_ph计算旋转变压器的内径r₁和外径r₂的约束关系包括如下步骤：

转子电流为零，构建对应磁场极对数v次空间空间谐波的定子三相感应电动势E_sA.ν、E_sB.ν和E_sC.ν的表达式：

根据E_sA.v、E_sB.v和E_sC.v，构建前Y次磁场极对数空间谐波的定子相感应电动势幅值的表达式：

ph表示相绕组；

令E_ph.Y等于计算得到内径r₁和外径r₂的约束关系，r＝(r₁+r₂)/2，l_ef＝r₂-r₁。

进一步地，所述根据真空磁导率μ₀、定子绕组线圈匝数N_s、定子绕组峰值电流I_m、定子槽数Q_s、磁场极对数v次空间谐波定子绕组系数k_sw.v、转子绕组线圈匝数N_r、转子槽数Q_r、磁场极对数v次空间谐波转子绕组系数k_rw.v、旋转变压器相数m、磁场极对数空间谐波次数v、气隙长度L_ag、定子电流同步角速度ω、磁场极对数特定空间谐波次数v'、磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ、时间t、定子电流激励初相角初始状态时定子A相绕组中轴线之后转子a相绕组中轴线的弧度Δ和转子绕组主导极对数p_r1计算转子绕组线圈匝数N_r包括如下步骤：

根据旋转变压器相数m、转子槽数Q_r和磁场极对数空间谐波次数v计算磁场极对数v次空间谐波转子绕组系数k_rw.v，计算公式为k_rw.v＝k_ry.v·k_rq.v；

k_ry.v为磁场极对数v次空间谐波转子绕组短距系数，其表达式为：k_ry.v＝sin(vπ/Q_r)，k_rq.v为磁场极对数v次空间谐波转子绕组分布系数，其表达式为：

α_r＝2π/Q_r，k、k₁＝1,2,···，k₂＝0,1,2,···；

根据真空磁导率μ₀、定子绕组线圈匝数N_s、定子绕组峰值电流I_m、定子槽数Q_s、磁场极对数v次空间谐波定子绕组系数k_sw.v、转子绕组线圈匝数N_r、转子槽数Q_r、磁场极对数v次空间谐波转子绕组系数k_rw.v、旋转变压器相数m、磁场极对数空间谐波次数v、气隙长度L_ag、定子电流同步角速度ω、磁场极对数特定空间谐波次数v'、磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ、时间t、定子电流激励初相角初始状态时定子A相绕组中轴线之后转子a相绕组中轴线的弧度Δ和转子绕组主导极对数p_r1构建对应磁场极对数v次空间谐波的转子三相感应电动势E_ra.v、E_rb.v和E_rc.v的表达式：

当ν＝1或v＝3k+1时，若则/>反之则/>当ν＝3k-1时，若/>则/>反之则/>

根据转子感应电动势最大目标幅值和E_ra.v、E_rb.v、E_rc.v表达式，构建v＝p_r1即频率为f_g的转子相感应电动势频率分量的幅值表达式：

求解该方程得到转子绕组线圈匝数N_r。

进一步地，还包括采用如下任一方式对转差率进行调节：

获取转子感应电动势输出频带的M个目标频率集合函数f_band＝{f₁,f₂,...,f_M}；

获取转子感应电动势M个频点的目标幅值集合函数集合u_m.f中的最大值是对应频率f_g的/>下标g∈[1,2,...,M]；

采用如下任一方式对转差率进行调节：

其一：

设定磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ的约束条件为(σ₁，σ₂]，σ₁＝1-ξ₁ξ₂v'，σ₂＝1，当p_s1＝1或3k+1时ξ₁＝1，当p_s1＝3k-1时ξ₁＝-1，当v'＝1或3k+1时ξ₂＝1，当v'＝3k-1时ξ₂＝-1；

设定频带误差E_error，f_g的频率误差权重系数f_g频点转子感应电动势误差权重系数/>

以σ₀为σ的初值，在(σ₁,σ₀]和[σ₀,σ₂]两个区间内分别向σ₁和σ₂两个点进行二次调节，当ν'对应的转差率为σ₃，即旋转变压器的转速为时，v＝p_r1时p_r1对极磁场转子输出感应电动势频率/>偏离但逼近f_g，当ν取特定值时/>最为逼近f_d则令此ν取值等于ν_d；

f_g'频点对应的实际所得转子感应电动势幅值偏离但逼近/>其余M-1个实际所得转子感应电动势频点的实际所得电压幅值集合函数为：

对于任意d，令ν＝ν_d则实际所得各频点对应实际所得转子感应电动势幅值表达式为：

若满足不等式成立，则调整结束，d＝1,2,...,g-1,g+1,...,M，f'_d＝f'₁,f'₂,...,f'_g-1,f'_g+1,...,f'_M，ν_d为M-1个实际所得转子感应电动势频点对应的谐波次数；

其二：

已知定子主导极对数为p_s1、p_s2，转子主导极对数为p_r1、p_r2，且p_s1＜p_s2、p_r1＜p_r2、p_s1＝p_r1；

设定磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ的约束条件为(σ₁，σ₂]。σ₁＝1-ξ₁ξ₂v'，σ₂＝1，当p_s1＝1或3k+1时ξ₁＝1，当p_s1＝3k-1时ξ₁＝-1，当v'＝1或3k+1时ξ₂＝1，当v'＝3k-1时ξ₂＝-1；

