سینکرو

سینکرو

تاريخچه

در سال 1925 ميلادي وسيله اي به نام سل سین(selsin) توسعه يافت. اين وسيله شامل يك ژنراتور و يك موتور بوده كه از طريق اتصالات الكتريكي به يكديگر متصل بودند . عملكرد اين سيستم بدين ترتيب است كه با چرخش ژنراتور(فرستنده)، شفت موتور(گيرنده) آن نيز به طور همزمان (synchronous)در موقعيت ژنراتور قرار مي گيرد.
در سالهاي1942-1943 ، سينكروها جايگزين سل سينها شدند كه از نظر كاربردي عموميت بيشتري نسبت به سل سينها داشتند.
در جنگ جهانی دوم درزمينه تسليحات نظامی از سينکرو ها استفاده گرديد.
( واژه ”synchro” مخفف كلمه “synchronous” به معني همزماني ميباشد )

مقدمه

سينكروها از جمله سيستمهاي موقعيت سنج الكترومغناطيسي مي باشند كه نقش مهمي در سيستمهاي كنترلي حساس ودقيق از جمله تجهيزات دريايي و رديابهاي زيردريايي ، سيستمهاي نظامي و مخابراتي وسيستمهاي ناوبري دارند . ساختمان سينكروها شبيه يك موتور كوچك و عملكرد آنها مشابه ترانسفورماتور بوده، لذا مي توان آنها را نوعي ترانسفورماتور چرخنده به حساب آورد.

سينكروها اساسا براي انتقال اطلاعات از پايگاههاي كنترل به تجهيزات بكار مي روندكه مي توان به مواردي چون :پرتاب موشك، زاويه رادارها و اژدرها، هدف گيري وپرتاب گلوله اشاره نمود.

سينكروها معمولا به صورت گروهي عمل مي نمايند شكل زير تبادل اطلاعات از يك سينكرو فرستنده به دو سينكرو گيرنده را نشان مي دهد. بدين ترتيب كه موقعيت توسط چرخ متصل به سينكرو فرستنده به سيستم اعمال شده تا سينكرو هاي گيرنده در موقعيت مطلوب قرار گيرند.

                                                               تصویر:Synchros1.gif‏

 ساختمان سينكروها

همان طور كه اشاره شد، سينكروها در واقع ترانسفورماتورهاي چرخنده هستند. بدين صورت كه يك يا سه سيم پيچي اوليه ترانسفورماتور روي روتور اين ماشينهاي الكتريكي قرار دارد و برروي استاتور آنها دو يا سه سيم پيچي به عنوان سيم پيچي ثانويه موجود مي باشد.

                                                                             تصویر:Synchros2.jpg‏

سيم پيچي روتور به يك منبع تغذيه مرجع متصل بوده و وقتي كه روتور مي چرخد ، تغيير شار عبوري از سيم پيچي هاي ثانويه ( استاتور ) باعث ايجاد ولتاژ در دو سر هر كدام از آنها مي گردد كه اين ولتاژ ايجاد شده متناسب با سينوس زاويه روتور و استاتور مي باشد.(شكل زير)

                                               تصویر:Synchros3.jpg

كه با توجه به موقعيت قرارگرفتن سيم پيچي هاي استاتور ولتاژهاي القايي به صورت زير خواهد بود (شكل شماره 2)

                                       تصویر:Synchros4.jpg

انواع سينكروها

سينكروهاي گشتاوري

بطور كلي مي توان سينكروهاي گشتاوري را به سه گروه تقسيم بندي نمود:

سينكروهاي فرستنده

     تصویر:Synchros5.gif‏

در اين سينكروها كه نام ديگر آنها سينكرو ژنراتور ها مي باشد، چرخش روتور باعث ايجاد ولتاژ در استاتور مي گردد و بدين ترتيب خروجي سيستم ، سه ولتاژ متناوب متناسب با زاويه روتور و استاتور مي باشدكه اين ولتاژها با يكديگر ، 120 [اختلاف فاز] خواهند داشت كه ولتاژهاي ايجاد شده يا دقيقاً هم فاز با ولتاژ مرجع بوده و يا 180 با ولتاژ مرجع اختلاف فاز دارند (بنا به جهت سيم پيچي).

