Индукционный электромашинный многополюсный двухфазный фазовращатель

 

натен -но та.. «.;НИЩ)й бионкота,:,у. МQ,4, --н-и

ОПИСА Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистическик

Республик

< 743127

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву .— (22) Заявлено 090178 (21) 2566938/24-07 Р1М

Н 02 К 24/00 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Государственный комитет ссср по делам изобретений н открытий

Опубликовано 250680. Бюллетень ¹ 23

Дата опубликования описания 280680. (S3j УДХ 621.314. .214.2(088.8) (72) Авторы изобретения

В.П. Мурзин, Г.М. Финогенова и Ф.Ф. Гайнутдинов (71) Заявитель (54) ИНДУКЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ МНОГОПОЛЮСНЫЙ

ДВУХФАЗНЫЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ

Изобретение относится к электромашиностроению, к электромашинам автоматических устройств и может . быть использовано в качестве датчика угла точного отсчета для линейного преобразования угла поворота в фазу выходного напряжения в двухотсчетных фазовых следящих системах и в аналого-цифровых преобразователях класса угол-фаза-временной

I интервал-код .

Известен индукционный электромашинный фаэовращатель, содержащий два статора с двухфазными обмотками возбуждения в общем-корпусе,и два ротора с выходными обмотками, укрепленные на общем валу (1) . Две фазы обмоток возбуждения соединены последовательно-согласно, а две другие фазыпоследовательно-встречно. Оси выходных обмоток смещены на 90 . Благодаря такому исполнению фаэовращатель вырабатывает два выходных напряжения, фазы которых меняются одинаково в за-25 висимости от температуры, асимметрии амплитуд питающих напряжений и фаэовой асимметрии сопротивлений обмоток.

При изменении фазы одного иэ выходных напряжений, фазу второго используют в качестве нулевой отсчетной (опорной) фазы. Измеряемая разность фаз не будет зависеть от перечисленных выше факторов, создающих погрешность. Недостатками такого устройства являются большие осевые габариты и сложность конструкции, а также зависимость измеряемой разности фаз от изменений неортогональности и несинусоидальности напряжений питания.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому .результату и изобретению является индукционный фазовращатель, выполненный на основе . ,многополюсного синусо-косинуснего, поворотного трансформатора с двухфазной обмоткой возбуждения и с однофазной выходной обмоткой (2)..Такой фазовращатель содержит магнитопроводы статора и ротора с равномерно распределенными †.-азами. В пазах статора расположены две квадратурные синусоидально распределенные обмотки возбуждения, а в пазы ротора уложена выходная сосредоточенная обмотка. На обмотки возбуждения подаются от двухфазного источника питания два синусоидальных напряжения, которые должны быть равны по амплитуде и сдвинуты по

743127 фазе на угол 90 эл.град. В идеальном случае на выходной обмотке фазовращателя возникает постоянное по амплитуде напряжение, фаза которого, отсчитываемая относительно одной из фаз напряжения питания, пропорциональна углу поворота ротора.

Недостатками такого фаэовращателя является дрейф фазы выходного напряжения от изменения параметров двухфазных источников питания (неравенства амплитуд, неортогональности векто-. ров и несинусоидальности напряжения питания), а также значительная погрешность от нестабильности фазы при изменении температуры окружающей среды °

Цель изобретения †. повышение точности двухфазных многополюсных электромашинных фазовращателей за счет исключения дрейфа фазы выходного напряжения в первоначально выставленном нулевом положении ротора относительно статора при изменениях параметров источника питания за счет снижения максимальной ошибки от неортогональности векторов питающих напряжений и за счет сведения к минимуму температур" ной погрешности.

Это достигается тем, что в индукционном фазовращателе,содержащем статор и ротор с равномерно распределенными пазами, в пазах статора или ротора которого расположены две квадратурные синусоидально распределенные обмотки возбуждения, на элементе, несущем обмотки возбуждения, уложена со сдвигом на 45 эл. град. по отношению к ним синусоидально распределенная обмотка опорного напряжения, относительно фазы которого отсчитывается фаза напряжения выходной обмотки.