设定频带误差E_error，f_g的频率误差权重系数f_g频点转子感应电动势误差权重系数/>

以σ₂为σ的初值，向σ₁进行调节，当ν'对应的转差率为σ₄，即旋转变压器的转速为时，/>则ν＝p_s1时p_r1对极磁场转子输出感应电动势频率/>偏离但逼近f_g，当ν取特定值时/>最为逼近f_d则令此ν取值等于ν_d；

f_g'频点对应的实际所得转子感应电动势幅值偏离但逼近/>其余M-1个实际所得转子感应电动势频点的实际所得电压幅值集合函数为：

对于任意d，令ν＝ν_d则实际所得各频点对应实际所得转子感应电动势幅值表达式为：

若满足不等式成立，则调整结束。d＝1,2,...,g-1,g+1,...,M，f'_d＝f'₁,f'₂,...,f'_g-1,f'_g+1,...,f'_M，ν_d为M-1个实际频点对应的谐波次数。

本发明提供了一种三相局部放电测试电源，包括原动机和旋转变压器；

所述原动机包括原动机定子、原动机转子和变频调速器，所述原动机定子电性连接变频调速器，原动机转子连接旋转变压器转子；

所述旋转变压器采用轴向磁场结构，所述旋转变压器包括旋转变压器转子和旋转变压器定子，所述旋转变压器转子电性连接待测设备，旋转变压器定子电性连接三相工频电压激励；

所述旋转变压器定子包括定子绕组和定子铁芯，所述旋转变压器转子包括转子绕组和转子铁芯，所述定子绕组和转子绕组均采用双层分数槽集中绕组结构；通过选取的极槽配合，使所述旋转变压器定子和旋转变压器转子之间不仅通过主导极对数磁场耦合也通过若干谐波极对数磁场耦合；所述旋转变压器按照上述的一种旋转变压器的设计方法设计而成。

进一步地，通过调节所述原动机的转速即磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ，对旋转变压器转子感应电动势输出频带和相应频点电动势幅值进行调节。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过定转子极槽配置确定气隙磁场极对数及各次空间谐波磁密幅值，通过调节转子转速即磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ，实现转子输出感应电动势频率、各频点电压幅值和频带范围的同步调节。

2、本发明增加了三相设备局部放电检测参数设置维数，提出了一种基于电动势频带、频点、相应频点电动势幅值同步关联的高灵敏度检测方法。

3、本发明因不依赖电力电子设备，待测设备发生局部放电时具有较强的电流通流能力。

4、本发明因采用轴向磁场结构，可对定转子绕组配置方案进行灵活调整。

附图说明

图1为本发明中局部放电测试电源的结构示意图；

图2为本发明中旋转变压器的定转子铁芯的轴向剖视图；

图3为本发明中旋转变压器的定转子铁芯的圆周方向展开示意图；

图4为本发明中旋转变压器与待测设备的接线示意图；

图5为本发明中旋转变压器的定子绕组主导极对数p_s1的计算流程图；

图6为本发明中旋转变压器的定子绕组主导极对数p_s2的计算流程图；

图7为本发明中旋转变压器的转子绕组主导极对数p_r2的计算流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至4所示，一种三相局部放电测试电源，包括原动机200和旋转变压器100。

所述原动机200包括原动机定子3和原动机转子4，所述原动机定子3电性连接变频调速器300，原动机转子4通过联轴器400连接旋转变压器转子2。

所述旋转变压器100包括旋转变压器转子2和旋转变压器定子1，所述旋转变压器转子2电性连接待测设备500，旋转变压器定子1电性连接三相工频电压激励。

所述旋转变压器定子1包括定子绕组1.2和定子铁芯1.1，所述旋转变压器转子2包括转子绕组2.2和转子铁芯2.1，所述定子绕组1.2和转子绕组2.2均采用双层分数槽集中绕组结构；通过选取的极槽配合，使所述旋转变压器定子1和旋转变压器转子2之间不仅通过主导极对数磁场耦合也通过若干谐波极对数磁场耦合；所述旋转变压器100按照如权利要求1所述的一种旋转变压器的设计方法设计而成。

旋转变压器转子2三相绕组采用星形连接方式，a、b、c三相输出端接待测设备500三相端口，旋转变压器转子2三相绕组中性点0接被试品地线。

旋转变压器定子1采用三相对称电压激励条件，气隙主磁通极对数和各极对数磁场旋转速度均为常数，通过调节旋转变压器转子转速即磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ，改变不同极对数磁场与旋转变压器转子2的相对运动速度，实现转子感应电动势带宽和各频率分量幅值的调节。所述转子感应电动势输出信号，与待测设备500连接，通过测量电路电流信号，以判断设备局部放电特性。

旋转变压器按照如下设计方法设计而成，包括：

S1、获取如下参数的值：

定子电流同步角速度ω、转子感应电动势最大目标幅值对应的目标频率f_g、转子感应电动势最大目标幅值/>f_g搜寻过程的磁场极对数空间谐波次数v的初始值、磁场极对数特定空间谐波次数v'且v'为任一自然数、f_g搜寻过程的磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ的初始值、f_g搜寻过程的σ搜寻步数step、f_g搜寻角频率误差ε_ω、真空磁导率μ₀、旋转变压器相数m、气隙长度L_ag、定子绕组峰值电流I_m、定子电流激励初相角/>初始状态时定子A相绕组中轴线之后转子a相绕组中轴线的弧度Δ和三相交流电网相电压额定值u_ph，m＝3。

根据分数槽集中绕组理论可知：令槽数和主导极对数分别为Q_x和p_x，下标x为s或r时分别代定子或转子。当槽数Q_x为奇数时，其主导极对数p_x不为3的整数倍，当槽数Q_x为偶数时，其主导极对数p_x不为3的整数倍且不为偶数。该旋转变压器定转子极槽配置分为以下三种情况：Q_x＝2p_x±1、Q_x＝2p_x±2、Q_x＝2p_x±4，Q_x下标x为s或r时分别代定子或转子。可见，Q_x一定时上述公式中p_x有2个解，即一对主导极对数分量。

