Многополюсный вращающийся трансформатор

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании многополюсных вращающихся трансформаторов (МВТ), фазовращателей и других информационных машин. Цель изобретения - повышение точности МВТ состоит из магнитопровода ротора, имеющего Zi зубцов , магнитопровода статора, имеющего Za, на которых размещаются синусоидально распределенные обмотки с числом пар полюсов р. Числа Zi и 2.1 -г р имеют общий множитель ai, числа Z2 и Zi + р имеют общий множитель 32, числа витков Wji, охватывающих зубцы магнитопровода ротора, каждой обмотки удовлетворяют Zi/ai соотношени- ai ям 2 WE-I Ч-zi/ai (i - 1) 0, а числа витков i i Wj2, охватывающих зубцы магнитопровода статора, каждой обмотки удовлетворяют а2 Z2/32 СООТНОШенИЯМ 2 Wf2 + Z2/a2 (i - 1) 0, где Ь - числа, принимающие в каждом равенстве по одному значению из совокупности 1,2,,.., Zi/ai, 12 - числа, принимающие в каждом равенстве по одному значению из совокупности 1,2. , 22/32, J1 и J2 - номера соответственно ротора и статора 3 ил,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 К 24/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4625133/07 (22) 26,12,88 (46) 15.05,91, Бюл. М 18 (72) Б.П,Леонов и A.È.Mllëloêoâ (53) 621.313.334:654,94 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 961056, кл. Н 02 К 24/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР

М 418939, кл. Н 02 К 24/00, 1972, (54) МНОГОПОЛЮСНЫЙ ВРАЩАЮЩИЙСЯ

ТРАНСФОРМАТОР (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании многополюсных вращающихся трансформаторов (MBT), фазовращателей и других информационных машин, Цель изобретения — повышение точности.,МВТ состоит из магнитопровода ротора, имеющего Z1 зубцов, магнитопроаода статора, имеющего 5, на которых размещаются синусоидально

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании высокоточных информационных электрических машин типа вращающийся трансформатор (ВТ).

Цель изобретения — повышение точности путем полного подавления в обмотках ротора гармоники порядка 22 + р обмоток статара (где Z2 — число зубцов магнитопровода статора) и в обмотках статора гармоники порядка Z1+ р обмоток ротора (где Z1— число зубцов магнитопровода ротора).

На фиг.1 показан принцип построения конструкции предлагаемого многополюсно, го ВТ; на фиг.2 — обмотка ротора, пример

„„,Я ;„, 1649623 А1 распределенные обмотки с числом пар полюсов р. Числа Z1 и Z2 + р имеют общий множитель а1, числа Z2 и Z1+ р имеют общий множитель а2, числа витков W 1, охватывающих зубцы магнитопровода ротора, каждой обмотки удовлетворяют Z1/a1 соотношениа1 ям Х М! 1 + у1г а1 (l — 1) = О, а числа витков

1=1

Р/12, охватывающих зубцы магнитопровода статара, каждой обмотки удовлетворяют а2

Z2/а2 соотношениям c - 0 (2+ 22/à2 (! — 1)—

l=1

= О, где 5 — числа, принимающие в каждом, равенстве по одному значению из совокупности 1,2„., Z1/à1; 12 — числа, принимающие в каждом равенстве по одному значению из совокупности 1,2..Ä Z2/а2; j1и)2-номера соответственно ротора и статора, 3 ил, выполнения; на фиг.З вЂ” обмотка статора, пример выполнения.

ВТ состоит из соосно расположенных неподвижного корпуса статора 1 (фиг.1), несущего магнитопровод 2, и поворотного корпуса 3 ротора, несущего магнитопровод

4, На магнитопроводах 2 и 4 статора и ротора размещены обмотки 5. Обмотка установлена в пазах 6 — 30 ротора и в пазах 31 — 57 статора.

Оба магнитопровода 2 и 4 имеют числа зубцов, не кратные числу пар полюсов многополюсного ВТ, и несут на себе по две квадратурные (сдвинутые по положению на

1649623 магнитопроводе на — градусов) синусои90

P дально распределенные обмотки.

