مقدمه
سینکرو ها از جمله سیستمهای موقعیت سنج الکترومغناطیسی می باشند که نقش مهمی در سیستمهای کنترلی حساس ودقیق از جمله تجهیزات دریایی و ردیابهای زیردریایی ، سیستمهای نظامی و مخابراتی وسیستمهای ناوبری دارند . ساختمان سینکروها شبیه یک موتور کوچک و عملکرد آنها مشابه ترانسفورماتور بوده، لذا می توان آنها را نوعی ترانسفورماتور چرخنده به حساب آورد.
سینکروها اساسا برای انتقال اطلاعات از پایگاههای کنترل به تجهیزات بکار می روندکه می توان به مواردی چون :پرتاب موشک، زاویه رادارها و اژدرها، هدف گیری وپرتاب گلوله اشاره نمود.
سینکروها معمولا به صورت گروهی عمل می نمایند شکل زیر تبادل اطلاعات از یک سینکرو فرستنده به دو سینکرو گیرنده را نشان می دهد. بدین ترتیب که موقعیت توسط چرخ متصل به سینکرو فرستنده به سیستم اعمال شده تا سینکرو های گیرنده در موقعیت مطلوب قرار گیرند.
تاریخچه
در سال 1925 میلادی وسیله ای به نام سل سین(selsin) توسعه یافت. این وسیله شامل یک ژنراتور و یک موتور بوده که از طریق اتصالات الکتریکی به یکدیگر متصل بودند . عملکرد این سیستم بدین ترتیب است که با چرخش ژنراتور(فرستنده)، شفت موتور(گیرنده) آن نیز به طور همزمان (synchronous)در موقعیت ژنراتور قرار می گیرد.
در سالهای1942-1943 ، سینکروها جایگزین سل سینها شدند که از نظر کاربردی عمومیت بیشتری نسبت به سل سینها داشتند.
در جنگ جهانی دوم درزمینه تسلیحات نظامی از سینکرو ها استفاده گردید.
) واژه ”synchro” مخفف کلمه “synchronous” به معنی همزمانی میباشد
سینکرو کنترلی فرستنده (CX)و سینکرو کنترلی تفاضلی (CDX)
ساختمان داخلی وعملکرد سینکرو کنترلی فرستنده و تفاضلی مشابه نوع گشتاوری آن می باشد اما امپدانس آنها از گشتاوری بیشتر است.
سینکرو کنترلی ترانسفورمر(CT)
این وسیله به عنوان مقایسه کننده دو سیگنال به کار می رود که یکی از این سیگنالها ،ولتاژ اعمالی به استاتور ودیگری موقعیت مکانیکی روتور می باشد.
همانطور که دیده می شود موقعیت سیم پیچی روتور سینکرو کنترلی ترانسفورمر عمود بر حالتهای قبلی است. لذا اگر از مداری مطابق شکل زیر استفاده شود، ولتاژهای CT وCX در دو حالت به صورت زیر است.
کاربرد سینکروهای کنترلی
تمام سینکروهای گشتاوری، نهایتاً می توانند گشتاوری تا حدود 300 میلی گرم در هر درجه جابجائی تولید می نمایند که این مقدار برای سیستم های کوچک و سبک کفایت می کند . اما برای سیستم های با گشتاور بالاتر ، باید از مداراتی که گشتاور لازم را فراهم می نمایند استفاده نمود، برای این منظور از یک تقویت کننده و یک موتور با گشتاور خروجی مطلوب استفاده مینماییم . برای این منظور از مداری مطابق شکل زیر استفاده می نماییم.
با توجه به شکل ، ولتاژ روتور سینکرو CT متناسب با اختلاف موقعیت بار با موقعیت روتور کنترلی فرستنده تغییر می نماید. این ولتاژ توسط یک آمپلی فایر تقویت شده و ولتاژ تقویت شده به دو سر موتور اعمال می گردد و بدین ترتیب روتور سینکرو CT که به محور بار متصل است چرخیده و این چرخش تا زمانی که زاویه روتور گیرنده CTدر امتداد روتور فرستنده CXقرار گیرد ادامه خواهد داشت. در این لحظه ولتاژ دو سر روتور CT صفر شده، در نتیجه موتور از حرکت باز خواهد ایستاد و بدین ترتیب بار به موقعیت مطلوب می رسد.