     تصویر:Synchros6.gif‏

سينكروهاي گيرنده

اين سينكروها كه به سينكرو موتورها معروفند داراي خروجي مكانيكي مي باشند . ساختمان اين سينكروها كاملاً مشابه نوع فرستنده ها مي باشد، اما عملكرد آنها عكس آنها است ، يعني به ازاي تغييرات ولتاژ استاتور، روتور آنها در موقعيت هاي مختلف قرار مي گيرد. معمولاً سينكروهاي گيرنده همراه سينكروهاي فرستنده مورد استفاده قرار مي گيرند . بدين صورت كه سيم پيچي هاي متناظر آنها به يكديگر متصل مي گردد. ( سيم پيچي هاي روتور آنها به يكديگر و سيم پيچي هاي استاتور آنها نيز نظير به نظير به يكديگر وصل مي شوند.)

                               تصویر:Synchros7.gif‏

حال اگر روتور سينكرو فرستنده در يك زاويه دلخواه q قرار گيرد، اختلاف پتانسيلي ميان استاتورهاي سينكرو فرستنده و گيرنده متناسب با زاويه روتورهاي آنها ايجاد خواهد شد. اين اختلاف پتانسيل باعث ايجاد جريان در استاتور سينكرو گيرنده مي شود . گشتاور حاصل از اين جريان باعث چرخش روتور سينكرو گيرنده مي شود. گشتاور حاصل به گونه اي است كه با عامل بوجود آورنده خود مخالفت مي نمايد.

بدين ترتيب روتور سينكرو گيرنده آنقدر مي چرخد تا در راستاي روتور گيرنده قرار گيرد. در اين حالت ولتاژ استاتورهاي سينكرو فرستنده و گيرنده با هم يكسان شده در نتيجه جريان عبوري از آنها صفر خواهد شد و روتور گيرنده از حركت باز خواهد ايستاد و بدين ترتيب همواره روتور سينكرو گيرنده ، وضعيت روتور فرستنده را تعقيب خواهد نمود.

با توجه به اصطكاك ناشي از جاروبك ها و اصطكاكهاي داخلي ، عمل تعقيب موقعيت همزمان صورت نگرفته لذا سيستم تاخير خواهد داشت كه براي رفع اين مشكل از سينكروهاي بدون جاروبك استفاده مي شود.

تصویر:Synchros8.jpg‏‏

با توجه به اينكه سينكروهاي گيرنده بايد فرستنده را تعقيب كنند ، به گونه اي ساخته مي شوند كه لرزش و فراجهش آنها به حداقل برسد . براي كاهش نوسانات روتور گيرنده ، از يك دمپر استفاده مي شو دكه اين دمپر معمولاً بصورت يك چرخ لنگر برنجي مي باشد.

زمان تغيير وضعيت روتور فرستنده تا رسيدن به موقعيت جديد را زمان damping يا همزماني گويند . اين زمان به ابعاد سينكرو گيرنده ، خصوصيات فيزيكي بار متصل به آن و سيستم گشتاور بستگي دارد و مي توان با ملاحظاتي كه در طراحي سيستم بايد رعايت شود و انتخاب ساختار مناسب براي گيرنده آن را كاهش داد.

سينكروهاي تفاضلي

تصویر:Synchros9.gif‏‏‏

اين سينكرو كه تفاضل يا مجموع زاوبه ميان سينكرو گيرنده و فرستنده را اندازه گيري مي كند،جهت تعيين ميزان خطا بين موقعيت ارسالي سينكرو گيرنده و موقعيت فرستنده مي باشد. يكي از كاربردهاي اين سينكرو در سيستم نظامي آن است كه يكي از وروديهاي آن موقعيت مطلوب تفنگ و ورودي ديگر موقعيت واقعي تفنگ مي باشد .

تصویر:Synchros10.gif‏‏‏‏

در ساختمان اين نوع سينكروها روتور و استاتور هر دو بصورت سيم پيچي هاي سه فاز ( سه سيم­­پيچي ) مي باشند . در اين سينكروها ، سيم پيچي هاي روتور آن به استاتور سينكرو فرستنده و استاتور آن به استاتور سينكرو گيرنده و يا فرستنده متصل مي باشد، در اين سينكروها اختلاف زاويه ميان روتورهاي دو سينكرو ديگر باعث ايجاد جريان و در نهايت چرخش روتور سينكرو مي گردد بطوريكه روتور سينكرو تفاضلي زاويه اي برابر با مجموع يا تفاضل زاويه دو سينكرو ديگر را خواهد داشت. در اين روش دقت اندازه گيري 1 مي باشد.