Наиболее сильными из искажающих точность гармоник являются гармоники порядка Zf +. р и 2г < р, где Z1 и 2г —. чиСла зубцов соответственно магнитопроводов ротора и статора, в частности гармоники порядка Zf + р и 2г + р.

ВТ выполняют с числом зубцов магнитопровода ротора Zf, имеющим общий множитель а1 с числом 2г+ р, и с числом зубцов магнитопровода статора 2г, имеющим общий множитель аг с числом Zf + р. Числа витков в секциях каждой обмотки ротора

Wi1, охватывающих зубцы магнитопроводэ, занумерованные через Jf. должны удовлет21 ворять — соотношениям а1

ГVI Z, . -0 (1)

Р+ — (<-<)

;=«а< а числа витков в секциях Wp каждой обмотки, охватывающих зубцы магнитопровода статора, занумерованные через jz, должны удовлетворять 2г/аг соотношениям

0г

2+ (i-<) (2)

< =< С<2 где i — переменная суммирования;

b — числа, принимающие в каждом равенстве па одному значению иэ совокупности 1,2,...,. —;

Z1 """ а1

b — числа, принимающие в каждом равенстве по одному значению из совокупно2г, сти 1,2,..., —; "" аг

5 + — (i — 1) — числовые значения номе2f

af ров зубцов Jf магнитопровода ротора;

b + — (I — 1) — числовые значения номе2г .вг ров зубцов Jz магнитопровода стэтора.

Выполнение изложенных отличий многополюсного ВТ обеспечивает полное подавление в разложении Фурье намагничивающих сил (НС) обмоток ротора всех гармоник, кратные а1, включая гармоники 2г + р (т,к. 2г+ р по условию кратно а1,), и в разложении Фурье НС обмоток статора всех гармоник, кратных аг, включая гармонику 21+ р.

Поясним устройство на конкретном примере его выполнения. Примем число пар полюсов р = 8, число зубцов магнитопровода ротора Zf = 25, число зубцов магнитоп ровода статора 2г = 27, W = 10 и для ротора, и для статора. Число зубцов магнитопровода выбраны так, что между числами 21 = 25 и (2г > р) - 27 +. 8 = 35 имеется общий множитель a f = 5, э между числами 2г = 27 и

Z1+ р = 25+ 8-33 имеется общий множитель аг =3.

5 Рассчитаем распределение одной о0мотки ротора.

Расчет одной обмотки ротора представлен в табл,1, графы 1 — 5. Аналогичный расчет распределения одной обмотки статора

10 представлен в табл,2, графы 1 — 5.

В табл. 1 и 2 даны следующие обозначения: Jf — номера зубцов ротора, )г — номера зубцов статора, Ось первого паза считается под углом к началу отсчета 45 эл.град, Поэ15 тому при расчете квадратурных обмоток их распределение будет пропорционально з!и р a J (т.к. смещение начала отсчета на

90 эл.град. косинус превратит в синус), что даст точно тот же закон распределения, но

20 при обратном счете номеров зубцов,начиная с первого.

В графах 5 приведены округленные значения чисел витков, охватывающих зубцы Jf ротора и )г статора.

25 Проверим рассчитанный закон (графа 5, табл.1) распределения витков обмотки ротора на удовлетворение равенства (1). Тэк кэк

Z1 25 — = — = 5, будет пять равенств. а.1 5

30 Их левые части при (1 =1 а< 5 ;> " /<

P, + (i-i)

+ +W«+W2< =7-2-5+9 — "О=н при <.1 = 2 а< 5 а z, . =Z®e. (; — = /" »/"

40;=< + у ( а<

+ /

45 р у/ ",, = Ф/5+9/э t р (; <);, 3+ 5(i-»)

О< - /4.®25 ="-7+»О- +5 = О ) при <1 =4

50 g, 5 „\М Z,, = . 4+S(;-

Е, —, (-1

« 4 <9 24

55 при ff =5 а<

%,, г-< (<1 = / 5,5(; <) - 5"

1649623 при 5=2 аг з

,% е z.. ) =, / / »9

= (/»/ ». W», .». W = -9»- 8 + (0 (-»1 при5=3 а 3

Х,, z, =+W,+„i 1а2

®ь»- Щ»а+»»»»/г» =-2-7+ (О = < при 5 =4 аа з

Zz .. 4»9(»») оа (,+ — (-I)

У/ ».)/(/ i W = 10-4-6 =0

Ф»э 22

У при 4=5 а> 3

, (/»/ гд . Z O 5+9(i-»)

4+«а(»-»1 аа у/ ». /»/ ф =-4 »0-6 =0 ) при5=6

Clg, h

z ° Z б+96-»1 е,+ —,,(-1

6»s 24

- +»/ / +ф =-Ь-(+9 -0 при Ь=7 аг з

Х W г, 6- W7+9 (i-») е,- —,(- ) аг

Как видно из вычислений равенства (1) выполнены неполностью.

