SU871285A1 - Многополюсный вращающийс трансформатор - Google Patents

Description

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в высокоточных системах измерения и передачи угла поворота.

В настоящее время широко известны многополюсные вращающиеся трансформаторы, содержащие зубчатые цилиндрические ротор и. статор, в пазах которых помещены приемные обмотки и обмотки возбуждения.

Основной погрешностью современных вращающихся трансформаторов является погрешность, обусловленная неравномерностью воздушного зазора между ротором и статором и изменяющаяся с периодом оборота ротора (длиннопериодная погрешность). Неравномерность воздушного зазора возникает вследствие эксцентриситетов установки и овальности ротора и статора. Для автокомпенсации длиннопериодной погреш· ности используется стабилизация выходных сигналов отдельных секций вы2 ходной обмотки с последующим сложением стабилизированных сигналов.

Устройство £1} характеризуется по вышенной сложностью ввиду большого количества электронных стабилизаторов. Это ограничивает использование вращающегося трансформатора режимом фазовращателя.

Известны также вращающиеся трансформаторы, в которых автокомпенсация длиннопериодной погрешности достигается использованием обмотки возбуждения вращающегося трансформатора, также разделенной на секции, которые подключены параллельно к источнику питания. Последовательно с каждой секцией включены элементы сопротивления, выполненные в виде регулируемых индуктивностей £2] .

Недостаток данного устройства заключается в том, что автокомпенсация погрешности осуществляется наиболее полно при достаточно высокой добротности обмотки возбуждения. Поэтому данное техническое решение эффектов' но только для многополюсных вращающихся трансформаторов с шихтованными магнитопроводами, индуктивное сопротивление обмоток которых намного . больше активного. Для многополюсных вращающихся трансформаторов со сплошным магнцтопроводом, у которых активное сопротивление обмоток намного больше индуктивного, ,некоторое уменьшение погрешности может быть достигнуто только за счет регулируемых элементов (индуктивностей), включенных в секции обмотки возбуждения.

Целью изобретения является расширение области его применения.

Поставленная цель достигается тем, что элементы сопротивления выполнены в виде резисторов и подключены параллельно секциям обмоток ротора и статора.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема многополюсного .вращающегося трансформатора;на фиг.2 ЭДС секций при эксцентриситете статора; на фиг. 3 - ЭДС секций при эксцентриситете ротора.

Вращающийся трансформатор (фиг. 1) содержит статор 1 и ротор 2, на которых расположены соответственно многополюсные обмотки 3 и 4 (обмотки условно изображены в виде меандров). На чертеже обмотки имеют 16 пар полюсов. рбмотки разделены на равное число секций (на чертеже - на Восемь), от которых выполнены отводы, расположенные непосредственно на торцах статора и ротора. Параллельно секциям обмотки статора (к соответствующим отводам) подключены регулируемые резисторы 5-12. Параллельно секциям обмотки ротора подключены регулируемые резисторы 13-20.

К обмотке 3 статора подключен источник питания и_П1ЛТ. Выходное напряжение U&^v. снимается с обмотки 4 ротора.

При повороте ротора на угол d, выходное напряжение изменяется по закону ^и6ых⁼ kUn_MTsin(pcL+g,sinct)

U_niAT = Usinwt , где LU — угловая частота источника питания;

к — коэффициент трансформации·, р — число пар полюсов (коэффициент электрической' редукции),

-s._г— амплитуда длиннопериодной погрешности вращающегося трансформатора·,

M’g индексы фазовой модуляции выходного сигнала пары полюсов, обусловленной, например технологическими эксцентриситетами статора ί-γ-ς и ротора 2 _т0(т.е. несовпадением центра заготовки статора или ротора с центром шпинделя делительного устройства, на котором осуществляется нарезка шлицов магнитопровода) , ^гср ^ГСР где г^р — средний радиус по воздушному зазору;

m — коэффициенты амплитудной е р модуляции выходного сигнала пары полюсов, обуi словленной неравномерностью воздушного зазора между ротором и статором вследствие эксцентриситетов при установке статора 6^. и ротора Ср, — номинальный воздушный зазор между роторХэм и статором.

Таким образом, длиннопериодная погрешность обусловлена неравномерностью воздушного зазора и сочетанием с неточностью расположения полюсов (зубцов). Если коэффициенты амплитудной модуляции mg и m_p свести к нулю, то длиннопериодная погрешность €. будет (в соответствии с приведенной формулой) также равна нулю. Поскольку выставка ротора и статора механическим способом с требуемыми эксцентриситетами и Ср , равными 1-2 мкм, представляет сложную задачу, можно минимизировать коэффициенты mg и электрическим способом с помощью регулируемых резисторов. При этом коэффициент регулируется с помощью резисторов 5-12, а коэффициент - с помощью резисторов 13-20.