在此前提下，设置定子绕组主导极对数为p_s1和p_s2且p_s1＜p_s2，设置转子绕组主导极对数为p_r1和p_r2且p_r1＜p_r2、p_s1＝p_r1。即：通过定转子极槽设置，实现定转子p_s1对极磁场耦合互感最大。p_s2次谐波极对数磁场、p_r2次谐波极对数磁场和其他次数谐波极对数磁场互感作用使转子感应电动势输出具有较宽频带。以定子15槽转子18槽旋转变压器为例：15槽定子满足Q_s＝2p_s±1，即p_s1＝7，p_s2＝8；18槽转子满足Q_r＝2p_r±4，即p_r1＝7，p_r2＝11。该旋转变压器定转子通过p_s1＝p_r1＝7对极磁场耦合的互感最大。

S2、根据定子电流同步角速度ω、转子感应电动势最大目标幅值对应的目标频率f_g、f_g搜寻过程的磁场极对数空间谐波次数v、f_g搜寻过程的磁场极对数空间谐波次数v的初始值、磁场极对数特定空间谐波次数v'、f_g搜寻过程的磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ的初始值、f_g搜寻过程的σ搜寻步数step和f_g搜寻角频率误差ε_ω计算定子绕组主导极对数p_s1。如图5所示，步骤S2包括如下步骤：

A1、设定f_g搜寻过程的磁场极对数空间谐波次数v的初始值为1，转向A2；

A2、判断是否满足v＝3k(k＝1,2,…)，若是则转向A3，否则转向A4；

A3、令v增加1并返回A2；

A4、设定磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ的初始值为σ₂且σ₂＝1，转向A5；

A5、判断是否满足|ω_e-2πf_g|＜ε_ω，若满足则转向A6，否则转向A7，ω＝100π，当v＝1或v＝3k+1时，ξ₁＝+1，当v＝3k-1时，ξ₁＝-1，当v'＝1或v'＝3k+1时，ξ₂＝+1，当v'＝3k-1时，ξ₂＝-1；

A6、搜寻所得当前v的值作为v₀值，搜寻所得当前σ的值作为σ₀值，将v₀值作为定子绕组主导极对数p_s1的值，转差率σ的约束条件为(σ₁，σ₂]，σ₁＝1-ξ₁ξ₂v'，σ₂＝1；

A7、令step为设定的转差率σ的搜寻步数，转向A8；

A8、判断是否满足σ＝σ₁且σ₁＝1-ξ₁ξ₂v'，若是则转向A9，否则返回A5；

A9、令v增加1并返回A2。

S3、根据定子绕组主导极对数p_s1计算定子绕组主导极对数p_s2。如图6所示，步骤S3包括如下步骤：

B1、设定p_s2的初始值为p_s1+1，转向B2；

B2、判断p_s1和p_s2是否是如下任一函数的两个解：

Q_s＝2p_s±1，

Q_s＝2p_s±2＝12k，k＝1,2,…，

Q_s＝2p_s±4＝6(4k₁-1)，k₁＝1,2,…，

Q_s＝2p_s±4＝6(4k₂+1)，k₂＝0,1,2,…，

若满足，则找到满足上述条件的p_s2，否则转向B3；

B3、令p_s2增加1并返回B2。

S4、根据定子绕组主导极对数p_s2计算转子绕组主导极对数p_r2。如图7所示，步骤S4包括如下步骤：

C1、设定p_r2的初始值为p_s2+1，转向C2；

C2、判断p_r1和p_r2是否是如下任一函数的两个解：

Q_r＝2p_r±1，

Q_r＝2p_r±2＝12k，k＝1,2,…，

Q_r＝2p_r±4＝6(4k₁-1)，k₁＝1,2,…，

Q_r＝2p_r±4＝6(4k₂+1)，k₂＝1,2,…，

若满足，则找到满足上述条件的p_r2，否则转向C3；

C3、令p_r2增加1并返回C2。

S5、根据定子绕组主导极对数p_s1和定子绕组主导极对数p_s2计算定子槽数Q_s。计算公式为：Q_s＝p_s1+p_s2。

S6、根据转子绕组主导极对数p_r1和转子绕组主导极对数p_r2计算转子槽数Q_r，p_r1＝p_s1。计算公式为：Q_r＝p_r1+p_r2。

S7、根据定子绕组峰值电流I_m、定子槽数Q_s、磁场极对数v次空间谐波定子绕组系数k_sw.v、真空磁导率μ₀、气隙长度L_ag、旋转变压器相数m、磁场极对数空间谐波次数v、旋转变压器圆周方向机械角度θ、定子电流同步角速度ω、时间t、定子电流激励初相角计算定子绕组线圈匝数N_s。步骤S7包括如下步骤：

S71、根据定子槽数Q_s、旋转变压器相数m和定子谐波次数v计算v次谐波定子绕组系数k_sw.v，计算公式为k_sw.v＝k_sy.v·k_sq.v；

k_sy.v为v次谐波定子绕组短距系数，其表达式为：k_sy.v＝sin(vπ/Q_s)，k_sq.v为v次谐波定子绕组分布系数，其表达式为：

/>

α_s＝2π/Q_s，k、k₁＝1,2,···，k₂＝0,1,2,···。

S72、转子电流等于零，定子三相绕组施加相电压幅值为的三相对称电压激励，定子A、B、C三相激励电流i_sA、i_sB和i_sC表达式为：

式中为定子电流激励初相角；

根据定子绕组线圈匝数N_s、定子绕组峰值电流I_m、定子槽数Q_s、磁场极对数v次空间谐波定子绕组系数k_sw.v、旋转变压器相数m、磁场极对数空间谐波次数v、旋转变压器圆周方向机械角度θ、定子电流同步角速度ω、时间t和定子电流激励初相角构建定子三相绕组分别仅有一个线圈条件下定子三相绕组圆周方向磁动势行波正、负序时空函数表达式：

