DE2432142B2

DE2432142B2 - LagenmeBtransformator

Info

Publication number: DE2432142B2
Application number: DE2432142A
Authority: DE
Inventors: Robert Z. Mt. Kisco N.Y. Geller (V.St.A.)
Original assignee: Farrand Industries Inc Valhalla Ny (vsta)
Current assignee: Farrand Industries Inc Valhalla Ny (vsta)
Priority date: 1973-07-13
Filing date: 1974-07-04
Publication date: 1978-10-19
Also published as: NO140446B; GB1443112A; FR2237258B1; AU7037074A; JPS5038023A; DE2432142A1; NO140446C; NO742559L; DE2432142C3; JPS551691B2; CH592296A5; US3882437A; CA988178A; IT1016560B; FR2237258A1; SE401267B; SE7409173L

Description

180° .

versetzt zueinander angeordnet sind, wenn die n-te Harmonische unterdrückt werden soll und die an einen gemeinsamen äußeren Kreis angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsteile (9,9') parallel zueinander verlaufend angeordnet und parallel geschaltet sind.

2. Lagenmeßtransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gegeneinander verdrehbaren Transformatorhälften (86, 88) die Wicklungsteile (9, 9') sich jeweils aus zwei spiralförmigen hintereinandergeschalteten Leiterstücken (H₁12 bzw. 28, 29) zusammensetzen, wobei die Leiterstücke (11, 12 bzw. 28, 29) eines Wicklungsteils (9 bzw. 9') Strom in entgegengesetzter Richtung führen.

3. Lagenmeßtransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gegeneinander längsverschiebbaren Transformatorhälften die Wicklungsteile (9a, 9a') jeweils parallel zueinander verlaufende, hintereinandergeschaltete Leisterstükke (Ils, 12s bzw. 28s, 29s) aufweisen, wobei jeweils benachbarte Leiterstücke (Ils, 12s bzw. 28s, 29s,) eines Wicklungsteiis (9a bzw. 9a') Strom in entgegengesetzter Richtung führen.

K)

2t)

Die Erfindung betrifft einen Lagenmeßtransformator mit zwei relativ zueinander beweglichen Transformatorhälften, die jeweils mindestens eine Wicklung tragen, 4^r> wobei diese Wicklungen induktiv miteinander koppeln und eine der Wicklungen auf einer Transformatorhälfte mindestens zwei Wicklungsteile gleicher Art aufweist, die um

180" ,
el

/1

versetzt zueinander angeordnet sind, wenn die n-te Harmonische unterdrückt werden soll und die an einen « gemeinsamen äußeren Kreif angeschlossen sind.

Bei Lagenmeßtransformatoren handelt es sich um Vorrichtungen zur Abgabe von Signalen, die für die Relativstellung zweier zueinander beweglicher Transformatorhälften repräsentativ sind. Bei einem Lagen- wi meßtransformator mit zwei gegeneinander verdrehbaren Transformatorhälften weist beispielsweise die eine Transformatorhälfte eine Primärwicklung auf und die andere Transformatorhälfte zwei Sekundärwicklungen, die um 90° versetzt zueinander angeordnet sind. Wenn μ die Primärwicklung an eine Trägerwechselspannung angeschlossen wird, liefern die Sekundärwicklungen Sekundärspannungen, die aus einer Sinus- und einer Kosinus-Spannung bestehen. Die Sinus- und Kosinus-Spannungen sind für den Sinus und den Kosinus einer Winkelstellung der Sekundärwicklungen bezüglich der Primärwicklung repräsentativ.

Die Sekundärspannungen enthalten zusätzlich eine Vielzahl unerwünschter räumlicher harmonischer Komponenten verschiedener Ordnung, weiche die Bestimmung des Wertes der Sinus- und der Kosinus-Spannung erschweren. Typischerweise ist die Amplitude einer räumlichen harmonischen Komponente proportional zur Amplitude des Sinus bzw. des Kosinus eines entsprechend harmonischen Vielfachen der Winkelstellung. Ähnlich wie bei den Sinus- und den Kosinus-Spannungen ist die Phase der räumlichen harmonischen Komponente für das Vorzeichen des Sinus bzw. des Kosinus des harmonischen Vielfachen der Winkelstellung repräsentativ. Beispielsweise gibt es für die dritte räumliche harmonische Komponente drei Zyklen bei einer Umdrehung der Sekundärwicklungen in bezug auf die Primärwicklung.

Da die Sekundärspannungen eine Vielzahl von räumlichen harmonischen Komponenten enthalten, sollten möglichst viele dieser räumlichen harmonischen Komponenten unterdrückt werden, da dadurch die Bestimmung der Sinus- und der Kosinus-Spannungen erleichtert wird.

Der US-PS 29 00 612 ist ein Lagenmeßtransformator der eingangs genannten Art entnehmbar, bei welchem eine Transformatorhälfte acht Wicklungsteile gleicher Art aufweist. Hierbei sind jeweils vier Wickiungsteile zur Bildung einer Wicklung hintereinandergeschaltet, wobei benachbarte hintereinandergeschaltete Wicklungsteile einerseits um 60°, andererseits um 30° versetzt zueinander angeordnet sind, um die dritte Harmonische zu unterdrücken. Diese beiden aus je vier Wicklungsteilen bestehenden Wicklungen werden als Sinus- und Kosinus-Wicklungen bezeichnet und sind induktiv gekoppelt mit einer Wicklung der anderen Transformatorhälfte, deren Wicklungsteile gleicher Art symmetrisch zueinander angeordnet sind.