При регулировке коэффициента т_с (фиг. 2) измеряют напряжение, например на резисторе 20 (Ε^θ), которое изменяется (если имеется эксцентри5 ситет б с. ) по синусоидальному закону с периодом оборота ротора 2JT. Регулировкой резисторов 5-12 на статоре добиваются минимального изменения напряжения Ej₀ на резисторе 20.

При регулировке коэффициента Шр (фиг. 3) измеряют постоянные, независящие от угла поворота напряжения, например на резисторах 16 и 20. В случае эксцентриситета напряжения Е^, и Eqq отличаются по амплитуде. Регулировкой резисторов 16 и 20 и:: устанавливают равными (е!|^ = Eqq). Таким же образом выравнивают напряжения на остальных резисторах ротора.

В результате длиннопериодная погрешность, обусловленная неравномерностью воздушного зазора из-за эксцентриситета установки статора и ротора, компенсируется выравниванием напряжений отдельных секций выходной обмотки. Эффективность такой компенсации зависит от числа секций обмоток. Так, при четырех секциях погрешность уменьшается в 5 раз, при восьми в 20 раз.

Если у вращающегося трансформатора наряду с одной выходной (синусной) обмоткой имеется другая (косинусная) обмотка, то для компенсации длиннопериодной погрешности второй обмотки необходимо ввести дополнительные регулируемые резисторы для каждой секции этой обмотки. Следует отметить, что в отличие от способа автокомпенсации длиннопериодной погрешности, данное техническое решение касается

871285 6 обычной компенсации, т.е. эффективно при стабильных эксцентриситетах С_с и Йр . Однако оно не требует сложных электронных стабилизаторов и ряда др5 попнительных подвижных токосъемных устройств на вращающемся роторе, так как регулируемые резисторы расположены непосредственно на корпусах ротора и статора.