定子A相绕组圆周方向磁动势行波正、负序时空函数表达式为：

定子B相绕组圆周方向磁动势行波正、负序时空函数表达式为：

定子C相绕组圆周方向磁动势行波正、负序时空函数表达式为：

若定子三相绕组分别由多个线圈串联，根据绕组理论进行三相磁动势合成得到定子绕组产生的三相合成磁动势函数F_s.ν(θ,t)表达式为：

S73、根据三相合成磁动势F_s.ν(θ,t)、真空磁导率μ₀和气隙长度L_ag构建定子静止坐标系圆周方向气隙轴向磁密函数B_s.ν(θ,t)，其表达式为：

l_ag＝2L_ag。

S74、选取X+1个圆周方向典型机械位置，令构建X+1个含磁场极对数前Y次空间谐波的轴向磁密时间函数/>

定子电流激励任意一个电周期内，对于loc＝0,1,...,X，得到每个的峰值的绝对值|B|_peak(loc)，X+1个|B|_peak(loc)中的最大峰值为|B|_peak，当|B|_peak达到激磁曲线膝点时的N_s上限值即为定子绕组线圈匝数N_s。

S8、根据真空磁导率μ₀、根据定子绕组线圈匝数N_s、定子绕组峰值电流I_m、定子槽数Q_s、磁场极对数v次空间谐波定子绕组系数k_sw.v、定子电流同步角速度ω、旋转变压器相数m、磁场极对数空间谐波次数v、气隙长度L_ag、时间t、定子电流激励初相角和三相交流电网相电压额定值u_ph计算旋转变压器的内径r₁和外径r₂的约束关系。步骤S8包括如下步骤：

S81、转子电流为零，根据真空磁导率μ₀、根据定子绕组线圈匝数N_s、定子绕组峰值电流I_m、定子槽数Q_s、磁场极对数v次空间谐波定子绕组系数k_sw.v、定子电流同步角速度ω、旋转变压器相数m、磁场极对数空间谐波次数v、气隙长度L_ag、时间t和定子电流激励初相角构建对应磁场极对数v次空间空间谐波的定子三相感应电动势E_sA.v、E_sB.v和E_sC.v的表达式：/>

根据B_s.ν(θ,t)，进行各相绕组在各线圈位置处的磁链积分运算并通过分布系数进行叠加，得到对应磁场极对数v次空间空间谐波的定子A、B、C三相感应磁链ψ_sA.v、ψ_sB.v和ψ_sB.v，表达式分别为：

因此，

S82、根据E_sA.v、E_sB.v和E_sC.v，构建前Y次磁场极对数空间谐波的定子相感应电动势幅值的表达式：

ph表示相绕组。

S83、令E_ph.Y等于计算得到内径r₁和外径r₂的约束关系，r＝(r₁+r₂)/2，l_ef＝r₂-r₁。

S9、根据真空磁导率μ₀、定子绕组线圈匝数N_s、定子绕组峰值电流I_m、定子槽数Q_s、磁场极对数v次空间谐波定子绕组系数k_sw.v、转子绕组线圈匝数N_r、转子槽数Q_r、磁场极对数v次空间谐波转子绕组系数k_rw.v、旋转变压器相数m、磁场极对数空间谐波次数v、气隙长度L_ag、定子电流同步角速度ω、磁场极对数特定空间谐波次数v'、磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ、时间t、定子电流激励初相角初始状态时定子A相绕组中轴线之后转子a相绕组中轴线的弧度Δ和转子绕组主导极对数p_r1计算转子绕组线圈匝数N_r。步骤S9包括如下步骤：

S91、根据旋转变压器相数m、转子槽数Q_r和磁场极对数空间谐波次数v计算磁场极对数v次空间谐波转子绕组系数k_rw.v，计算公式为k_rw.v＝k_ry.v·k_rq.v；

k_ry.v为磁场极对数v次空间谐波转子绕组短距系数，其表达式为：k_ry.v＝sin(vπ/Q_r)，k_rq.v为磁场极对数v次空间谐波转子绕组分布系数，其表达式为：

/>

α_r＝2π/Q_r，k、k₁＝1,2,···，k₂＝0,1,2,···。

S92、根据真空磁导率μ₀、定子绕组线圈匝数N_s、定子绕组峰值电流I_m、定子槽数Q_s、磁场极对数v次空间谐波定子绕组系数k_sw.v、转子绕组线圈匝数N_r、转子槽数Q_r、磁场极对数v次空间谐波转子绕组系数k_rw.v、旋转变压器相数m、磁场极对数空间谐波次数v、气隙长度L_ag、定子电流同步角速度ω、磁场极对数特定空间谐波次数v'、磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ、时间t、定子电流激励初相角初始状态时定子A相绕组中轴线之后转子a相绕组中轴线的弧度Δ和转子绕组主导极对数p_r1构建对应磁场极对数v次空间谐波的转子三相感应电动势E_ra.v、E_rb.v和E_rc.v的表达式。

若定子A、B、C三相绕组、转子a、b、c三相绕组相序方向为空间正方向，初始状态时定子绕组中轴线滞后转子绕组中轴线Δ弧度，由B_s.ν(θ,t)得到转子静止坐标系圆周方向气隙轴向磁密函数表达式为：