Der US-PS ist weiterhin ein Lagenmeßtransformator zu entnehmen, bei dem jede Transformatorhälfte mindestens zwei Leiterstücke aufweist, die um 180° versetzt parallel zueinander verlaufen, in Serie geschaltet sind und Strom in entgegengesetzter Richtung führen. Durch diese Anordnung sollen harmonische Komponenten eliminiert werden, die durch fehlerhafte Ausrichtung der Transformatorhälften zueinander entstehen.

Es besteht die Aufgabe, einen Lagenmeßtransformator der vorgenannten Art so zu verbessern, daß sich zum Zweck der Unterdrückung von Harmonischen eine einfache Anordnung der Wicklungsteile und ihrer Zusammenschaltung ergibt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Draufsicht auf die Wicklungen, wobei die Sekundärwicklung aus einer in vollen Linien gezeichneten Winkelstellung sukzessive in drei andere Winkelstellungen, in denen die Sekundärwicklung gestrichelt gezeichnet ist, gedreht wird,

Fig. 2 eine Darstellung von Spannungen, die in der Ausführungsform von F i g. 1 vorliegen,

Fig.3 eine Draufsicht auf die Sekundärwicklungen eines Transformators, die zusammen mit der Primär-

wicklung von F i g. 1 verwendet werden können,

F i g. 4 eine Seitenansicht eines drehbaren Transformators mit variabler Kopplung,

F i g. 5 eine Draufsicht auf die Wicklungen eines linearen Transformators mit variabler Kopplung.

Bei der ersten Ausführungsform kann eine Sekundärwicklung gegenüber zwei Primärwicklungsteilen, die zueinander eine bestimmte Winkelversetzung aufweisen, verdreht werden. Bei einer Relativdrehung um 360° induziert die Primärwicklung jeweils eine räumliche Grundkomponente und unerwünschte harmonische Komponenten als Sekundärspannung in der Sekundärwicklung. Wenn die gewählte Winkelversetzung gleich einem halben Zyklus einer unerwünschten räumlichen harmonischen Komponente ist, induzieren die Primärwicklungsteile zwei Anteile dieser räumlichen harmonischen Komponente, die zueinander außer Phase sind und auf diese Weise die bekannte räumliche harmonische Komponente aufheben. Dementsprechend ist diese räumliche harmonische Komponente in der Sekundärspannung nicht enthalten.

In den im folgenden beschriebenen Ausführungsformen sind die Ausdrücke »Sekundärwicklung« und »Primärwicklung« nur zur Unterscheidung der Wicklungen verwendet Beispielsweise kann eine Sekundärwicklung an eine Spannungsquelle angeschlossen werden, wodurch in der Primärwicklung eine Spannung induziert wird.

Die Wicklungen des in F i g. 1 dargestellten, drehbaren Transformators 8 mit variabler Kopplung umfassen einen ersten Primärwicklungsteil 9 und einen zweiten Primärwicklungsteil 9', die einander gleich sind. Die Wicklungsteile 9, 9' liegen im wesentlichen in einer Ebene, die im folgenden als Primärebene bezeichnet wird, und sind ähnlich aufgebaut wie die Doppelspiralwicklungen Fig. 1 oder 2 der US-PS 29 00 612.

Der erste Primärwicklungsteil 9 umfaßt die spiralförmigen Leiterstücke 11, 12, die Spiralen um eine Mittelachse 10 büden. Diese spiralförmigen Leiterstükke haben gleiche und konstante Spiralsteigung und eine Winkelversetzung von 180° zueinander. Wenn die Leiterstücke 11, 12 Ströme in entgegengesetzten Richtungen führen, wird ein Magnetfeld aufgebaut, das eine Sekundärspannung in der Sekundärwicklung des Transformators 8 induziert. Die Sekundärspannung ist eine Funktion der radialen Nähe der Sekundärwicklung zu den spiralförmigen Leiterstücken 11, 12. Es ist zu erkennen, daß die Veränderung in der radialen Nähe gleich der Spirahteigung ist, wenn die Sekundärwicklung bezüglich der Primärwicklung um 360° verdreht wird. Als Ergebnis einer Drehung um 180° werden 180° der räumlichen Grundkomponente als Sekundärspannung in der Sekundärwicklung induziert.

Das innere Ende lla des spiralförmigen Leiterstücks 11 und das innere Ende 12a des spiralförmigen Leiterstücks 12 sind zusammengeschlossen; das äußere Ende üb des spiralförmigen Leiterstücks 11 und das äußere Ende 126des spiralförmigen Leiterstücks 12 sind mit den Anschlüssen 14 bzw. 16 verbunden.

Von einer Spannungsquelle 18, deren Ausgänge mit den Anschlüssen 14 bzw. 16 verbunden sind, wird eine Wechselspannung an den ersten Primärwicklungsteil 9 gelegt. Die spiralförmigen Leiterstücke 11, 12 bilden daher einen Serienkreis, in dem der Strom beispielsweise im Uhrzeigersinn durch das spiralförmige Leiterstück 11 und gegen den Uhrzeigersinn durch das spiralförmige Leiterstück 12 fließt bzw. umgekehrt.

