DE2432142C3

DE2432142C3 - LagenmeBtransformator

Info

Publication number: DE2432142C3
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: 1979-06-21
Also published as: GB1443112A; SE401267B; FR2237258B1; US3882437A; CA988178A; JPS551691B2; DE2432142A1; NO140446C; JPS5038023A; IT1016560B; CH592296A5; SE7409173L; DE2432142B2; FR2237258A1; AU7037074A; NO742559L; NO140446B

Description

180°

el

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 ur>d 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 (11,12 bzw. 28,29) zusammensetzen, wobei die Leiterstücke (U, 12 bzw. 28, 29) eines Wicklungsteils (9 bzw. 9') Strom in entgegengesetzter Richtung führen.

3. LagenmeBtransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gegeneinander längsverschiebbaren Transformatorhälften die Wicklungsteile (9a, 9a') jeweils parallel zueinander verlaufende, hintereinandtrgsschaltete Leisterstükke (115, 125 bzw. 285, 29s) aufwei. 2η, wobei jeweils benachbarte Leiterstücke (115, 12s bzw. 285, 29s) eines Wicklungsteils (9a bzw. 9a') Strom in entgegengesetzter Richtung führen.

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

50

180" ,
η

versetzt zueinander angeordnet sind, wenn die n-te Harmonische unterdrückt werden soll und die an einen r> gemeinsamen äußeren Kreis 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- m> 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 to 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, welche 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 LagenmeBtransformator der eingangs genannten Art entnehmbar, bei welchem eine Transformatorhälfte acht Wicklungsteile gleicher Art aufweist Hierbei sind jeweils vier Wicklungsteile 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 Lagen:neßtransformator 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 LagenmeBtransformator 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,

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

F i g. 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,

Fig.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 Ausfühnmgsformen 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 Dcppelspiralwicklungen 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 bilden. 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 Spiralsteigung 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 11a 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 126 des 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 LeiterstUcke 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 bzv, umgekehrt.

Der Transformator 8 enthält weiterhin eine Sekun

därwicklung 20, die um die Mittelachse 10 relativ zum ersten Priniärwicklungsteil 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 Leiterteüe 22, 23 sind konzentrisch um die

ίο Mittelachse 10 gebogen und sind gegeneinander um eine halbe Steigung der Leiterstücke 11, 12 radial versetzt Die Enden 22g 22d des Leiterteils 22 sind mit den Enden 23a bzw. 23b des Leiterteils 23 über die Leiterteüe 24,25 verbunden, wodurch die Leiterteüe 22 bis 25 in Serie geschaltet sind.

Die Leiterteüe 24,25 sind im wesentlichen in rechtem Winkel zu den Leiterteilen 22, 23 angeordnet; die Anordnung ist dabei radial zur Mittelachse 10. Ais Ergebnis des aus der Spannungsquelle 18 durch den ersten Primärwicklungsteil 9 fließender 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 zwischen dem ersten Primärwicklungsteil 9 und den Leiterteilcn 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 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 Leiterteüe 22, 23 magnetisch an die spiralförmigen Leiterstücke 11 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 erörteit wird,

induziert das erste Feld eine erste Spannung ir. 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. Cei dieser Ausführungsform umfaßt der zweite

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

bo zueinander eine Winkelversetzung um 180° und haben eine Winkelversetzung von 6Ö^S im Uhrzeigersinn gegenüber den spiralförmigen Leiterstücken 11,12.

Wegen der Winkelversetzung zwischen den spiralförmigen Leiterstücken 11, 12, 28, 29 betragen die entsprechenden radielpn Versetzungen zwischen den spiralförmigen Leiterstücken U, 12 und 28, 29 ein Sechstel der Steigung. Die Winkelversetzung von 60° entspricht dabei einem halben Zvklus 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 LeiterstUcks 28 und das äußere Ende 29b des spiralförmigen Leiterstücks 29 sind mit den Anschlüssen 14 bzw. 16 verbunden, wodurch die Primärwicklungs teile 9 und 9' ι ο parallel geschlossen sind.