Данный многополюсный вращающийся трансформатор обеспечивает повышение точности (при сплошных магнитопрово,дах ротора и статора) в несколько раз относительно простыми средствами 15 без усложнения технологии изготовления.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к автоматике и может быть использовано в высокоточ ных системах измерени  и передачи угл поворота. В насто щее врем  широко известны многополюсные вращающиес  трансформаторы , содержащие зубчатые цилиндрические ротор и. статор, в пазах которых помещены приемные обмотки и обмот ки возбуждени . Основной погрешностью современных вращающихс  трансформаторов  вл етс  погрешность, обусловленна  неравномерностью воздушного зазора между ротором и статором и измен юща с  с периодом оборота ротора (длиннопериодна  погрешность). Неравномерность воздушного зазора возникает вследствие эксцентриситетов установки и овальности ротора и статора. Дл  автокомпенсации длиннопериодной погрешности используетс  стабилизаци  выходных сигналов отдельных секций выходной обмотки с последующим сложением стабилизированных сигналов. Устройство Ui характеризуетс  по вышенной сложностью ввиду большого количества злектронных стабилизаторов . Это ограничивает использование вращающегос  трансформатора режимом фазовращател . Известны также вращающиес  трансформаторы , в которых автокомпенсаци  длиннопериодной погрешности достигаетс  использованием обмотки возбуждени  вращающегос  трансформатора, также разделенной на секции, которые подключены параллельно к источнику питани . Последовательно с каждой секцией включены элементы сопротивлени , выполненные в виде регулируемых индуктйвностей Г2 . Недостаток данного устройства заключаетс  в том, что автокомпенсаци  погрешности осуществл етс  наиболее полно при достаточно высокой добротности обмотки возбуждени . Поэтому 3 данное техническое решение эффективно только дл  многополюсных вращающихс  трансформаторов с шихтованными магнитопроводами, индуктивное сопротивление обмоток которых намного . больше активного. Дл  многополюсных вращающихс  трансформаторов со сплошным магнцтопроводом, у которых активное сопротивление обмоток намного больше индуктивного, ,некоторое уменьшение погрешности может быть достигнуто только за счет регулируемых элементов (индуктивностей), включенных в секции обмотки возбуждени . Целью изобретени   вл етс  расшиpeHvie области его применени . Поставленна  цель достигаетс  тем что элементы сопротивлени  выполнены в виде резисторов и подключены параллельно секци м обмоток ротора и статора. На фиг. 1 приведена принципиальна электрическа  схема многополюсного .вращающегос  трансформатора;на фиг.2 ЭДС секций при эксцентриситете стато ра; на фиг. 3 - ЭДС секций при эксцентриситете ротора. Вращающийс  трансформатор (фиг. I содержит статор 1 и ротор 2, на которых расположены соответственно мно гополюсные обмотки 3 и 4 (обмотки ус ловно изображены в виде меандров). На чертеже обмотки имеют 16 пар полю сов. Обмотки разделены на равное чис ло секций (на чертеже - на Восемь), от которых выполнены отводы, располо женные непосредственно на торцах ста тора и ротора. Параллельно секци м о мотки статора (к соответствующим отводам ) подключены регулируемые резис торы 5-12. Параллельно секци м обмот ки ротора подключены регулируемые ре зисторы 3-20. К обмотке 3 статора подключен источник питани  УПИТ Выходное напр жение Ujj,. снимаетс с обмотки 4 ротора . При повороте ротора на угол d, выходное напр жение измен етс  по зако ну Ugy kUnviTsin(pcL+esin(t) -пит Ustnwt , где LU - углова  частота источни ка питани ; k - коэффициент трансформации- , р - число пар полюсов (коэф фициент электрической редукции), ЧрЬр+Не р г .г- амплитуда длиннопериодной погрешности вращающегос  трансформатора, Че , индексы фазовой модул ции выходного сигнала пары полюсов, обусловленной , например технологическими эксцентриситетами статора Р° тора В YO( несовпадением центра заготовки статора или ротора с центром шпиндел  делительного устройства, на котором осуществл етс  нарезка шлицов магнитопровода ) , С. r - средний радиус по воздушному зазоруJ коэффициенты амплитудной модул ции выходного сигнала пары полюсов, обусловленной неравномерностью воздушного зазора между ротором и статором вследствие эксцентриситетов при установке статора Со и ротора &р, Вс n, -Q 0. - номинальный воздушньй зазор между роторЪм и статором. Таким образом, длиннопериодна  погрешность обусловлена неравномерностью воздушного зазора и сочетанием с неточностью расположени  полюсов (зубцов). Если коэффипиенты амплитудной модул ции mg и гпр свести к нулю, то длиннопериодна  погрешность . будет (в соответствии с приведенной формулой ) также равна нулю. Поскольку выставка ротора и статора механическим способом с требуемыми эксцентриситетами бр и Ср , равными 1-2 мкм, представл ет сложную задачу, можно минимизировать коэффициенты mg и Шр электрическим способом с помощью регулируемых резисторов. При этом коэф (|мциент регулируетс  с помощью резисторов 5-12, а коэффициент - с помощью резисторов 13-20. При регулировке коэффициента mj. (фиг. 2) измер ют напр жение, например на резисторе 20 (EIJQ) которое измен етс  (если имеетс  эксцентриситет 6t) по синусоидальному закону с периодом оборота ротора 20Г. Регулировкой резисторов 5-12 на статоре добиваютс  минимального изменени  на пр жени  Ejp на резисторе 20. При регулировке коэффициента гпр (фиг. 3) измер ют посто нные, независ щие от угла поворота напр жени , например на резисторах 16 и 20. В сл чае эксцентриситета &р напр жени  E и Ego отличаютс  по амплитуде. Регулировкой резисторов 16 и 20 и:: устанавливают равными (Е(, E-jp). Таким же образом выравнивают напр жени  на остальных резисторах ротора. В результате длиннопериодна  погрешность , обусловленна  неравномерностью воздушного зазора из-за эксцентриситета установки статора и ротора , компенсируетс  выравниванием напр жений отдельных секций выходной . обмотки. Эффективность такой компенсации зависит от числа секций обмото Так, при четырех секци х погрешность уменьшаетс  в 5 раз, при восьми в 20 раз. Если у вращающегос  трансформатора нар ду с одной выходной (синусной обмоткой имеетс  друга  (косинусна ) обмотка, то дл  компенсации длиннопериодной погрешности второй обмотки необходимо ввести дополнительные регулируемые резисторы дл  каждой секции этой обмотки. Следует отметить, что в отличие от способа автокомпенсации длиннопериодной погрешности, даниое техническое решение -касаетс  обычной компенсации, т.е. эффективно при стабильных эксцентриситетах Сс и Йр . Однако оно не требует сложных электронных стабилизаторов и р да дополнительных подвижных токосъемных устройств на вращающемс  роторе, так как регулируемые резисторы расположены непосредственно на корпусах ротора и статора. Данный многополюсный вращающийс  трансформатор обеспечивает повьш1ение точности (при сплошных магнитопрово,дах ротора и статора) в несколько раз относительно простыми средствами без усложнени  технологии изготовлени . Формула изобретени  Многополюсный вращающийс  трансформатор , содержащий статор и ротор с ceкциoниpoвaн и lми обмотками и подключенные к обмоткам регулируемые элементы сопротивлени , отличающийс  тем, что, с целью расширени  области его применени , элементы сопротивлени  выполнены в виде резисторов и подключены параллельно секци м обмоток. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 708141, кл. G О В 7/10, 1977.
2. 2.Авторское свидетельство СССР по за вке № 2745020/24-07, кл. Н 02 К 24/00, 1979.