После переокругления чисел витков, охватывающих зубцы 7 и 11, т.е. W7 установлено равным 9 вместо 10 и W» установлено равным 4 вместо 5, равенства (1) будут удовлетворены и окончательный закон намотки приведен в графе 6. Это даст полное подавление в НС обмоток ротора гармоник, кратных 5, т.е. гармоник 5, 10, 15. 20 и т,д, включая гармонику 35 (22 + р). которую в обмотках статора подавить невозможно, т.е. можно подавить только с основной (р = 8) гармоникой одновременно.

Проверим рассчитанный закон (графа 5, табл,2) распределения витков обмотки статора на удовлетворение равенства (2). Так

22 27 как — = — = 9. будет 9 равенств.

az 3

Их левые части при =1 а 3

Х /(/е zg,, »+ (, »)

"аг"

= W»+W»j+ W = 7+ 3- (O =О .

=.%,+ ф/»ь» W -8-9 (= 0 ь при 4=8 аа з

5 :Е(/ .. = ®s+e(i-)— (/ » \Я +(/(/ 3+7 (О - 0 при fr =9

10 аа э г а,(=® +W»st(/и --(0+5+5 =O.

15 Как видно из вычислений равенства (2) удовлетворены неполностью и требуется корректировка распределения обмоток, Данные после иэмененияокругления чисел витков до целых чисел с выполнением всех

20 равенств(2) приведены в графе 6 табл.2.

Проведенные изменения:

Вместо W» = 8 установлено W» = 9.

Вместо W21 = 10 установлено W21 = 9.

Проведенные изменения распределе25 ния статорных обмоток дает полное подавление в их НС гармоник кратных 3, т.е. гармоник 3, 6, 9. 12 и т.д., включая гармонику

33 (Z(+ р), которую подавить в обмотке ротора невозможно, так как она подавляется

30 одновременно с подавлением основной (р+

+ 8) рабочей гармоникой.

Примеры выполнения обмоток по окончательнь»м данным табл.1 и 2 (графы 6) приведены для ротора на фиг.2 и для статора на

35 фиг.3. На фиг,2 и 3 пазы магнитопровода занумерованы так, что первый зубец ротора расположен между пазами 6 и 7, второй зубец — между пазами 7 и 8 и т.д., а первый зубец статора расположен между пазами 31

40 и 32,второй — между пазами 32 и 33 и т.д. У лобовых частей обмоток против каждого зубца написаны числа охватывающих их витков, знак против чила обозначает направление намотки.

45 Подтвердим, что выполнение признаков новизны в виде выполнений определенных соотношений чисел зубцов и равенств (1) и (2) приводит к подавлению Z(+ р и

Zz + р гармоник в НС обмоток ротора и

50 статора.

Кривая распределения намагничивающей силы вдоль воздушного зазора для синусоидально распределенных обмоток может быть представлена в виде

ОО

Г(гх) = + (а„с 5)со».+Ь sink(õ } > .kм» где ет а,= ) Р(к Ы; а = Г(к) coskcclcc > о о

1649623

9Ф

4„= J F(oc)n)nkмdк)

j( о а — угол по рэсточке магнитопровода.

Для подавления в HC гармоник k следует выполнить равенство нулю эк и sa что достигается равенствами

И П7

J F(oc) c»kocdcc ° o; J F(oc)sicko(do(-О (3)

0 о

Тэк как витки каждой обмотки соединены последовательно и по ним протекает один и тот же ток I, распределение НС будет пройорционэльно закону распределения витков на зубцах магнитопровода.