دقت این روش بستگی به میزان خطا در سینکرو ، قسمتهای مکانیکی و خطا در آمپلی فایر دارد و بطور معمول از 10 دقیقه بیشتر تجاوز نمی نماید.
سینکروهای فرستنده
در این سینکروها که نام دیگر آنها سینکرو ژنراتور ها می باشد، چرخش روتور باعث ایجاد ولتاژ در استاتور می گردد و بدین ترتیب خروجی سیستم ، سه ولتاژ متناوب متناسب با زاویه روتور و استاتور می باشدکه این ولتاژها با یکدیگر ، 120 اختلاف فاز خواهند داشت که ولتاژهای ایجاد شده یا دقیقاً هم فاز با ولتاژ مرجع بوده و یا 180 با ولتاژ مرجع اختلاف فاز دارند (بنا به جهت سیم پیچی).
سینکروهای گیرنده
این سینکروها که به سینکرو موتورها معروفند دارای خروجی مکانیکی می باشند . ساختمان این سینکروها کاملاً مشابه نوع فرستنده ها می باشد، اما عملکرد آنها عکس آنها است ، یعنی به ازای تغییرات ولتاژ استاتور، روتور آنها در موقعیت های مختلف قرار می گیرد. معمولاً سینکروهای گیرنده همراه سینکروهای فرستنده مورد استفاده قرار می گیرند . بدین صورت که سیم پیچی های متناظر آنها به یکدیگر متصل می گردد. ( سیم پیچی های روتور آنها به یکدیگر و سیم پیچی های استاتور آنها نیز نظیر به نظیر به یکدیگر وصل می شوند.)
حال اگر روتور سینکرو فرستنده در یک زاویه دلخواه q قرار گیرد، اختلاف پتانسیلی میان استاتورهای سینکرو فرستنده و گیرنده متناسب با زاویه روتورهای آنها ایجاد خواهد شد. این اختلاف پتانسیل باعث ایجاد جریان در استاتور سینکرو گیرنده می شود . گشتاور حاصل از این جریان باعث چرخش روتور سینکرو گیرنده می شود. گشتاور حاصل به گونه ای است که با عامل بوجود آورنده خود مخالفت می نماید.
بدین ترتیب روتور سینکرو گیرنده آنقدر می چرخد تا در راستای روتور گیرنده قرار گیرد. در این حالت ولتاژ استاتورهای سینکرو فرستنده و گیرنده با هم یکسان شده در نتیجه جریان عبوری از آنها صفر خواهد شد و روتور گیرنده از حرکت باز خواهد ایستاد و بدین ترتیب همواره روتور سینکرو گیرنده ، وضعیت روتور فرستنده را تعقیب خواهد نمود.
با توجه به اصطکاک ناشی از جاروبک ها و اصطکاکهای داخلی ، عمل تعقیب موقعیت همزمان صورت نگرفته لذا سیستم تاخیر خواهد داشت که برای رفع این مشکل از سینکروهای بدون جاروبک استفاده می شود.
با توجه به اینکه سینکروهای گیرنده باید فرستنده را تعقیب کنند ، به گونه ای ساخته می شوند که لرزش و فراجهش آنها به حداقل برسد . برای کاهش نوسانات روتور گیرنده ، از یک دمپر استفاده می شو دکه این دمپر معمولاً بصورت یک چرخ لنگر برنجی می باشد.
زمان تغییر وضعیت روتور فرستنده تا رسیدن به موقعیت جدید را زمان damping یا همزمانی گویند . این زمان به ابعاد سینکرو گیرنده ، خصوصیات فیزیکی بار متصل به آن و سیستم گشتاور بستگی دارد و می توان با ملاحظاتی که در طراحی سیستم باید رعایت شود و انتخاب ساختار مناسب برای گیرنده آن را کاهش داد.