Der Transformator 8 enthält weiterhin eine Sekundärwicklung 20, die um die Mittelachse 10 relativ zum ersten Primärwicklungsteil 9 verdrehbar ist. Die Wicklung 20 hat aktive Leiterteile 22 und 23 und inaktive Leiterteile 24, 25, die in der Sekundärebene

". parallel zur Primärebene liegen. Der Leiterteil 22 ist im Mittelteil gespalten, um dessen Anschluß an die Klemmen 22a, 22b, an denen die Sekundärspannung anliegt, zu ermöglichen.

Die Leiterteile 22, 23 sind konzentrisch um die

κι Mittelachse 10 gebogen und sind gegeneinander um eine halbe Steigung der Leiterstücke 11, 12 radial versetzt. Die Enden 22c, 22ddes Leiterteils 22 sind mit den Enden 23a bzw. 23b des Leiterteils 23 über die Leiterteile 24, 25 verbunden, wodurch die Leiterteile 22

ι") bis 25 in Serie geschaltet sind.

Die Leiterteile 24,25 sind im wesentlichen in rechtem Winkel zu den Leiterteilen 22, 23 angeordnet; die Anordnung ist dabei radial zur Mittelachse 10. Als Ergebnis des aus der Spannungsquelle 18 durch den ersten Primärwicklungsteil 9 fließenden Stroms wird ein erstes Magnetfeld aufgebaut. Das erste Feld koppelt die Leiterteile 22, 23 wegen der obenerwähnten parallelen Anordnung an den ersten Primärwicklungsteil 9. Dementsprechend gibt es praktisch keine Kopplung

2") zwischen dem ersten Primärwicklungsteil 9 und den Leiterteilen 24,25 aufgrund deren radialer Anordnung.

Wenn die Sekundärwicklung 20 magnetisch an eines der spiralförmigen Leiterstücke 11, 12 gekoppelt ist, baut ein Stromfluß durch das ankoppelnde spiralförmi-

Hi ge Leiterstück einen Teil des ersten Feldes auf, durch das in den Leiterteilen 22, 23 entgegengesetzte Spannungen induziert werden. Die Differenz der entgegengesetzten Spannungen wird von der Sekundärwicklung 20 abgegeben. Wenn jedoch die Leiterteile 22,

s'i 23 magnetisch an die spiralförmigen Leiterstücke U bzw. 12 koppeln (und umgekehrt), bauen die Ströme durch diese Anteile des ersten Feldes auf, durch welche in den Leiterteilen 22, 23 unterstützende Spannungen induziert werden. Die Summe der unterstützenden Spannungen wird dann von der Sekundärwicklung 20 geliefert. Die von der Sekundärwicklung 20 gelieferte Spannung entspricht daher der Ankopplung, die vom ersten Feld bewirkt wird.

Wie im folgenden ausführlicher erörtert wird,

4"i induziert das erste Feld eine erste Spannung in der Sekundärwicklung 20 als Funktion deren Winkelstellung bezüglich des ersten Primärwicklungsteils 9. Die erste Spannung hat eine räumliche Grundkomponente mit einer Amplitude und einer Phase, die bei einer Veränderung der Winkelstellung um 360° eine Periode einer Sinuskurve beschreiben. Zusätzlich umfaßt die erste Spannung unerwünschte räumliche harmonische Komponenten.

Bei dieser Ausführungsform umfaßt der zweite

3ϊ Primärwicklungsteil 9' ein zweites Paar spiralförmiger Leiterstücke 28, 29 (als unterbrochene Linie gezeigt), welche zu den spiralförmigen Leiterstücken 11, 12 konzentrische Spiralen bilden. Die spiralförmigen Leiterstücke 28,29 haben konstante Spiralsteigung und

W) zueinander eine Winkelversetzung um 180° und haben eine Winkelversetzung von 60° im Uhrzeigersinn gegenüber den spiralförmigen Leiterstücken 11,12.

Wegen der Winkelversetzung zwischen den spiralförmiger, Leiterstücken 11, 12, 28, 29 betragen die

b"> entsprechenden radialen Versetzungen zwischen den spiralförmigen Leiterstücken 11, 12 und 28, 29 ein Sechstel der Steigung. Die Winkelversetzung von 60° entspricht dabei einem halben Zyklus der dritten

räumlichen harmonischen Komponente der Sekundärspannung.

Ähnlich wie bei den spiralförmigen Leiterstücken 11, 12 sind das innere Ende 28a des spiralförmigen Leiterstücks 28 und das innere Ende 29a des spiralförmigen Leiterstücks 29 zusammengeschlossen; das äußere Ende 286 des spiralförmigen Leiterstücks 28 und das äußere Ende 29b des spiralförmigen Leiterstücks 29 sind mit den Anschlüssen 14 bzw. 16 verbunden, wodurch die Primärwicklungsteile 9 und 9' parallel geschlossen sind.

Da zwischen den Primärwicklungsteilen 9 und 9' eine Winkelversetzung besteht, die gleich einem halben Zyklus der dritten räumlichen Harmonischen der Sekundärspannung ist, induzieren die Primärwicklungsteile 9 bzw. 9' in der Sekundärwicklung 20 Spannungen, deren dritte räumliche harmonische Komponenten zueinander in Gegenphase sind. Daher heben diese sich gegeneinander auf; dadurch ist die dritte räumliche harmonische Komponente in der Sekundärspannung nicht enthalten. Bei alternativen Ausführungsfonnen kann die Winkelversetzung von 60° abweichen, wodurch die Unterdrückung einer anderen räumlichen harmonischen Komponente bewirkt wird.

