SU1665470A1 - Двухполюсный вращающийс трансформатор - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области электротехники и может быть использовано при создании высокоточных информационных электрических машин. Целью изобретени   вл етс  повышение точности двухполюсных вращающихс  трансформаторов (ВТ). ВТ содержит магнитопривод ротора с числом пазов Z₁ и магнитопровод статора с числом пазов Z₂, несущие по две синусоидально распределенные обмотки. Число Z₁ кратно произведению простых чисел A₁ и A₂, имеющихс  в разложении на простые множители соответственно чисел Z₂ - 1 и Z₂ + 1. Число Z₂ кратно произведению чисел A₃ и A₄, имеющихс  в разложении на простые множители соответственно чисел Z₁ - 1 и Z₁ + 1. Данные соотношени  чисел проводников каждой обмотки в пазах магнитопроводов. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано при создании высокоточных информационных электрических машин.

Цель изобретени  - повышение точности воспроизведени  синусно-косинусных зависимостей вращающегос  трансформатора (ВТ).

На фиг.1 показан принцип построени  конструкции предлагаемого ВТ; на фиг.2 - принципиальна  электрическа  схема.

ВТ состоит из соосно расположенных неподвижного корпуса статора t (фиг.1), несущего магнитопровод 2, и поворотного корпуса 3 ротора, несущего магнитопровод 4. На магнитопроводах 2 и 4 статора и ротора размещены обмотки 5.

Магнитопроводы ротора и статора несут на себе по две синусоидально распреде- ленные квадратурные (сдвинутые по положению их осей на магнитопроводе на

90 ) обмотки. Обмотки по типу могут быть любыми, как кольцевыми, так и барабанными.

На рогоре размещены обмотки 6 и 7 (фиг.2), на статоре - обмотки 8 и 9. ВТ может возбуждатьс  как со стороны роторных обмоток , так и со стороны статорных обмоток. При возбуждении со стороны ротора обмотки 6 и 7  вл ютс  обмотками возбуждени , а обмотки 8 и 9 соответственно выходными синусной и косинусной обмотками. При возбуждении со стороны статорных обмоток их роли мен ютс .

Согласно существующей теории расчета синусоидально распределенных двухполюсных обмоток числа проводников в пазах магнитопровода каждой обмотки определ ютс  в соответствии с выражением

(Л

С

о о ел

N XI О

N| NmCOSOj,

где i - номер паза;

NI - число проводников в i -м пазу;

О)

Mm - максимальное число проводников в пазу;

(А - угловое расположение оси I - го паза.

Дл  получени  равенства параметров и одинакового закона распределени  проводников по пазам квадратурных обмоток, значени  сц следует определ ть выражением

О, f + 25(i-1), 42

(2)

где z - число пазов магнитопровода, несущего обмотку.

При расчете существующих ВТ рассчитанные значени  округл ютс  до целых чисел , по полученным данным составл етс  схема намотки.

Однако при округлении расчетных значений до целых чисел нарушаетс  синусоидальное распределение проводников по пазам и по вл етс  дополнительный спектр гармоник, которого не должно быть при чисто синусоидальном распределении. Из этого дополнительного спектра наиболее опасными (вли ющими на точность ВТ)  вл ютс  те гармоники обмоток данного магнитопровода , например статора, которые есть в спектре гармоник другого магнитопровода , например ротора, при чисто синусоидальном распределении проводников по пазам.

Наиболее сильными, искажающими точность двухполюсного ВТ,  вл ютс  гармоники пор дка zi± 1 и 22 ± 1, где zi и Z2 - числа пазов соответственно магнитопрово- дов ротора и статора.

В предлагаемом двухполюсном ВТ магНИТОПрОВОД рОТОра ВЫПОЛНЯЮТ С ЧИСЛОМ 21,

кратным произведению простых чисел ai и 32, имеющихс  в разложении на простые множители соответственно чисел Z2-1 и Z2+1, а магнитопровод статора с числом пазов 7.2, кратным произведению чисел аз и 34, имеющихс  в разложении на простые множители соответственно чисел ZH и Zi+1. При этом при округлении рассчитываемых чисел проводников каждой обмотки до целых чисел следует выполнить соотношени  Ni+Ni+ ai+ Ni+2ai + ... + Ni+zi-ai 0

