سینکرو

0
10843
تاریخچه

در سال ۱۹۲۵ 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 سالهای۱۹۴۲-۱۹۴۳ ، 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 )

مقدمه

سینکروها 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.

                                                               تصویر:Synchros1.gif‏

 ساختمان سینکروها

همان طور که اشاره شد، سینکروها در واقع ترانسفورماتورهای چرخنده هستند. بدین صورت که یک یا سه سیم پیچی اولیه ترانسفورماتور روی روتور این ماشینهای الکتریکی قرار دارد و برروی استاتور آنها دو یا سه سیم پیچی به عنوان سیم پیچی ثانویه موجود می باشد.

                                                                             تصویر:Synchros2.jpg‏

سیم پیچی روتور به یک منبع تغذیه مرجع متصل بوده و وقتی که روتور می چرخد ، تغییر شار عبوری از سیم پیچی های ثانویه ( استاتور ) باعث ایجاد ولتاژ در دو سر هر کدام از آنها می گردد که این ولتاژ ایجاد شده متناسب با سینوس زاویه روتور و استاتور می باشد.(شکل زیر)

                                               تصویر:Synchros3.jpg

که با توجه به موقعیت قرارگرفتن سیم پیچی های استاتور ولتاژهای القایی به صورت زیر خواهد بود (شکل شماره ۲)

                                       تصویر:Synchros4.jpg

انواع سینکروها

سینکروهای گشتاوری

بطور کلی می توان سینکروهای گشتاوری را به سه گروه تقسیم بندی نمود:

سینکروهای فرستنده

     تصویر:Synchros5.gif‏

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 ، ۱۲۰ [اختلاف فاز] خواهند داشت که ولتاژهای ایجاد شده یا دقیقاً هم فاز با ولتاژ مرجع بوده و یا ۱۸۰ با ولتاژ مرجع اختلاف فاز دارند (بنا به جهت سیم پیچی).

     تصویر:Synchros6.gif‏

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.)

                               تصویر:Synchros7.gif‏

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.

تصویر:Synchros8.jpg‏‏

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.

سینکروهای تفاضلی

تصویر:Synchros9.gif‏‏‏

این سینکرو که تفاضل یا مجموع زاوبه میان سینکرو گیرنده و فرستنده را اندازه گیری می کند،جهت تعیین میزان خطا بین موقعیت ارسالی سینکرو گیرنده و موقعیت فرستنده می باشد. یکی از کاربردهای این سینکرو در سیستم نظامی آن است که یکی از ورودیهای آن موقعیت مطلوب تفنگ و ورودی دیگر موقعیت واقعی تفنگ می باشد .

تصویر:Synchros10.gif‏‏‏‏

در ساختمان این نوع سینکروها روتور و استاتور هر دو بصورت سیم پیچی های سه فاز ( سه سیم­­پیچی ) می باشند . در این سینکروها ، سیم پیچی های روتور آن به استاتور سینکرو فرستنده و استاتور آن به استاتور سینکرو گیرنده و یا فرستنده متصل می باشد، در این سینکروها اختلاف زاویه میان روتورهای دو سینکرو دیگر باعث ایجاد جریان و در نهایت چرخش روتور سینکرو می گردد بطوریکه روتور سینکرو تفاضلی زاویه ای برابر با مجموع یا تفاضل زاویه دو سینکرو دیگر را خواهد داشت. در این روش دقت اندازه گیری ۱ می باشد.

TX-TDR-TX system operation (subtraction

                                 تصویر:Synchros11.gif‏‏‏‏

TX-TDR-TX system operation (addition

                              تصویر:Synchros12.gif‏‏‏‏

سینکروهای فرستنده و گیرنده

سینکروهای فرستنده و گیرنده دارای ساختمان مشابه یکدیگر می باشند بدین ترتیب که هر دو آنها دارای یک سیم پیچی در روتور و یک سیم پیچی سه فاز ( سه سیم پیچی ) در استاتور خود می باشند. اما از لحاظ عملکرد ، عکس یکدیگر عمل می نمایند. کاربرد سیستم های فرستنده – گیرنده در انتقال اطلاعات زاویه از یک نقطه به نقطه دیگر بدون استفاده از اتصالات مکانیکی می باشد ، دقت در این سیستم در حالت گشتاور ۳۰ دقیقه و در حالت کنترلی ۱۰ دقیقه می باشد . ضمناً می توان موقعیت روتور فرستنده را به چندین نقطه متفاوت منتقل نمود که برای اینکار از سینکروهای گیرنده بصورت موازی استفاده می شو دکه البته این امر باعث کاهش دقت شده و نیاز به منبع تغذیه با قدرت بالاتری خواهیم داشت .

سینکروهای کنترلی

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.

تصویر:Synchros13.gif‏‏‏‏

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.

                                                             تصویر:Synchros14.gif‏‏‏‏

                                                          تصویر:Synchros15.gif‏‏‏‏

کاربرد سینکروهای کنترلی

تمام سینکروهای گشتاوری، نهایتاً می توانند گشتاوری تا حدود ۳۰۰ 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.

                                                            تصویر:Synchros16.gif‏‏‏‏

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 ۱۰ دقیقه بیشتر تجاوز نمی نماید.

نکاتی در مورد تقسیم بندی سینکروها

بنا به نوع بار متصل به سینکروها آنها را به دو گروه عمده سینکروهای گشتاوری و سینکروهای کنترلی تقسیم بندی می کنند.

سیستمهای گشتاوری جهت موقعیت بارهای سبک از جمله اشاره گرها ،شماره گیرها و نشانگرهای مشابه به کارمی روند و از سیستمهای کنترلی برای حرکت بارهای سنگین مانند هدایت کننده های اسلحه ، آنتنها، پرتاب کننده موشک و… استفاده می شود.

دیدگاه خود را بیان کنید

لطفا پیام خود را وارد نمایید
لطفا نام خود را در این قسمت وارد نمایید