Die Spannungsquelle 18 läßt einen Strom durch den zweiten Primärwicklungsteil 9' fließen und baut dabei ein zweites Magnetfeld auf. Das zweite Magnetfeld koppelt die Leiterteile 22, 23 an den zweiten Primärwicklungsteil 9', wodurch eine zweite Spannung in der Sekundärwicklung 20 induziert wird.

Entsprechend dem bekannten Prinzip der Superposition ist die Sekundärspannung die Summe der ersten und der zweiten Spannung. Das Prinzip der Superposition wird im folgenden angewendet um zu zeigen, daß in der Sekundärspannung keine dritte räumliche harmonische Komponente enthalten ist.

Wenn die Sekundärwicklung 20 eine Winkelstellung einnimmt, in der sich eine symmetrische Anordnung von ihr zum Radius 30 ergibt, sind beide Leiterteile 22, 23 gleich weit von einem Teilstück 12/des spiralförmigen Leiterstücks 12 bzw. gleich weit von den Teilstücken 11/ Wg des spiralförmigen Leiterstücks 11 entfernt. Die Teilstücke 11/ Wg, 12/"sind also die Teile des ersten Primärwicklungsteils 9 in engster Nähe zu den Leiterteilen 22, 23. Wegen der Nähe werden durch die Ströme in den Teilstücken 11/i Hg, 12/Anteile des ersten magnetischen Feldes aufgebaut, welche die Sekundärwicklung 20 an den ersten Primärwicklungsteil 9 koppeln.

Dabei ist zu beachten, daß die Ströme in den Teilstücken Wf, Wg dieselbe Amplitude besitzen und dabei entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn fließen. Wenn also die Sekundärwicklung 20 symmetrisch zum Radius 30 angeordnet ist, baut der Strom durch das spiralförmige Lcilerstück 11 einen Teil des ersten magnetischen Feldes auf, der Spannungen entgegengesetzter Polarität in den Lcitertcilcn 22, 23 induziert.

Da die Leiterteile 22, 23 vom Teilstück 12/gleiche Entfernung haben, baut der Strom durch das spiralförmige Leiterstück 12 einen zusätzlichen Teil des ersten Magnetfeldes auf, welcher Spannungen entgegengesetzter Polarität in den Lcitertcilcn 22, 23 induziert. Wenn daher die Sekundärwicklung 20 symmetrisch um den Radius 30 angeordnet ist, ist die erste Spannung im wesentlichen Null.

Wenn die Sekundärwicklung 20 im Uhrzeigersinn gedreht wird, verändert sich die Winkelstellung in einer Weise, daß eine symmetrische Anordnung der Sekundärwicklung 20 zum Radius 32 entsteht. Bei symmetrischer Anordnung zum Radius 32 ist der Leiterteil 23 in engster Nachbarschaft zu einem Teilstück lic des ι spiralförmigen Leiterstücks 11 und der Leiterteil 22 ist in enger Nachbarschaft zu einem Teilstück 12^ des spiralförmigen Leiterstücks 12. Wegen dieser Nähe werden durch die Ströme in den Teilstücken lic. 12^ Anteile des ersten Magnetfeldes aufgebaut, welche die

κι Sekundärwicklung 20 an das erste Primärwicklungsieil 9 ankoppeln.

Da die Ströme durch die Tcilstücke Wc, \2g in entgegengesetzter Richtung verlaufen, bauen die Ströme durch die spiralförmigen Leiterstücke 11, \1

r> einen Teil des ersten Magnetfeldes auf, der in der Leiterteilen 22 bzw. 23 unterstützende Spannunger induziert. Wenn daher die Sekundärwicklung 2C symmetrisch zum Radius 32 angeordnet ist, besitzt die erste Spannung ein Maximum.

Eine weitere Drehung der Sekundärwicklung 20 in Uhrzeigersinn verändert die Winkelstellung in einei Weise, daß die Sekundärwicklung 20 zum Radius 3^ symmetrisch ist. Bei symmetrischer Anordnung zurr Radius 34 sind die Leiterteile 22, 23 vom Teilstück Wi

2") des spiralförmigen Leiterstücks 11 bzwl von der Teilstücken 12c, 12ddes spiralförmigen Leiterstücks Ii gleich weit entfernt.

Aus entsprechenden Gründen, wie sie im Zusammen hang mit der symmetrischen Anordnung zum Radius 3(

κι angegeben wurden, ist die erste Spannung im wesentli chen Null, wenn die Sekundärwicklung 20 symmetrise! zum Radius 34 angeordnet ist.

Eine weitere Drehung der Sekundärwicklung 20 in Uhrzeigersinn verändert die Winkelstellung in einei

j; Weise, daß die Sekundärwicklung 20 zum Radius 3( symmetrisch angeordnet ist. Bei symmetrischer Anord nung zum Radius 36 ist der Leiterteil 22 in engei Nachbarschaft zu einem Teilstück Ue des spiralform! gen Leiterstücks 11 und der Leiterteil 23 ist in enge

•in Nachbarschaft zu einem Teil 12c des spiralförmige! Leiterstücks 12.

Aus Gründen, die denen entsprechen, welche ii Zusammenhang mit der symmetrischen Anordnung zun Radius 32 angegeben wurden, besitzt die ersti

i) Spannung ein Maximum, wenn die Sekundärwicklung 2( symmetrisch zum Radius 36 angeordnet ist.