N2 + N2+31 + N2+2ai + .... + N2+21-31 О

Na1 + №ai + N3ai + .... + Nzi 0 Nl + Ni+g2 +Ni+2a2 + +Nl+zi-a2 0

(3) N2 + N2+a2 + N2+232 + ... + N2+21-32 0

,. Na2 + N2a2 + N3a2 + + N21 0

дл  статора

, Nl+Nl+a3 + Nl+2a3+...Nl+z2-33 0

N2 + №+аз + N2+283 + + №+г2-аз О

Na3 + N2a3 + N333 + ... + NZ2 0 Nl + Ni+a4 + N1+234 +... + Ni+22-a4 0

(4)

N2 + N2+34 + N2+234 + + N2+z2-a4 0

N34 + N2a4 + N334 + + NZ2 0

где Nj - число проводников в i-м пазу; i - номера пазов ротора и статора. Выполнение изложенных отличий обеспечивает полное подавление в разложени х Фурье намагничивающих сил (НС) обмоток ротора гармоник Z2 ± 1 и обмоток статора гармоник Zt ±1. что исключает полностью эти гармоники во взаимной индукции первичных и вторичных обмоток и повышает точность двухполюсного ВТ. По сним устройство на конкретном примере его выполнени . Возьмем числа пазов магнитопроводов ротора и статора, удовлетвор ющие изложенным признакам, . Зададим Nm и ротора и статора равным 10-ти. Дл  ротора , . Эти множители имеютс  в числах (3) и (7).

Дл  статора получим , . Эти множители имеютс  в числах (5) и Zt+1-22(11).

Использу  выражени  (1)и(2), рассчитаем распределение проводников по пазам одной обмотки ротора. Расчет представлен табл.1, графы 1-5. Аналогичный расчет рас- пределени  проводников статора представлен табл.2, графы 1-5.

Квадратурные обмотки рассчитывать не надо, так как их законы распределени  будут те же при нумерации пазов в противопо- ложном направлении (это следует из выражени  (2)).

В графах,5 табл.1 и 2 приведены рассчитанные и округленные до целых значений числа проводников в пазах ротора и стато- Ра. При округлении соблюдено равенство проводников одного и противоположного знака (направлени  намотки), что необходимо дл  осуществлени  обмоток.

Проверим рассчитанный закон дл  ро- торной обмотки на соответствие равенствам (3)

NI + N4 +N + N10 + N13 + N16 + N19 7-1-9-10-3 + 5+10 - N2 + N5 + Ns + N11 + N14 + N17 + N20 5-4-10-8 + 0 +

N3 + NG + N9 + N12 + N15 + Nie + N21« 2-7-10-6 + 3 + 9 + 9 0 Ni + Ns +N15 7-10 + 3 0 N2+ N9+N16 5-10 + 5 0 N3 + N10 + N17 2-10 + 8 0

N4 + Nn + Nis - 1-8 + 9 0 N5 + N12 + N19 - 4-6 + 10 0 Ne + N13 + N20 - 7-3 + 10 0 N7 + N14 + N21 - 9 + 0 + 9 0 Как видно, дл  ротора равенства (3) вы- полнены не полностью и требуетс  переокругление чисел проводников в пазах.

После переокруглени  чисел проводников , а имен но в дес том пазу вместо установлено и в 17-ом пазу вместо N17 8 установлено NI 7, равенства (3) удовлетворены и окончатель-ные значени  чисел проводников в роторной обмотке приведены в графе б табл.1.

Проверим рассчитанный закон дл  ста- торной обмотки на соответствие равенства (А}

Ni + N 6 + N11 + N16 +N21 + N26+N31 + N35 + + N41 + N46 +N51 7 + 2-3-8-10-9-5-

-1+6 + 9 + 10 0

N2 + N7 + N12 + N17 + N22 + N27 + N32 + + N37 + N42 + N47 + N52 6 + 1 - 4 - 9

-10-8-4 + 2 + 7 + 10 + 9 0 N3+Ne + Ni3 +N18 +N23 +N28 +N33 + +N33 + N43 + N43 + N53 5 + 0-6-9-10-7-3 + 3 + 8+10 + 9 0

N4 + N9 + N14 + Nl9 + N24 + N29 + N34 +

+ N39 -i- N44 + N49 + N54 4 - 1 - 6 - 10 - 10 - 7

-2 + 4 + 8+10 + 9

N5 + N10 + N15 + N20 + N25 + N30 + N35 + N40 +N45 + N50 + N55 3 -2 -7- 10-9-6 + 0 + 5 + 9+ 10 + N1 + N12 + N23 + N34 + N45 7 - 4-10-2 + 9 0