На чертеже изображена принципиальНая схема фазовращателя.

Фазовращатель содержит синусоидально распределенные квадратурные обмотки 1 и 2 возбуждения, синусоидально распределенную обмотку 3 опорного напряжения, выходную сосредоточенную обмотку 4.

Квадратурные обмотки 1 и 2 и обмотка 3 размещены в общих равномерно распределенных пазах магнитопроводов статора. Выходная обмотка 4 уложена в равномерно распределенные пазы магнитопровода ротора. Секции всех обмоток выполняются с шагом в одно эубцовое деление. Число витков. в секциях обмоток 1, 2 и 3 выбирается пропорционально синусам углов между заданным началом отсчета углов и осью соответствующего паза.

Так для одной иэ квадратурных обмоток возбуждения, например сйнусной 1, число проводников %.д в

1-ом пазу должно определяться соотношением

И « sin ((i -1) ° P +45 )p .360

М Z Q где i — номер паз а

P — число пар полюсов, Š— число пазов магнитопровода статора.

Число проводников второй квадратурной обмотки возбуждения, коси.нусной 2, для обеспечения сдвига на 90 эл. град. относительно первой обмотки, определяется при том же отсчете углов в соответствии с соотношением

W . cos((i — 1). P — + 45 ).

kj = Ес

Число проводников обмотки 3 с целью получения сдвига на 45 эл.град. относительно обмоток 1 и 2 должно оп15 ределяться при том же отсчете углов в соответствии с соотношением

W . csin((1 — 1)Р360 j.

Ъ1

Выходная сосредоточенная обмотка

Щ 4 выполняется с равным числом проводников во всех пазах ротора (обмотка типа зубец-полис). Число пазов ротора Ер равно числу полюсов 2р. Число витков выходной обмотки 4 целесообразно выбирать иэ условия получения величины амплитуды выходного напряжения U, равной величине амплитуды опорного напряжения Uoz. На обмотки возбуждения подаются от двухфазного источника питания два синусоидальных напряжения, которые должны быть равны по амплитуде и сдвинуты по фазе на угол 90О Например, на обмотку 1 подается напряжение U i U sinmt a

35 на обмотку 2 подается напряжение

U<= О,исовий. Для режима холостого хода фаэовращателя в идеальном случае, т.е. при отсутствии погрешностей как поворотного трансформатора, так и источника питания выражение для выход4() ного напряжения будет иметь вид

- ()., 1п(Pd. В где U >z

Ч =-ы-ч + .

4-1 4 — амплитуда напряжения выходной обмотки;

45 — круговая частота напряжения питания;

arctic — фазовый угол между то1 Г ком и соответствующим .напряжением питания; °

e х — индуктивное сопротив4 ление обмотки возбуж (ения "1;

r - активное сопротивле4 ние обмотки возбужде55 ния 1; р — число пар полюсов фазовращателя;

* — угол поворота ротора.

Иэ выражения (1) Видно, что фаза напряжения выходной обмотки, отсчитываемая относительно фазы напряжения питания, например U< = +singlet, равна

743127

Выражение для напряжения опорной обмотки 3 будет иметь вид

U "- U „sin(at Ч „+ 4 ) (3) в где U „„„— амплитуда напряжения опорной обмотки. 5

Из выражения (3) видно, что фаза напряжения опорной обмотки, отсчитываемая относительно фазы напряжения питания Ц, будет равна

=- у + —. R

Ъ-1 4 4. (4) 10

Из приведенных выражений (2) и (4) следует, что фаза напряжения выходной обмотки 4, отсчитываемая относительно фазы напряжения опорной обмот- . ки 3, будет равна 35

4- 4 т.е. пропорциональна углу поворота ротора и не зависит от фазы ц,.