当v≠3k时，依据转子静止坐标系圆周方向气隙轴向磁密函数，通过各相绕组在各线圈位置处的磁链积分运算并通过分布系数进行叠加，得到对应磁场极对数v次空间谐波的转子a、b、c三相感应磁链表达式ψ_ra.v，ψ_rb.v和ψ_rc.v分别如下：

当v≠3k时，磁场极对数v次空间谐波的转子a、b、c三相感应电动势为 和/>因此：

/>

当磁场极对数空间谐波为v的磁场行波与定子三相绕组A、B、C位置相序相同即ν＝1或v＝3k+1时，若则/>反之则/>当磁场极对数空间谐波为v的磁场行波与定子三相绕组A、B、C位置相序相反即ν＝3k-1时，若则/>反之则/>

S93、根据转子感应电动势最大目标幅值和E_ra.v、E_rb.v、E_rc.v表达式，构建v＝p_r1即频率为f_g的转子相感应电动势频率分量的幅值表达式：

求解该方程得到转子绕组线圈匝数N_r。

设计过程结束，以下为转速即磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ调节过程：

根据三相局部放电测试实际工程需求，设定转子感应电动势输出频带的M个目标频率集合函数f_band＝{f₁,f₂,...,f_M}，设定转子感应电动势M个频点的目标幅值集合函数集合u_m.f中的最大值是对应频率f_g的/>下标g∈[1,2,...,M]。根据实际需求对M个频点、M个频点的电动势幅值进行全局逼近，采用如下任一方式对转差率进行调节：

其一：

设定磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ的约束条件为(σ₁，σ₂]。σ₁＝1-ξ₁ξ₂v'，σ₂＝1，当p_s1＝1或3k+1时ξ₁＝1，当p_s1＝3k-1时ξ₁＝-1，当v'＝1或3k+1时ξ₂＝1，当v'＝3k-1时ξ₂＝-1；

设定频带误差E_error，f_g的频率误差权重系数f_g频点转子感应电动势误差权重系数/>

以σ₀为σ的初值，在(σ₁,σ₀]和[σ₀,σ₂]两个区间内分别向σ₁和σ₂两个点进行二次调节，当ν'对应的转差率为σ₃，即旋转变压器的转速为时，/>v＝p_r1时p_r1对极磁场转子输出感应电动势频率/>偏离但逼近f_g，当ν取特定值时/>最为逼近f_d则令此ν取值等于ν_d。

f_g'频点对应的实际所得转子感应电动势幅值偏离但逼近/>其余M-1个实际所得转子感应电动势频点的实际所得电压幅值集合函数为：

对于任意d，令ν＝ν_d则实际所得各频点对应实际所得转子感应电动势幅值表达式为：

若满足不等式成立，则调整结束，d＝1,2,...,g-1,g+1,...,M，f'_d＝f'₁,f'₂,...,f'_g-1,f'_g+1,...,f'_M，ν_d为M-1个实际所得转子感应电动势频点对应的谐波次数；

该方式适合在设计旋转变压器的同时，进行转速即转差率的调节。例如获取集合函数f_band＝{f₁,f₂,...,f_M}和后，接受客户的开发任务进行旋转变压器的整体设计，并针对该旋转变压器进行转速即转差率调节；

其二：

已知定子主导极对数为p_s1、p_s2，转子主导极对数为p_r1、p_r2，且p_s1＜p_s2、p_r1＜p_r2、p_s1＝p_r1；

设定磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ的约束条件为(σ₁，σ₂]。σ₁＝1-ξ₁ξ₂v'，σ₂＝1，当p_s1＝1或3k+1时ξ₁＝1，当p_s1＝3k-1时ξ₁＝-1，当v'＝1或3k+1时ξ₂＝1，当v'＝3k-1时ξ₂＝-1；

设定频带误差E_error，f_g的频率误差权重系数f_g频点转子感应电动势误差权重系数/>

以σ₂为σ的初值，向σ₁进行调节，当ν'对应的转差率为σ₄，即旋转变压器的转速为时，/>则ν＝p_s1时p_r1对极磁场转子输出感应电动势频率/>偏离但逼近f_g，当ν取特定值时/>最为逼近f_d则令此ν取值等于ν_d；

f_g'频点对应的实际所得转子感应电动势幅值偏离但逼近/>其余M-1个实际所得转子感应电动势频点的实际所得电压幅值集合函数为：

对于任意d，令ν＝ν_d则实际所得各频点对应实际所得转子感应电动势幅值表达式为：

若满足不等式成立，则调整结束。d＝1,2,...,g-1,g+1,...,M，f'_d＝f'₁,f'₂,...,f'_g-1,f'_g+1,...,f'_M，ν_d为M-1个实际频点对应的谐波次数；

该方式适合任一已知参数的该原理旋转变压器的调节，即根据已知参数进行转速即转差率的调节。例如客户提供现成的该原理旋转变压器，利用该方法在旋转变压器使用过程中进行转速即转差率的调节。

旋转变压器转子机械转速范围为(-100π,+100π)rad/s，其中负转速代表转子旋转方向与定子A、B、C绕组相序相反，正转速代表转子旋转方向与定子A、B、C绕组相序相同。

本发明改进之处在于整体结构，其中控制方法为现有技术，其余未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。

本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后所要说明的是：以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改和等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种旋转变压器的设计方法，其特征在于：包括：