TX-TDR-TX system operation (subtraction

                                 تصویر:Synchros11.gif‏‏‏‏

TX-TDR-TX system operation (addition

                              تصویر:Synchros12.gif‏‏‏‏

سينكروهاي فرستنده و گيرنده

سينكروهاي فرستنده و گيرنده داراي ساختمان مشابه يكديگر مي باشند بدين ترتيب كه هر دو آنها داراي يك سيم پيچي در روتور و يك سيم پيچي سه فاز ( سه سيم پيچي ) در استاتور خود مي باشند. اما از لحاظ عملكرد ، عكس يكديگر عمل مي نمايند. كاربرد سيستم هاي فرستنده – گيرنده در انتقال اطلاعات زاويه از يك نقطه به نقطه ديگر بدون استفاده از اتصالات مكانيكي مي باشد ، دقت در اين سيستم در حالت گشتاور 30 دقيقه و در حالت كنترلي 10 دقيقه مي باشد . ضمناً مي توان موقعيت روتور فرستنده را به چندين نقطه متفاوت منتقل نمود كه براي اينكار از سينكروهاي گيرنده بصورت موازي استفاده مي شو دكه البته اين امر باعث كاهش دقت شده و نياز به منبع تغذيه با قدرت بالاتري خواهيم داشت .

سينكروهاي كنترلي

سينكرو كنترلي فرستنده (CX)و سينكرو كنترلي تفاضلي (CDX)

ساختمان داخلي وعملكرد سينكرو كنترلي فرستنده و تفاضلي مشابه نوع گشتاوري آن مي باشد اما امپدانس آنها از گشتاوري بيشتر است.

سينكرو كنترلي ترانسفورمر(CT)

اين وسيله به عنوان مقايسه كننده دو سيگنال به كار مي رود كه يكي از اين سيگنالها ،ولتاژ اعمالي به استاتور وديگري موقعيت مكانيكي روتور مي باشد.

تصویر:Synchros13.gif‏‏‏‏

همانطور كه ديده مي شود موقعيت سيم پيچي روتور سينكرو كنترلي ترانسفورمر عمود بر حالتهاي قبلي است. لذا اگر از مداري مطابق شكل زير استفاده شود، ولتاژهاي CT وCX در دو حالت به صورت زير است.

                                                             تصویر:Synchros14.gif‏‏‏‏

                                                          تصویر:Synchros15.gif‏‏‏‏

كاربرد سينكروهاي كنترلي

تمام سينكروهاي گشتاوري، نهايتاً مي توانند گشتاوري تا حدود 300 ميلي گرم در هر درجه جابجائي توليد مي نمايند كه اين مقدار براي سيستم هاي كوچك و سبك كفايت مي كند . اما براي سيستم هاي با گشتاور بالاتر ، بايد از مداراتي كه گشتاور لازم را فراهم مي نمايند استفاده نمود، براي اين منظور از يك تقويت كننده و يك موتور با گشتاور خروجي مطلوب استفاده مي­نماييم . براي اين منظور از مداري مطابق شكل زير استفاده مي نماييم.

                                                            تصویر:Synchros16.gif‏‏‏‏

با توجه به شكل ، ولتاژ روتور سينكرو CT متناسب با اختلاف موقعيت بار با موقعيت روتور كنترلي فرستنده تغيير مي نمايد. اين ولتاژ توسط يك آمپلي فاير تقويت شده و ولتاژ تقويت شده به دو سر موتور اعمال مي گردد و بدين ترتيب روتور سينكرو CT كه به محور بار متصل است چرخيده و اين چرخش تا زماني كه زاويه روتور گيرنده CTدر امتداد روتور فرستنده CXقرار گيرد ادامه خواهد داشت. در اين لحظه ولتاژ دو سر روتور CT صفر شده، در نتيجه موتور از حركت باز خواهد ايستاد و بدين ترتيب بار به موقعيت مطلوب مي رسد. دقت اين روش بستگي به ميزان خطا در سينكرو ، قسمتهاي مكانيكي و خطا در آمپلي فاير دارد و بطور معمول از 10 دقيقه بيشتر تجاوز نمي نمايد.

نكاتي در مورد تقسيم بندي سينكروها

بنا به نوع بار متصل به سينكروها آنها را به دو گروه عمده سينكروهاي گشتاوري و سينكروهاي كنترلي تقسيم بندي مي كنند.

سيستمهاي گشتاوري جهت موقعيت بارهاي سبك از جمله اشاره گرها ،شماره گيرها و نشانگرهاي مشابه به كارمي روند و از سيستمهاي كنترلي براي حركت بارهاي سنگين مانند هدايت كننده هاي اسلحه ، آنتنها، پرتاب كننده موشك و… استفاده مي شود.