Eine weitere Drehung der Sekundärwicklung 20 führ die symmetrische Anordnung zum Radius 30 herbei, dii bereits oben beschrieben wurde.

"in Da die Ströme von der Spannungsquelle 18 durch dii spiralförmigen Leiterstücke 11,12 in entgegengesetzte! Richtungen abgeleitet werden, besitzt die erste Span nung eine bekannte Phase (die hiernach als positivi Phase bezeichnet wird) bezüglich der Phase de

μ Trägerspannung für Winkclstellungen der Sekundär wicklung 20 zwischen den symmetrischen Anordnungei zu den Radien 30,32,34. Dementsprechend hat die ersti Spannung eine der bekannten Phase entgegengesetzti Phase (die hiernach als negative Phase bezeichnet wird

wi in Winkelstellungcn der Sekundärwicklung 20 zwischci den symmetrischen Anordnungen zu den Radien 34,36 30.

In IMg. 2 enthält die Darstellung (a) eine Kurve 3t welche die erste Spannung als Funktion der Winkclslel

ΐ'Ί king der Sekundärwicklung 20 darstellt. Zusätzlic bildet eine Abszisse 40 Schnittpunkte 30;i, 32,7, 34«, 36; welche die Winkelstellungcn Her Radien 30, 32, 34, 3' (Fig. 1) darstellen.

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JO

Ein Teil 42 der Kurve 38 besitzt eine Verschiebung zur Abszisse 40 (hiernach als Ordinatenverschiebung bezeichnet), die für die erste Spannung steht, die sich in Winkelsteliungen der Sekundärwicklung 20 zwischen den symmetrischen Anordnungen zu den Radien 30,32, 34 ergibt. Die Ordinatenverschiebung ist dabei in der Richtung des Pfeils 44 und deutet an, daß die Phase der ersten Spannung positiv ist.

Dementsprechend hat ein Teil 46 der Kurve 38 eine Ordinatenverschiebung, welche die erste Spannung darstellt, die sich in Winkelstellungen der Sekundärwicklung 20 zwischen den symmetrischen Anordnungen zu den Radien 34,36,30 ergibt Die Ordinatenverschiebung ist dabei in der Richtung des Pfeils 48 und deutet an, daß die Phase der ersten Spannung negativ ist.

Die Kurve 38 ist nicht sinusförmig. Wie jedoch dem Fachmann bekannt ist, ist die erste Spannung die Summe aus einer räumlichen Grundkomponente mit einer sinusförmigen Wellenform und einer Vielzahl räumlicher harmonischer Komponenten mit entsprechenden sinusförmigen Wellenformen.

Die Kurven 50 und 52 stellen die räumliche Grundkomponente und die dritte harmonische Komponente der ersten Spannung dar. Wie hiernach erläutert wird, hat die zweite Spannung eine räumliche dritte harmonische Komponente gleicher Größe, aber entgegengesetzter Phase, verglichen mit der räumlichen dritten harmonischen der ersten Spannung. Da die Sekundärspannung die Summe der ersten und der zweiten Spannung ist, ist in der Sekundärspannung keine räumliche dritte harmonische Komponente enthalten.

Wegen der Winkelverschiebung um 60° zwischen den Primärwicklungsteilen 9,9' eilt die zweite Spannung der ersten Spannung um 60° nach bei Drehung der Sekundärwicklung 20 im Uhrzeigersinn. Wenn daher die Sekundärwicklung 20 um 60° im Uhrzeigersinn von der symmetrischen Anordnung zum Radius 30 oder zum Radius 34 angeordnet ist, ist die zweite Spannung im wesentlichen Null. In ähnlicher Weise ist die zweite Spannung ein Maximum, wenn die Sekundärwicklung 20 um 60° im Uhrzeigersinn von der symmetrischen Anordnung zu den Radien 32 oder 36 angeordnet ist.

Entsprechend der oben gegebenen Erläuterung enthält F i g. 2(b) eine Kurve 54, welche die zweite 4^r> Spannung darstellt. Die räumliche dritte harmonische Komponente der zweiten Spannung ist durch eine Kurve 56 dargestellt. Da die Versetzung zwischen den Primärwicklungsteilen 9, 9' gleich einem halben Zyklus der dritten räumlichen Harmonischen der Sekundär- so spannung ist, sind die dritten räumlichen harmonischen Komponenten der ersten und der zweiten Spannung zueinander in Gegenphase. Dementsprechend heben sie sich gegeneinander auf, wodurch in der Sekundärspannung keine dritte räumliche harmonische Komponente ^r>^r> enthalten ist.

F i g. 2(c) zeigt eine Kurve 57 mit einer Ordinatenverschiebung, die gleich den arithmetischen Mitteln der Ordinatcnvcrschiebungen der Kurven 38 und 54 ist. Deshalb stellt die Kurve 57 die Sekundärspannung, die an den Klemmen 22a, 22b anliegt, dar. Die Sekundärspannung enthält noch räumliche harmonische Komponenten von höherer als der dritten Ordnung. Viele davon können im wesentlichen mit Methoden unterdrückt werden, die im oben aufgeführten Stand der Technik beschrieben sind.

Da sich die Komponenten der Sckiindärspanniing zyklisch wiederholen, besteht zwischen der Ordnung

1)0 einer unterdrückten räumlichen harmonischen Komponente und der Versetzung zwischen den Primärwicklun gen die folgende Gleichung:

O=K

360

ίο Κ ist die Winkelversetzung in Grad (elektrisch zwischen den Primärwicklungen;

ist eine ungerade ganze Zahl;

ist die Ordnung der unterdrückten räumlicher harmonischen Komponente.