Da 7'.vi3'"hen den Primärwicklungsteilen 9 und 9' eine Winkelversetzung besteht, die gleich einem halben Zyklus der dritten räumlichen Harmonischen der Sekundärspannung ist, induzieren die Primärwicklungs- π teile 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 2» nicht enthalten. Bei alternativen Ausführungsformen kann die Winkelversetzung von 60° abweichen, wodurch die Unterdrückung einer anderen räumlichen harmonischen Komponente bewirkt wird.

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

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 harmoni- π sehe 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 to Leiterstücks 12 bzw. gleich weit von den Teilstücken 11 f. Wg des spiralförmigen Leiterstücks 11 entfernt. Die Teilstücke Wf, Wg, \2fsind also die Teile des ersten Primärwicklungsteils 9 in engster Nähe zu den Leiterteilen 22, 23. Wegen der Nähe werden durch die -ti Ströme in den Teilstücken Wf, Wg, 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 >n 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 Leiterstück 11 einen Teil « des ersten magnetischen Feldes auf, der Spannungen entgegengesetzter Polarität in den Leiterteilen 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 Leiterteilen 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 ir engster Nachbarschaft zu einem Teilstück Hr de; spiralförmigen Leiterstücks 11 und der Leiterteil 22 isl in enger Nachbarschaft zu einem Teilstück \2g de« spiralförmigen Leiterstücks 12. Wegen dieser Nähe werden durch die Ströme in den Teilstücken Uc, \?.g Anteile des ersten Magnetfeldes aufgebaut, welche die Sekundärwicklung 20 an das erste Primärwicklunpsit il s ankoppeln.

Da die Ströme durch die Teilstückc lic, 12^ in entgegengesetzter Richtung verlaufen, bauen die Sirbme durch die spiralförmigen Leitersiütke II, '.7 einen Teil des ersten Magnetfeldes auf, der in den Leilcrteilen 22 bzw. 23 unterstützende Spannungen induziert. Wenn daher die Sekundärwicklung T symmetrisch zum Radius 32 angeordnet ist, besitzt uie erste Spannung ein Maximum.

Eine weitere Drehung der Sekundärwicklung 20 im Uhrzei_t'o.-,inn verändert die Winkelstellung in einer Weise, daß die Sekundärwicklung 20 zum Radius 34 symmetrisch ist. Bei symmetrischer Anordnung zum R? 'i.s 34 sind die Leiterteile 22, 23 vom Teilstück lic des spiralförmigen Leiterstücks 11 bzwl von den Teilstürken 12c, 12f/des spiralförmigen Leiterstücks 12 gleich wpit entfernt.

Aus entsprechenden Gründen, wie sie im Zusammenhang mit der symmetrischen Anordnung zum Radius 30 angegeben wurden, ist die erste Spannung im wesentlichen Null, wenn die Sekundärwicklung i0 symmetrisch zum Radius 34 angeordnet ist.

Eine weitere Drehung der Sekundärwicklung 20 im Uhrzeigersinn verändert die Winkelstellung in einet Weise, daß die Sekundärwicklung 20 zum Radius 3t symmetrisch angeordnet ist. Bei symmetrischer Anordnung zum Radius 36 ist der Leiterteil 22 in enger Nachbarschaft zu einem Teilstück He des spiralförmigen Leiterstücks 11 und der Leiterteil 23 ist in enger Nachbarschaft zu einem Teil 12e des spiralförmigen Leiterstücks 12.

Aus Gründen, die denen entsprechen, welche in Zusammenhang mit der symmetrischen Anordnung zum Radius 32 angegeben wurden, besitzt die erste Spannung ein Maximum, wenn die Sekundärwicklung 2C symmetrisch zum Radius 36 angeordnet ist

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

Da die Ströme von der Spannungsquelle 18 dur"¹! die spiralförmigen Leiterstücke 11,12 in entgegengesetzter Richtungen abgeleitet werden, besitzt die erste Spannung eine bekannte Phase (die hiernach als positive Phase bezeichnet wird) bezüglich der Phase der Trägerspannung für Winkelstellungen der Sekundärwicklung 20 zwischen den symmetrischen Anordnunger zu den Radien 30,32,34. Dementsprechend hat die erste Spannung eine der bekannten Phase entgegengesetzte Phase (die hiernach als negative Phase bezeichnet wird] in Winkelsiellungen der Sekundärwicklung 20 zwischen den symmetrischen Anordnungen zu den Radien 34,36 30.