获取如下参数的值：

定子电流同步角速度ω、转子感应电动势最大目标幅值对应的目标频率f_g、转子感应电动势最大目标幅值/>f_g搜寻过程的磁场极对数空间谐波次数v的初始值、磁场极对数特定空间谐波次数v'且v'为任一自然数、f_g搜寻过程的磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ的初始值、f_g搜寻过程的σ搜寻步数step、f_g搜寻角频率误差ε_ω、真空磁导率μ₀、旋转变压器相数m、气隙长度L_ag、定子绕组峰值电流I_m、定子电流激励初相角/>初始状态时定子A相绕组中轴线之后转子a相绕组中轴线的弧度Δ和三相交流电网相电压额定值u_ph，m＝3；

根据定子电流同步角速度ω、转子感应电动势最大目标幅值对应的目标频率f_g、f_g搜寻过程的磁场极对数空间谐波次数v、f_g搜寻过程的磁场极对数空间谐波次数v的初始值、磁场极对数特定空间谐波次数v'、f_g搜寻过程的磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ的初始值、f_g搜寻过程的σ搜寻步数step和f_g搜寻角频率误差ε_ω计算定子绕组主导极对数p_s1；

根据定子绕组主导极对数p_s1计算定子绕组主导极对数p_s2；

根据定子绕组主导极对数p_s2计算转子绕组主导极对数p_r2；

根据定子绕组主导极对数p_s1和定子绕组主导极对数p_s2计算定子槽数Q_s；

根据转子绕组主导极对数p_r1和转子绕组主导极对数p_r2计算转子槽数Q_r，p_r1＝p_s1；

根据定子绕组峰值电流I_m、定子槽数Q_s、磁场极对数v次空间谐波定子绕组系数k_sw.v、真空磁导率μ₀、气隙长度L_ag、旋转变压器相数m、磁场极对数空间谐波次数v、旋转变压器圆周方向机械角度θ、定子电流同步角速度ω、时间t和定子电流激励初相角计算定子绕组线圈匝数N_s；

根据真空磁导率μ₀、定子绕组线圈匝数N_s、定子绕组峰值电流I_m、定子槽数Q_s、磁场极对数v次空间谐波定子绕组系数k_sw.v、定子电流同步角速度ω、旋转变压器相数m、磁场极对数空间谐波次数v、气隙长度L_ag、时间t、定子电流激励初相角和三相交流电网相电压额定值u_ph计算轴向磁场旋转变压器铁芯内径r₁和外径r₂的约束关系；

根据真空磁导率μ₀、定子绕组线圈匝数N_s、定子绕组峰值电流I_m、定子槽数Q_s、磁场极对数v次空间谐波定子绕组系数k_sw.v、转子绕组线圈匝数N_r、转子槽数Q_r、磁场极对数v次空间谐波转子绕组系数k_rw.v、旋转变压器相数m、磁场极对数空间谐波次数v、气隙长度L_ag、定子电流同步角速度ω、磁场极对数特定空间谐波次数v'、磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ、时间t、定子电流激励初相角初始状态时定子A相绕组中轴线之后转子a相绕组中轴线的弧度Δ和转子绕组主导极对数p_r1计算转子绕组线圈匝数N_r。

2.根据权利要求1所述的一种旋转变压器的设计方法，其特征在于：所述根据定子电流同步角速度ω、转子感应电动势最大目标幅值对应的目标频率f_g、f_g搜寻过程的磁场极对数空间谐波次数v、f_g搜寻过程的磁场极对数空间谐波次数v的初始值、磁场极对数特定空间谐波次数v'、f_g搜寻过程的磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ的初始值、f_g搜寻过程的σ搜寻步数step和f_g搜寻角频率误差ε_ω计算定子绕组主导极对数p_s1包括如下步骤：

A1、设定f_g搜寻过程的磁场极对数空间谐波次数v的初始值为1，转向A2；

A2、判断是否满足v＝3k(k＝1,2,…)，若是则转向A3，否则转向A4；

A3、令v增加1并返回A2；

A4、设定磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ的初始值为σ₂且σ₂＝1，转向A5；

A5、判断是否满足|ω_e-2πf_g|＜ε_ω，若满足则转向A6，否则转向A7，当磁场极对数空间谐波为v的磁场行波与定子三相绕组A、B、C位置相序相同即v＝1或v＝3k+1时，ξ₁＝+1，当磁场极对数空间谐波为v的磁场行波与定子三相绕组A、B、C位置相序相反即v＝3k-1时，ξ₁＝-1，当v'＝1或v'＝3k+1时，ξ₂＝+1，当v'＝3k-1时，ξ₂＝-1；

A6、搜寻所得当前v的值作为v₀值，搜寻所得当前σ的值作为σ₀值，将v₀值作为定子绕组主导极对数p_s1的值，转差率σ的约束条件为(σ₁，σ₂]，σ₁＝1-ξ₁ξ₂v'，σ₂＝1；