Aus der oben gegebenen Erläuterung erfolgt für du exemplarische Ausführungsform, daß K gleich eines unc π gleich drei ist.

Wie in F i g. 3 gezeigt, können die Wicklungen eines Lagenmeßtransformators so ausgeführt sein, daß die Primärwicklung wie oben beschrieben ausgebildet is und vier ähnliche Sekundärwicklungen 58 bis 61 in dei Sekundärebene vorgesehen sind. Die Sekundärwicklun gen 58 bis 61 sind um die Mittelachse 10 mit jeweil: 90°-Versetzung zwischen benachbarten Wicklunger angeordnet. Dementsprechend ist die räumliche Grund komponente der Sekundärspannung, die von dei Sekundärwicklung 58 (oder der Sekundärwicklung 60 geliefert wird, gegenüber der räumlichen Grundkompo nente der Sekundärspannung, die von der Sekundär wicklung 59 (oder der Sekundärwicklung 61) geliefer wird, um 90° verschoben.

Die Wicklungen 58 bis 61 sind nach Art dei Wicklungsabschnitte in Fig. 4 der US-PS 29 00 61: aufgebaut.

Die Sekundärwicklung 58 besteht aus aktiver Leiterteilen 62 bis 67, die konzentrisch um di< Mittelachse gebogen sind und zueinander eine radial« Versetzung von der halben Steigung der spiralförmiger Leiterstücke 11,12,28,29 (F ig. 1) besitzen.

Wie im folgenden beschrieben wird, sind di( Leiterteile 62 bis 67 in Serie geschaltet. Die Sekundär wicklung 58 liefert also eine Sekundärspannung, weicht der Kopplung der Leiterteile 62 bis 67 an di< Primärwicklungen entspricht. Wegen der Symmetrie und da die Versetzung zwischen den Leiterteilen 62 bi: 67 eine halbe Steigung beträgt, haben die Leiterteile 62 64, 66 alle einen ähnlichen Abstand zu den spiralform! gen Leiterstücken 11, 12, 28, 29. In entsprechende Weise haben die Leiterteile 63, 65, 67 alle einer ähnlichen Abstand zu den spiralförmigen Leiterstückei 11,12, 28,29. Die Leiterteile 62,64,66 entsprechen alsc zusammengenommen dem Leiterteil 23; die Leiterteili

63, 65, 67 entsprechen zusammengenommen den Leiterteil 22. Die Leiterteile 62 bis 67 liefern eini Sekundärspannung in ähnlicher Weise wie die obei beschriebenen Leiterteile 22,23.

Der Leiterteil 62 ist mit seinen Enden mit den Leiterteil 63 verbunden, und zwar mit einem Paar radia angeordneter, inaktiver Lcitcrtcilc 68,69. Dadurch wir« eine Struktur geschaffen, welche der oben beschriebe ncn Sekundärwicklung 20 ähnlich ist.

Die Leiterteile 63, 64 sind in deren Mittelstücl aufgespalten und mit radial angeordneten, inaktivci Lciterteilen 70,71 verbunden. Die Enden der Leiterteili

64, 65 sind miteinander durch radial ungeordnete inaktive Leiterteile 72, 73 verbunden. Auf diese Wcisi werden die Lcitcrtcilc 64, 65 in Serie mit dei Lciterteilen 62,63 geschaltet.

Auch die Lcilcrtcilc 65, 66 sind in ihrem Mittelstücl

aufgespalten und mit radial angeordneten, inaktiven Leiterteilen 74, 75 zusammengeschaltet. Die Enden der Leiterteile 66,67 sind durch radiale, inaktive Leiterteile 76, 77 miteinander verbunden. Die aktiven Leiterteile 62 bis 67 sind also alle in Serie geschaltet. Der Leiterteil 67 ist an seinem Mittelstück aufgespalten und mit den inaktiven Leiterteilen 79a, 796 verbunden, wo die Spannung der Sekundärwicklung 58 anliegt.

Die Serienschaltung der Leiterteile 62 bis 67 liefert eine größere Gesamtlänge der aktiven Leiter als dies in der vorher beschriebenen Sekundärwicklung 20 der Fall ist. Dementsprechend ist die Spannung, die von der Sekundärwicklung 58 geliefert wird, größer als die Spannung, die von der Sekundärwicklung 20 geliefert wird.

Wegen der symmetrischen Anordnung der Sekundärwicklungen 58 bis 61 haben die Sekundärwicklungen 58, 60 und die Sekundärwicklungen 59, 61 jeweils zueinander eine Winkelversetzung von 180°. Die Sekundärwicklungen 58, 60 sind in Serie mit den Sinus-Anschlüssen 78, 80 verbunden. Die Sekundärwicklungen 59, 61 sind in Serie mit den Kosinus-Anschlüssen 82,84 verbunden. Wegen der Serienschaltungen werden die Summe der Sekundärspannungen, die von den Sekundärwicklungen 58, 60 geliefert wird (hiernach als erste Ausgangsspannung bezeichnet) und die Summe der Sekundärspannungen, die von den Sekundärwicklungen 59, 61 geliefert werden (hiernach als zweite Ausgangsspannung bezeichnet) an den Sinus-Anschlüssen 78,80 bzw. den Kosinus-Anschlüssen 82,84 abgreifbar.