In F i g. 2 enthält die Darstellung (a) eine Kurve 38 welche die erste Spannung als Funktion der Winkelstellung der Sekundärwicklung 20 darstellt Zusätzlich bildet eine Abszisse 40 Schnittpunkte 30a, 32a. 34a, 36a welche die Winkelstellungen der Radien 30, 32, 34, 36 (Fig. 1) darstellen.

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 Winkelstellungen 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 r:iiinilicher harmonischer Komponenten mit entsprechenden sinmfoi-migen 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 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 Sekundärspannung 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 enthalten ist

F i g. 2(c) zeigt eine Kurve 57 mit einer Ordinatenverschiebung, die gieich den arithmetischen Mittein der Ordinatenverschiebungen 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 Sekundärspannung zvklisch wiederholen, besteht zwischen der Ordnung einer unterdrückten räumlichen harmonischen Komponente und der Versetzung zwischen den Primärwicklungen die folgende Gleichung:

O=K

360 ~2n

ist die Winkelversetzung in Grad (elektrisch) zwischen den Primärwicklungen; ίο K ist eine ungerade ganze Zahl;

η ist die Ordnung der unterdrückten raumlichen harmonischen Komponente.

Aus der oben gegebenen Erläuterung erfolgt für die

ι ·-> exemplarische Ausführungsform, daß K gleich eines und η gleich drei ist.

Wie in F i g. 3 gezeigt, können die Wicklungen eines Lagenmeßtransformators so ausgeführt sein, daß die Primärwicklung vie oben beschrieben ausgebildet ist

2i) und vier ähnliche Sekundärwicklungen 58 bis 6t in der Sekundärebene vorgesehen sind. Die Sekundärwicklungen 58 bis 61 sind um die Mittelachse 10 mit jeweils 90°-Versetzung zwischen benachbarten Wicklungen angeordnet Dementsprechend ist die räumliche Grund-

2") komponente der Sekundärspannung, die von der Sekundärwicklung 58 (oder der Sekundärwicklung 60) geliefert wird, gegenüber der räumlichen Grundkomponente der Sekundärspannung, die von der Sekundärwicklung 59 (oder der Sekundärwicklung 61) geliefert

«ι wird, um 90° verschoben.

Die Wicklungen 58 bis 61 sind nach Art der Wicklungsabschnitte in Fig. 4 der US-PS 29 00 612 aufgebaut.

Die Sekundärwicklung 58 besteht aus aktiven

)> Leiterteilen 62 bis 67, die konzentrisch um die

Mittelachse gebogen sind und zueinander eine radiale Versetzung von der halben Steigung der spiralförmigen Leiterstücke 11,12,28,29(F i g. 1) besitzen. Wie im folgenden beschrieben wird, sind die

Leiterteile 62 bis 67 in Serie geschaltet Die Sekundärwicklung 58 liefert also eine Sekundärspannung, welche der Kopplung der Leiterteile 62 bis 67 an die Primärwicklungen entspricht Wegen der Symmetrie, und da die Versetzung zwischen den Leiterteilen 62 bis 67 eine halbe Steigung beträgt haben die Leiterteile 62, 64, 66 alle einen ähnlichen Abstand zu den spiralförmigen Leiterstücken 11, 12, 28, 29. In entsprechender Weise haben die Leiterteile 63, 65, 67 alle einen ähnlichen Abstand zu den spiralförmigen Leiterstücken

so 11,12,28,29. Die Leiterteile 62,64,66 entsprechen also zusammengenommen dem Leiterteil 23; die Leiterteile

63, 65, 67 entsprechen zusammengenommen dem Leiterteil 22. Die Leiterteile 62 bis 67 liefern eine Sekundärspannung in ähnlicher Weise wie die oben beschriebenen Leiterteile 22,23.