Следовательно, введение обмотки опорного напряжения позволяет исключить температурную погрешность от нестабильности фазы Ч .(, которая вызывается изменением активного сопротивления обмоток 1 и 2 при изменении температуры окружающей среды.

В реальных условиях возможны отклонения от идеального случая параметров двухфазного источника питания: сдвиг по фазе питающих напряжений не равен 90, не соблюдается равенство амплитуд, питающие напряжение имеют отклонения от синусоидальной формы" нелинейные искажения.

Так, при неортогональности векто- 35 ров напряжения фаза напряжения выходной обмотки, отсчитываемая относительно фазы напряжения питания U будет ранна

Ч = p< - + — - — — — з111 294 (6)

ft -+ Е

4-1 1 4 2 где Я вЂ” величина неортогональности векторов питающих напряжений

U1 и 1) 2 (знак минус в выражении (6) при угле 45 между векторами больше 90о а знак плюс — при угле меньше 90 ).

Выражение для фазы напряжения опорной обмотки относительно фазы напряжения 04 будет иметь вид 50

Ч =-Ф . . 4 (7) е

Иэ выражений (6) и (7) следует, что фаза выходного напряжения., отсчитанная относительно фазы напряжения опорной обмотки, будет определяться выражением 4-y P< g S 2F с) (8)

Сравнение выражений (6) и (8) показывает, что введение обмотки опорного напряжения, расположенной со сдвигом в 45 эл.град. относительно обмоток возбуждения, позволяет исключить дрейф фазы в нулевом положении ротора (с(.=0) при изменении ве- 65 личины неортогональности Я, а также уменьшить в два раза (с+Я до+ф-) максимальное значение ошибка от неортогональности векторов питающих напряжений.

При неравенстве амплитуд питающих напряжений выражение для фазы выходного напряжения будет иметь вид

4 1 Р 4. 2U % ЬО ю где дУ = U< -ц, — разность амплитуд питающих напряжений, Выражение для фазы напряжения опорной обмотки будет, иметь вид

И hU

93 „=-Ч„- —, = 20 (10)

1п1 следовательно, фаза напряжения выходной обмотки, отсчитанная относительно фазы напряжения опорной обмотки, будет определяться выражением

44 . P — 2 ) (.СО62рд -1 ) "1М (11) Сравнение выражений (9) и (11) показывает, что введение обмотки опорного напряжения, расположенной со сдвигом .в 45 эл. град. относительно обмоток возбуждения, позволяет исключить дрейф фазы в нулевом положении ротора при изменении величины дU неравенства амплитуд питающих напряжений.

Введение обмотки опорного напряжения, расположенной со сдвигом в

45 зл.град, относительно обмоток возбуждения, позволяет также исключить дрейф фазы в нулевом положении ротора при изменении величины нелинейных искажений напряжения питания, уменьшить максимальное значение ошибки от нелинейных искажений (высших временных гармоник) в напряжении питания.

Формула изобретения

Индукционный электромашинный многополюсный двухфазный фазовращатель, содержащий подвижный и неподвижный элементы, на одном из которых установлены две квадратурные синусоидальН0 распределенные обмотки возбуждения, а на другом-выходная обмотка, отличающийся тем,-что, с целью повышения точности преобразования фазы, он снабжен синусоидально распределенной обмоткой опорного напряжения, установленной на элементе, несущем обмотки возбуждения и смещенной относительно их на 45 эл.град.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 .387485, кл. Н 02 К 24/00, 1970.

2. Ахметжанов А.А. Высокоточные системы передачи угла автоматических устройств. М., Энергия, 1975, с. 68.

743127

Составитель В. Комаров

Редактор В. Фельдман Техред И.Петко Корректор М. Пожо

Тираж 783 Подписное

I1I1HHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3480/48

Филиал ППП Патент, r. Уагород, ул. Проектная, 4