Bei Drehung der Sekundärwicklungen 58 bis 61 im Uhrzeigersinn bezüglich der Primärwicklungen hat die erste Ausgangsspannung eine räumliche Grundkomponente, die um 90° der räumlichen Grundkomponente der zweiten Ausgangsspannung voreilt. Die räumliche Grundkomponente der ersten Ausgangsspannung (die an den Sinus-Anschlüssen 78, 80 abgreifbar ist) enthält also eine Darstellung des Sinus der Winkelstellung der Sekundärwicklungen 58 bis 61 bezüglich der Primärwicklungsteile 9,9', während die räumliche Grundkorn ponente der zweiten Ausgangsspannung (die an den Kosinus-Anschlüssen 82,84 abgreifbar ist) eine Darstellung des Kosinus der Winkelstellung enthält.

Wenn durch eine Fehlausrichtung die Sekundär- und Primärebene nicht zueinander parallel sind (im folgenden als Ebenen-Fehlausrichtung bezeichnet), liefern die Sekundärwicklungen 58 bis 61 unerwünschte Sekundärspannungen, die eine Funktion der Ebenen-Fehlausrichtung sind.

Da die Sekundärwicklungen 58,60 beispielsweise um 180° winkelversetzt sind, führt die Ebenen-Fehlausrichtung zu komplementären Versetzungen der Sekundärwicklungen 58,60 aus der Primärebene. Das heißt, wenn bei einer gegebenen Winkelstellung die Sekundärwicklung 58 näher an der Primärebene als die Sekundärwicklung 60 ist, gilt im wesentlichen das umgekehrte bei einer Winkelstellung, die um 180° von der gegebenen, herausgegriffenen Winkelstellung verschieden ist. Wegen der komplementären Versetzungen und da die Sekundärwicklungen 58, 60 und die Sekundärwicklungen 59, 61 in Serie geschaltet sind, ergibt sich eine Unterdrückung der unerwünschten Spannungen, die auf der Ebenen-Fehlausrichtung beruhen.

In ähnlicher Weise entstehen unerwünschte Sekundärspannungen durch eine axiale Fchlausrichtung der Sekundärwicklungen 58 bis 61 und der Primärwicklunirstcile 9, 9'. Da eine axiale Fehlausrichtung komplementäre Versetzungen zwischen den Primärwicklungsteilen 9, 9' und den Sekundärwicklungen 58, 61 bewirkt, ergibt sich eine Unterdrückung der unerwünschten Spannungen, die auf der axialen -, Fehlausrichtung beruhen.

Die Unterdrückung der unerwünschten Sekundärspannungen bildet einen Teil der Lehre des obenerwähnten US-Patents 29 00 612.

Bei alternativen Ausführungsformen wird ein Span-

H) nungspaar derselben Amplitude aber mit einer Phasenverschiebung von 90° zueinander an die Sinus-Anschlüsse 78, 80 bzw. die Kosinus-Anschlüsse 82, 84 angelegt In Antwort darauf liefern die Primärwicklungsteile 9, 9' eine Primärspannung mit einer

ii Grundkomponente, deren Phase für die Winkelstellung der Sekundärwicklungen 58 bis 61 relativ zu den Primärwicklungsteilen 9,9' repräsentativ ist.

In Fig.4 ist ein drehbarer Transformator mit variabler Kopplung, der gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, gezeigt. Die Sekundär- und die Primärebene sind auf einer Statorscheibe 86 und einer Rotorscheibe 88, die aus isolierendem Material hergestellt sind, montiert. Die Rotorscheibe 88 besitzt ein axiales Mittelloch, welches eine Welle 92 aufnimmt. Die

2) Welle 92 und die Statorscheibe 86 werden durch einen Träger 96 koaxial zur Mittelachse 94 gehalten. Die Statorscheibe 86 ist fest mit dem Träger verbunden. In dem Träger 96 ist ein Lager 100 enthalten, in dem die Welle 92 drehbar gelagert ist

jo Die in F i g. 5 dargestellten Wicklungen eines linearen Transformators 8' mit variabler Kopplung enthalten ein erstes Primärwicklungsteil 9a und ein zweites Primärwicklungsteil 9a'. die zueinander ähnlich sind. Das erste Primärwicklungsteil 9a umfaßt gerade Leiterstücke 11',

f> 11", die kollektiv als Abschnitte Ils bezeichnet werden und die parallel zueinander innerhalb der Primärebene angeordnet sind. Die Abschnitte Ils besitzen zueinander eine Versetzung, die der Steigung der spiralförmigen Leiterstücke II, 12,28,29 von Fig. 1 entspricht.

■to Das erste Primärwicklungsteil 9a enthält außerdem gerade Leiterstücke 12', 12", die kollektiv als Abschnitte 12s bezeichnet werden und die zueinander eine entsprechende Versetzung besitzen. Die Abschnitte 12s sind in der Primärebene parallel zu den Abschnitten Ils

•η angeordnet. Das gerade Leiterstück 12' liegt in der Mitte zwischen den Abschnitten Ils; das gerade Leiterstück 12" ist gegenüber dem geraden Leiterstück 12' um den Abstand der Abschnitte Ils versetzt; auf diese Weise befinden sich die Abschnitte 12s auf

ii) gegenüberliegenden Seiten des geraden Leiterstücks 11".