Der I eiterteil 62 ist mit seinen Enden mit dem Leiterteil 63 verbunden, und zwar mit einem Paar radial

angeordneter, inaktiver Leiterteile 68,63. Dadurch wird eine Struktur geschaffen, welche der oben beschriebe nen Sekundärwicklung 20 ähnlich ist

Die Leiterteile 63, 64 sind in deren Mittelstück aufgespalten und mit radial angeordneten, inaktiven Leiterteilen 70,71 verbunden. Die Enden der Leiterteile

64, 65 sind miteinander durch radial angeordnete, inaktive Leiterteile 72, 73 verbunden. Auf diese Weise werden die Leiterteile 64, 65 in Serie mit den Leiterteilen 62,63 geschaltet Auch die Leiterteile 65,66 sind in ihrem Mittelstück

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

Die Serienschaltung der Leiterteile 62 bis 67 liefert eine größere Gesamtlänge der aktiven Leiter als dies in ι ο 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. ι ϊ

Wegen der symmetrischen Anordnung der Sekundärwicklungen 58 bis 61 haben die Sekundärwicklungen 58, 60 und die Sekundärwicklungen 59, 61 jeweils zueinander cine Winkcivsrsctzun" von !80°. D*** 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 2> (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 a 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 Grundkomponente der zweiten Ansgangsspannung (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 Sekundärwickhing 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 3ekun- *- därspannungen durch eine axiale Fehlausrirhtung der Sekundärwicklungen 58 bis 61 und der Primärwicklungsteile 9, 9'. Da eine axiale Fehlausrichtung komplementäre Versetzungen zwischen den Primärwicklungsteilen 9, V 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 Spannungspaar 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 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, d?r 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 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

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', 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 11,12,28,29 von F i g. 1 entspricht

Das erste Primärwicklungsteil 9a enthält außerdem gerade Leiterstücke 12¹,12", die kollektiv r.ls Abschnitte 125 bezeichnet werden und die zueinander eine entsprechende Versetzung besitzen. Die Abschnitte 12s sind in der Primärebene parallel zu den Abschnitten Ils 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 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 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 Primärwicklungsteils 9a sind die Enden 12a' 126' des geraden Leiterstücks 12" mit einem Ende 11a' des geraden Leiterstücks 11' durch einen inaktiven Leiter 102 bzw. mit dem Ende lla"des geraden Leiterstücks 11" durch einen inaktiven Leiter 104 verbunden. Zusätzlich sind ein Ende 116'des geraden Leiterstücks 11' und ein Ende 116"des geraden Leiterstücks 11" mit dem Anschhiß 14 bzw. dem Ende 12/>"des geraden Leiterstücks 12" durch einen inaktiven Leiter 106 verbunden. Em Ende 12a"des

geraden Leiterstücks 12" ist mit dem Anschluß 16 verbunden. Das erste Primärwickiungsteil 9a ist daher eine Serie^schaltung.

In ähnlicher Weise ist das zweite Primärwickiungsteil 9a'in der Primärebene angeordnet

Zur Bildung des zweiten Primärwicklungsteils 9a 'sind gerade I .eiterstücke 28', 28", kollektiv als Abschnitte 285 bezeichnet, parallel zur Richtung des Pfeils 101 angeordnet. Die Versetzung zwischen den Abschnitten 285 entspricht wieder der Steigung.

Das gerade Leiterstück 28' ist gegenüber den geraden Leiterstücken 11', 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 Ve dieses Abstandes 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 Miae zwischen den Abschnitten 285,- 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 28" angeordnet sind.

Zur Bildung des zweiten Primärwicklungsteils 9a'sind die Enden 29a' 29i>'des geraden Leiterstücks 29' mit einem Ende 28a' des geraden Leiterstücks 28' durch einen inaktiven Leiter 108 bzw. mit einem Ende 28a"des geraden Leiterstücks 28" durch einen inaktiven Leiter 110 verbunden. Zusätzlich sind das Ende 2Sb' des geraden Leiterstücks 28' und das Ende 28ft"des geraden Leiterstücks 28" mit dem Anschluß 14 bzw. mit dem Ende 29Z>" des geraden Leiterstücks 29" durch den 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

■> Di? 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

ίο 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',

ii 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 Fig. 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 Transformator 8' besteht zwischen der Ordnung einer unterdrückten räumlichen harmonischen Komponente und der Versetzung zwischen benachbarten Abschnitten der Primärwicklungsteile 9a, 9a' die folgende Beziehung:

D= K-I-.

so In

D ist die Versetzung zwischen einem Abschnitt des ersten Primärwicklungsteils 9a und einem entsprechenden Abschnitt des zweiten Primärwicklungsteils 9a'.
j") Pist der Abstand zweier Abschnitte Ils.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. LagenmeBtransformator 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