A7、令step为设定的转差率σ的搜寻步数，转向A8；

A8、判断是否满足σ＝σ₁且σ₁＝1-ξ₁ξ₂v'，若是则转向A9，否则返回A5；

A9、令v增加1并返回A2。

3.根据权利要求2所述的一种旋转变压器的设计方法，其特征在于：所述根据定子绕组主导极对数p_s1计算定子绕组主导极对数p_s2包括如下步骤：

B1、设定p_s2的初始值为p_s1+1，转向B2；

B2、判断p_s1和p_s2是否是如下任一函数的两个解：

Q_s＝2p_s±1，

Q_s＝2p_s±2＝12k，k＝1,2,…，

Q_s＝2p_s±4＝6(4k₁-1)，k₁＝1,2,…，

Q_s＝2p_s±4＝6(4k₂+1)，k₂＝0,1,2,…，

若满足，则找到满足上述条件的p_s2，否则转向B3；

B3、令p_s2增加1并返回B2。

4.根据权利要求3所述的一种旋转变压器的设计方法，其特征在于：所述根据定子绕组主导极对数p_s2计算转子绕组主导极对数p_r2包括如下步骤：

C1、设定p_r2的初始值为p_s2+1，转向C2；

C2、判断p_r1和p_r2是否是如下任一函数的两个解：

Q_r＝2p_r±1，

Q_r＝2p_r±2＝12k，k＝1,2,…，

Q_r＝2p_r±4＝6(4k₁-1)，k₁＝1,2,…，

Q_r＝2p_r±4＝6(4k₂+1)，k₂＝0,1,2,…，

若满足，则找到满足上述条件的p_r2，否则转向C3；

C3、令p_r2增加1并返回C2。

5.根据权利要求4所述的一种旋转变压器的设计方法，其特征在于：

所述根据定子绕组主导极对数p_s1和定子绕组主导极对数p_s2计算定子槽数Q_s的公式为：Q_s＝p_s1+p_s2；

所述根据转子绕组主导极对数p_r1和转子绕组主导极对数p_r2计算转子槽数Q_r的公式为：Q_r＝p_r1+p_r2。

6.根据权利要求5所述的一种旋转变压器的设计方法，其特征在于：所述根据定子绕组峰值电流I_m、定子槽数Q_s、磁场极对数v次空间谐波定子绕组系数k_sw.v、真空磁导率μ₀、气隙长度L_ag、旋转变压器相数m、磁场极对数空间谐波次数v、旋转变压器圆周方向机械角度θ、定子电流同步角速度ω、时间t、定子电流激励初相角计算定子绕组线圈匝数N_s包括如下步骤：

根据旋转变压器相数m、定子槽数Q_s、和磁场极对数空间谐波次数v计算磁场极对数v次空间谐波定子绕组系数k_sw.v，计算公式为k_sw.v＝k_sy.v·k_sq.v；

k_sy.v为磁场极对数v次空间谐波定子绕组短距系数，其表达式为：k_sy.v＝sin(vπ/Q_s)，k_sq.v为磁场极对数v次空间谐波定子绕组分布系数，其表达式为：

α_s＝2π/Q_s，k、k₁＝1,2,…，k₂＝0,1,2,…；

设弧度θ为旋转变压器圆周方向上机械位置，设定子A相绕组中轴线在圆周方向位置处θ＝0；

根据定子绕组线圈匝数N_s、定子绕组峰值电流I_m、定子槽数Q_s、磁场极对数v次空间谐波定子绕组系数k_sw.v、旋转变压器相数m、磁场极对数空间谐波次数v、旋转变压器圆周方向机械角度θ、定子电流同步角速度ω、时间t和定子电流激励初相角构建定子绕组产生的三相合成磁动势函数F_s.ν(θ,t)表达式为：

根据三相合成磁动势F_s.ν(θ,t)、真空磁导率μ₀和气隙长度L_ag构建定子静止坐标系圆周方向气隙轴向磁密函数B_s.ν(θ,t)，其表达式为：

l_ag＝2L_ag；

选取X+1个圆周方向典型机械位置，令loc＝0,1,...,X，构建X+1个含磁场极对数前Y次空间谐波的轴向磁密时间函数/>

定子电流激励任意一个电周期内，对于loc＝0,1,...,X，得到每个的峰值的绝对值|B|_peak(loc)，X+1个|B|_peak(loc)中的最大峰值为|B|_peak，当|B|_peak达到激磁曲线膝点时的N_s上限值即为定子绕组线圈匝数N_s。

7.根据权利要求6所述的一种旋转变压器的设计方法，其特征在于：包括：

所述根据真空磁导率μ₀、根据定子绕组线圈匝数N_s、定子绕组峰值电流I_m、定子槽数Q_s、磁场极对数v次空间谐波定子绕组系数k_sw.v、定子电流同步角速度ω、旋转变压器相数m、磁场极对数空间谐波次数v、气隙长度L_ag、时间t、定子电流激励初相角和三相交流电网相电压额定值u_ph计算旋转变压器的内径r₁和外径r₂的约束关系包括如下步骤：

转子电流为零，构建对应磁场极对数v次空间空间谐波的定子三相感应电动势E_sA.ν、E_sB.ν和E_sC.ν的表达式：

根据E_sA.v、E_sB.v和E_sC.v，构建前Y次磁场极对数空间谐波的定子相感应电动势幅值的表达式：

ph表示相绕组；

令E_ph.Y等于计算得到内径r₁和外径r₂的约束关系，r＝(r₁+r₂)/2，l_ef＝r₂-r₁。

8.根据权利要求7所述的一种旋转变压器的设计方法，其特征在于：所述根据真空磁导率μ₀、定子绕组线圈匝数N_s、定子绕组峰值电流I_m、定子槽数Q_s、磁场极对数v次空间谐波定子绕组系数k_sw.v、转子绕组线圈匝数N_r、转子槽数Q_r、磁场极对数v次空间谐波转子绕组系数k_rw.v、旋转变压器相数m、磁场极对数空间谐波次数v、气隙长度L_ag、定子电流同步角速度ω、磁场极对数特定空间谐波次数v'、磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ、时间t、定子电流激励初相角初始状态时定子A相绕组中轴线之后转子a相绕组中轴线的弧度Δ和转子绕组主导极对数p_r1计算转子绕组线圈匝数N_r包括如下步骤：

根据旋转变压器相数m、转子槽数Q_r和磁场极对数空间谐波次数v计算磁场极对数v次空间谐波转子绕组系数k_rw.v，计算公式为k_rw.v＝k_ry.v·k_rq.v；

k_ry.v为磁场极对数v次空间谐波转子绕组短距系数，其表达式为：k_ry.v＝sin(vπ/Q_r)，k_rq.v为磁场极对数v次空间谐波转子绕组分布系数，其表达式为：