N2 + N13 + N24 + N35 + N46 6 - 6 - 10 +

N3 + N14 + N25 + N35 + N47 5-6-9 +

+ 1 + 10 1 N4 +N15 +N26 +N37+N48 4-7-9 +

+ 2 + 10 0 N5 + Nie + №7 + N33 + N49 3 - 8 - 8 +

3 + 10 0 Ne + N17 + N28 + N39 + N50 2 - 9 - 7 +

+ 4+10 0

N7 + NIB + N29 + N40 + N51 1 - 9 - 9 +

+ 5 + 10 0 Ne + N19 + N30 + N41 + N52 0 - 10 - 6 +

N9 + N20 +N31 + N42 + N53 - 1 - 10-5+

N10 + N21 + N32 + N43 + N54 2 - 10 - 4 +

N11 + N22 + N33 + N44 + N55 - 3 - 10 - 3 +

+ С + 8 - 0

Как видно, дл  статора равенства (4) выполнены не полностью и требуетс  переокругление чисел проводников о пазах.

После переокруглени  чисел проводников в пазах дл  полного ббеспечени  выполнени  равенства (4) и значени  приведены в графе 6 табл.2.

Проведенные изменени  в числах проводников .

Вместо Nio -3 установлено Мю -2. Вместо N установлено . Вместо установлено . Вместо установлено .

Справедливость подавлени  гармоник Zi ± 1 и 2.1 ± 1 подтверждаетс  выполнением известных из теории условий (5) подавлени  К-й гармоники в НС обмотки дл  рассчитанного распределени  проводников NI обмоток ротора и статора, при подстановке в выражени  (5) дл  ротора: , K 2.2 ± 1 и i - номера пазов ротора, а дл  статора Z- Z2. К Zi ± 1 и i - номера пазов стагора.

2 .

2

Ni cos К

0

i 1

2 N, sin К

2л.

0.

i 1

Устройство работает следующим образом .

При подаче напр жени  переменного тока на обмотку 6 в зависимости от углового положени  ротора tt на синусной выходной обмотке 8 наводитс  напр жение, пропорциональное sin a, а на косинусной обмотке 9 наводитс  напр жение, пропорциональное cos a.

ь

При подаче напр жени  на обмотку 7 на выходных обмотках 8 и 9 соответственно навод тс  напр жени , пропорциональные sin (a + 90°) и cos(o: + 90°).

Предложенное техническое решение позвол ет существенно повысить точность воспроизведени  синусно-косинусных зависимостей за счет полного исключени  искажающих св зей первичных и вторичных обмоток по низшим (наиболее сильным) гармоникам Zi ± 1 и Za ± 1, имеющимс  в НС отдельных обмоток.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Двухполюсный вращающийс  трансформатор , содержащий магнитопровод ротора с числом пазов 7. и магнитопровод статора с числом пазов Z2, несущие синусоидально распределенные обмотки, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  точности, число Zi кратно произведению простых чисел ai и 32, имеющихс  в разложении на простые множители соответственно чисел Zz-1 и Z2+1, число Z2 кратно произведению чисел аз и 34, имеющихс  в разложении на простые множители соответственно чисел Zi-1 и Zi+1, а числа проводников каждой

   обмотки в пазах магнитопровода удовлетвор ют соотношени м:

   дл  ротора NI+NI+ ai+ Ni+2ai + ...+ N1+21-31 0;

   N2 + №+ai + N2+2ai +.... + N2+zi-ai 6;

   + N2al + N3a1 + .... + N21 0 Nj + Ni+a2 + N1+232 + +Nl+z1-a2 0 N2 + N2+32 + N2+232 + - +N2+21-32 0

   Na2 + Nto2 + N3a2 + + Nzr o ; дл  статора

   Nl + Nl+a3 + Nl+2a3 +...Nl+z2-a3 0; N2 + N2+33 + N2+2a3 + - - - + N2+Z2-33 О

   10

   15

   Na3+N2a3+N3a3+...+Nz2 0, Nl + Nl+a4 + N1+234 +... +Nl+z2-a4 0; N2 + N2+34 + N2+234 + . + N2+Z2-34 0;

   N34 + N234 + N334 + ... + NZ2 0,

   где NI - число проводников в i-м пазу, имеющее дл  статора знак выражени 

   (1-1),

   Ј-1 а дл  ротора знак выражени  cos fc +

   + 2(1-1);

   I - номера пазов ротора и статора.

   Таблица 1

   Табл и ц а 2

   Продолжение табл.2.

   XXXVXV

   I

   -ц5

   Фиг.1

   - 7