Es besteht ein wesentliches Äquivalent zum ersten Primärwicklungsteil 9 des Transformators 8 von F i g. 1 darin, daß der durch die Abschnitte Ils in Richtung des

^r)^r. Pfeils 101 fließende Strom gleich dem Strom ist, der durch die Abschnitte 12s in entgegengesetzter Richtung zum Pfeil 101 fließt und umgekehrt. Die Richtung des Pfeils 101 ist dabei die Richtung der Abschnitte Ils, 12s.

Zur Vervollständigung des ersten Primärwicklungs-

M) teils 9;i sind die Enden 12a', 126' des geraden Leiterstücks 12' mit einem Ende 11a' des geraden Leiterstücks W durch einen inaktiven Leiter 102 bzw. mit dem Ende lla"des geraden Leiterstücks M" durch einen inaktiven Leiter 104 verbunden. Zusätzlich sind

η·> ein Ende 1 Ib'dcs geraden Leilerstücks 11' und ein Ende lli>"desgeraden Leiterstücks II" mildern Anschluß 14 bzw. dem Ende 12Z?"dcs geraden Leiterstücks 12" durch einen inaktiven Leiter 106 verbunden. Ein Ende 12a"dcs

Il

geraden Leiterstücks 12" ist mit dem Anschluß 16 verbunden. Das erste Primärwicklungsteil 9a ist daher eine Serienschaltung.

In ähnlicher Weise ist das zweite Primärwicklungsteil 9a'in der Primärebene angeordnet. ^r>

Zur Bildung des zweiten Primärwicklungsteils 9a'sind gerade Leiterstücke 28', 28", kollektiv als Abschnitte 28s bezeichnet, parallel zur Richtung des Pfeils 101 angeordnet Die Versetzung zwischen den Abschnitten 28s entspricht wieder der Steigung. ι η

Das gerade Leiterstück 28' ist gegenüber den geraden Leiterstücken 1Γ, 11" um ein Sechstel bzw. Ve des Abstandes der geraden Leiterstücke 11', 11" versetzt. Entsprechend ist das gerade Leiterstück 28" gegenüber dem geraden Leiterstück 11" um 'A> dieses Abstandes π versetzt

Das zweite Primärwicklungsteil 9a'enthält außerdem gerade Leiterstücke 29', 29", kollektiv als Abschnitte 29s bezeichnet, die zueinander um eine Steigung versetzt und parallel zur Richtung des Pfeils 101 angeordnet sind. Das gerade Leiterstück 29' liegt in der Mitte zwischen den Abschnitten 28s,- das gerade Leiterstück 29" ist gegenüber dem geraden Leiterstück 28" um die Hälfte des Abstandes versetzt, wobei die Abschnitte 29s auf gegenüberliegenden Seiten des geraden Leiterstücks 2> 28" angeordnet sind.

Zur Bildung des zweiten Primärwicklungsteils 9a 'sind die Enden 29a', 29Z>'des geraden Leiterstücks 29' mit einem Ende 28a' des geraden Leiterstücks 28' durch einen inaktiven Leiter 108 bzw. mit einem Ende 28a"des j< > geraden Leiterstücks 28" durch einen inaktiven Leiter HO verbunden. Zusätzlich sind das Ende 28£>' des geraden Leiterstücks 28' und das Ende 28f>"des geraden Leitersiücks 28" mit dem Anschluß 14 bzw. mit dem Ende 296" des geraden Leiterstücks 29" durch den π inaktiven Leiter 112 verbunden. Das Ende 29a" des geraden Leiterstücks 29" ist mit dem Anschluß 16 verbunden. Die Primärwicklungen 9a, 9a' sind also parallel geschaltet.

Die Arbeitsweise des linearen Transformators 8' entspricht der Arbeitsweise des oben beschriebenen Transformators 8. Beim Transformator 8 variieren die entsprechenden Abstände der Leiterteile 22, 23 zu den spiralförmigen Leiterstücken 11, 12, 28, 29 bei einer Drehung der Sekundärwicklung 20. In entsprechender Weise variieren beim linearen Transformator 8' bei der Bewegung der Sekundärwicklung 20 senkrecht zur Richtung des Pfeils 101 die entsprechenden Abstände der Leiterteile 22, 23 zu den geraden Leiterstücken 11', 11", 12', 12", 28', 28", 29', 29" als Funktion der Lage der Sekundärwicklung 20 bezüglich der Primärwicklungsteile 9a, 9a'.

Da der lineare Transformator 8' dem Transformator 8 entspricht, zeigt die F i g. 2 Darstellungen der ersten bzw. der zweiten Spannung, die in der Sekundärwicklung 20 als Funktion deren Lage relativ zu den Primärwicklungsteilen 9a, 9a'induziert werden.

Beim linearen Transformators' besteht zwischen der Ordnung einer unterdrückten räumlichen harmonischen Komponente und der Versetzung zwischen benachbarten Abschnitten der Primärwicklungsteile 9a, 9a' die folgende Beziehung:

2/7

D ist die Versetzung zwischen einem Abschnitt des ersten Primärwicklungsteils 9a und einem entsprechenden Abschnitt des zweiten Primärwicklungsteils 9a'.

Pistder Abstand zweier Abschnitte Ils.

Hierzu 4 Bhitl Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lagenmeßtransformator mit zwei relativ zueinander beweglichen Transformatorhälften, die jeweils mindestens eine Wicklung tragen, wobei diese Wicklungen induktiv miteinander koppeln und eine der Wicklungen auf einer Transformatorhälfte mindestens zwei Wicklungsteile gleicher Art aufweist, die um