α_r＝2π/Q_r，k、k₁＝1,2,…，k₂＝0,1,2,…；

根据真空磁导率μ₀、定子绕组线圈匝数N_s、定子绕组峰值电流I_m、定子槽数Q_s、磁场极对数v次空间谐波定子绕组系数k_sw.v、转子绕组线圈匝数N_r、转子槽数Q_r、磁场极对数v次空间谐波转子绕组系数k_rw.v、旋转变压器相数m、磁场极对数空间谐波次数v、气隙长度L_ag、定子电流同步角速度ω、磁场极对数特定空间谐波次数v'、磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ、时间t、定子电流激励初相角初始状态时定子A相绕组中轴线之后转子a相绕组中轴线的弧度Δ和转子绕组主导极对数p_r1构建对应磁场极对数v次空间谐波的转子三相感应电动势E_ra.v、E_rb.v和E_rc.v的表达式：

当ν＝1或v＝3k+1时，若则/>反之则/>当ν＝3k-1时，若/>则/>反之则/>

根据转子感应电动势最大目标幅值和E_ra.v、E_rb.v、E_rc.v表达式，构建v＝p_r1即频率为f_g的转子相感应电动势频率分量的幅值表达式：

求解该方程得到转子绕组线圈匝数N_r。

9.根据权利要求8所述的一种旋转变压器的设计方法，其特征在于：包括：

获取转子感应电动势输出频带的M个目标频率集合函数f_band＝{f₁,f₂,...,f_M}；

获取转子感应电动势M个频点的目标幅值集合函数集合u_m.f中的最大值是对应频率f_g的/>下标g∈[1,2,...,M]；

采用如下任一方式对转差率进行调节：

其一：

设定磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ的约束条件为(σ₁，σ₂]，σ₁＝1-ξ₁ξ₂v'，σ₂＝1，当p_s1＝1或3k+1时ξ₁＝1，当p_s1＝3k-1时ξ₁＝-1，当v'＝1或3k+1时ξ₂＝1，当v'＝3k-1时ξ₂＝-1；

设定频带误差E_error，f_g的频率误差权重系数f_g频点转子感应电动势误差权重系数/>

以σ₀为σ的初值，在(σ₁,σ₀]和[σ₀,σ₂]两个区间内分别向σ₁和σ₂两个点进行二次调节，当v'对应的转差率为σ₃，即旋转变压器的转速为时，/>v＝p_r1时p_r1对极磁场转子输出感应电动势频率/>偏离但逼近f_g，当v取特定值时最为逼近f_d则令此ν取值等于ν_d；

f_g'频点对应的实际所得转子感应电动势幅值偏离但逼近/>其余M-1个实际所得转子感应电动势频点的实际所得电压幅值集合函数为：

对于任意d，令ν＝ν_d则实际所得各频点对应实际所得转子感应电动势幅值表达式为：

若满足不等式成立，则调整结束，d＝1,2,...,g-1,g+1,...,M，f′_d＝f′₁,f′₂,...,f′_g-1,f′_g+1,...,f′_M，ν_d为M-1个实际所得转子感应电动势频点对应的谐波次数；

其二：

已知定子主导极对数为p_s1、p_s2，转子主导极对数为p_r1、p_r2，且p_s1＜p_s2、p_r1＜p_r2、p_s1＝p_r1；

设定磁场极对数特定v'次空间谐波对应转差率σ的约束条件为(σ₁，σ₂]，σ₁＝1-ξ₁ξ₂v'，σ₂＝1，当p_s1＝1或3k+1时ξ₁＝1，当p_s1＝3k-1时ξ₁＝-1，当v'＝1或3k+1时ξ₂＝1，当v'＝3k-1时ξ₂＝-1；

设定频带误差E_error，f_g的频率误差权重系数f_g频点转子感应电动势误差权重系数/>

以σ₂为σ的初值，向σ₁进行调节，当v'对应的转差率为σ₄，即旋转变压器的转速为时，/>则v＝p_s1时p_r1对极磁场转子输出感应电动势频率/>偏离但逼近f_g，当v取特定值时/>最为逼近f_d则令此v取值等于v_d；

f_g'频点对应的实际所得转子感应电动势幅值偏离但逼近/>其余M-1个实际所得转子感应电动势频点的实际所得电压幅值集合函数为：

对于任意d，令v＝v_d则实际所得各频点对应实际所得转子感应电动势幅值表达式为：

若满足不等式成立，则调整结束，d＝1,2,...,g-1,g+1,...,M，f′_d＝f′₁,f′₂,...,f′_g-1,f′_g+1,...,f′_M，ν_d为M-1个实际频点对应的谐波次数。

10.一种三相局部放电测试电源，其特征在于：包括：

该测试电源包括原动机和旋转变压器；

所述原动机包括原动机定子、原动机转子和变频调速器，所述原动机定子电性连接变频调速器，原动机转子连接旋转变压器转子；

所述旋转变压器采用轴向磁场结构，所述旋转变压器包括旋转变压器转子和旋转变压器定子，所述旋转变压器转子电性连接待测设备，旋转变压器定子电性连接三相工频电压激励；

所述旋转变压器定子包括定子绕组和定子铁芯，所述旋转变压器转子包括转子绕组和转子铁芯，所述定子绕组和转子绕组均采用双层分数槽集中绕组结构；通过选取的极槽配合，使所述旋转变压器定子和旋转变压器转子之间形成主导极对数磁场的磁场耦合以及若干谐波极对数的磁场耦合；所述旋转变压器按照如权利要求1所述的一种旋转变压器的设计方法设计而成。