Функция F(4 может быть представлена в виде ступенчатой кривой. Значения этой функции против зубца ) магнитопровода будет равно

FJ (а)-1 Wi (4)

Подставляя (4) в левые части равенства (3) и выполнив некоторые преобразования, получим !! дф . g ()(i+2

J F(oc) conkor doc = d Z J Wj con kocdo(= о )т! ф

Гz.

= ь)п k —.,7, ф с05 k a> g 5! и k — Щ ° 5 g к Ж ) г, 3

j"-

Тогда как для подавления гармоники k вместо выражения (3) следует выполнить равенства

Г W сов|со(1 0

jul

z », W J 5! !! к к ) = 0 или

Ф conj — — (j-

Г ((2Ъ k ° (5)

%Winè(iФ.," () )l-0 (=1

Если между 2 и k есть общий множитель э, то при изменении J от 1 до 2 значения

cos (— + — (J — 1) и х 2%k

4 2

sin — + — 0 — 1) ) л 2лК

4 2 повторяются а раз через каждые — значений

2 а

J, т.е. численные повторения этих функций будут при значении j:

1) 1, 1 + —, 1+ 2 —, .... 1+ — (а — 1)

Z 2 Z а а "" ., а

2) 2, 2+ —,2+2 —, ...,2+ — (а — 1)

2 2 Z а а " а

10 2) 2 22 32 Z а а а а "

Следовательно, выражения (5) можно записать в следующем виде:

, W . z, с» —" + —" (j — <) = 0

in j!>(i (1 4

z (6)

g а та 7. : КW z. "" -" — " (j )t=О +2(,

Таким образом, для уничтожения любой гармоники k в Разложении НС обмотки, номер которой имеет общий множитель с

25 числом зубцов магнитопровода. достаточно привести к нулю все суммы, стоящие в квадратных скобках выражений (6), что и записано выражением (1) для обмоток ротора и выражением (2) для обмоток статора. B на30 шем случае в обмотках ротора подавляются все гармоники, кратные а1. включая гарМонику Zz + р, а в обмотках статора — все гармоники, кратные аг, включая гармонику

2!+ р, 35 Устройство работает следующим образом.

При подаче на одну из квадратурных обмоток ротора напряжения питания на выходных обмотках статора в зависимости

40 от углового положения ротора наводятся напряжения пропорциональные sin р а и

cos р а. При подаче напряжения питания а другую (квадратурную) обмотку ротора при том же начале отсчета углов а напряжения

45 на обмотках статора будут пропорциональ. ны sin (р а+ 90 ) и cos (р а+ 90 ).

Многополюсный. ВТ может работать и при питании со стороны статорных обмоток, тогда выходными обмотками будут ротор50 ные обмотки.

Данное техническое решение беэ какихлибо допол нител ьн ых затрат позволяет су-щественно повысить точность воспроизведения синусно-косинусного преобразова55 ния по сравнению с прототипом за счет полного исключения в выходных напряжениях гармоник, кратных значениям общих множителей а и а2. в спектр которых включаются гармоники Z> + р и 2г.+ р разложения HG обмоток, принципиально имеющихся при

1649623 а числа витков в секциях М/р каждой обмотки, охватывающих зубцы магнитопровода статора, где )э — номера зубцов магнитопроZz

5 вода статора, удовлетворяют — уравнениям аэ

Оа

1/т z, =О е,+ —,,(- E где l — переменная суммирования;

10 4 — числа, принимающие в каждом равенстве по одному значению из совокупности 1,2..., Z1/а1;

b — числа, принимающие в каждом равенстве по одному значению из совокупно15 сти 1,2..., гг/а2;

h + — (I — 1) — числовые значения номег1 а1 ров зубцов j1 магнитопровода ротора; гг

b + — {i — 1) — числовые значения номеаг ров зубцов Jz магнитопровода статора, идеальном синусоидальном выполнении обмоток.

Формула изобретения

Многополюсный вращающийся трансформатор, содержащий магнитопроводы ротора и статора с числами зубцов, не кратными числу пар полюсов, несущих синусоидально распределенные секционированные обмотки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, число зубцов . магнитопровода ротора Z1 имеет общий множитель а1.с числом Zz+ р, число зубцов магнитопровода статора Zz имеет общий множитель а2 с числом Z1+ р, числа витков в секциях WJ1 каждой обмотки, охватывающих зубцы магнитопровода ротора, где р— число пар полюсов; )1 — номера зубцов магZ1 нитопровода ротора, удовлетворяют— а а1 уравнениям, у е+ — <- > ! о<

Та бли ца 1

COS P Cq1

Число витков охватываю их з б ы

Угловое положение зубцов. зл.град., Р а 1

ЬНФ зубцов

)1 округленное . до. целого числа Wi1 переокругленное Wi1 с учетом формулы изоб етения расчетное

10 cos а 1

2

4

6

8

11

12

13

14

16

17

18

19

21

22

23

24

160.2

275,4

30,6

145.8

261

16,2

131,4

246.6

1.8

117

232,2

347,4 .102.6

217,8

333

88,2

203,4

318.6

73,8

189

304,2

59,4

174.6

289,8

0,7071 — 0,9409

0,0941

0,8607 — 0,8271 — 0,1564

0,9603 — 0,6613 — 0,3971

0,9995 — 0,4540 — 0.6129

0,9759 — 0,2181 — 0,7902

0.8910

0,0314 — 0,9178

0,7501

0,2790 — 0,9877

0,5621

0,5090 — 0,9956

0,3387

7,1 — 9,4

0.9

8,6 — 8,3 — 1,6

9,6 — 6,6 — 4,0

10,0 — 45 — 6,1

9,8 — 2,2

-7,9

8.9

0,3 — 9,1

7.5

2.8 — 9,9

5,6

5.1 — 10,0

3.4

7 — 9

9 — 8 — 2

10 — 7 — 4

10 — 5 — 6

10 — 2 — 8

0 — 9

3 — 10

5 — 10

7 — 9

9 — 8 — 2

9 — 7 — 4

10 — 4

-6

10 — 2 — 8

0

-9

3 — 10

5 — 10

1649623

Таблица 2

ЮМ зубцов

Угловое положение зубцов, эл.град., рад

Число витков, охватываю их з б ы

cos рар расчетное

10 cos ар округленное до целого числа М/р переокругленное М/р с учетом формулы изоб етения

2

4

6

8

11

12

13

14

16

17

18

19

21

22

23 .24

26

45

151, (6) 258, (3) 5

111, (6) 218, (8) 325

71, (6) 178, (3) 285

31, (6) 138, (3) 245

351, (6) 98, (3) 205

311, (6) 58, (3) 165

271, (6) 18, (3) 125

231, (6) 338, (3) 85

191, (6) 298, 3

0,7071 — 0,8802 — 0,2022

0,9962 — 0,3692 — 0,7844

0,8192

0,3145 — 0,9996

0,2588

0,8511 — 0,7470 — 0,4226

0,9894 — 0,1449 — 0,9063

0,6648

0,5250 — 0,9659

0,0291

0,9492 — 0,5736 — 0,6302

0,9293

0.0872 — 0,9793

0,4746

7,1 — 8,8 — 2,0

10,0 — 3,7 — 7,8

8,2

3,1 — 10, 0

2,6

8,5 — 7,5 — 4,2

9,9 — 1,4 — 9,1

6,6

5,2 — 9,7

0,3

9,5 — 5,7 — 6,2

9,3

0,9 — 9,8 .

4,7

7 — 9 — 2

10 — 4 — 8

3 — 10

8 .

-7

-4

10 . — 1 — 9

5 — 10

10 — 6 — 6

1 — 10

7 — g

-2

10 — 4 — 8

3 — 10

9 — 7 — 4

10 — 1 — 9

5 — 10

9 — 6

-6

1 — 10

1649623

ППП П ППП ПП ПППП ППГ

У Ю П 12 15 16 17 f9 021 22 23242ГЖ2 282 30

Ilgwu If lPgLglllgll

Составитель В.Комаров

Техред М.Моргентал Корректор M.Пожо

Редактор Т.Смирнова

Заказ 1871 Тираж 332 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 е у у р ц-0-8 8 5 --10 3 у-7-4 10-1-9 7 Ю-10 У -6-б У 1 ® ППГ1Г1ППППППГ1 ПППППППП ПППППП1

И 32 33 3435Ю5738394? 4142 ФЗ Ф4 95 464748ФУ50 5152 Я Я 555б57