تاریخچه

در سال 1925 میلادی وسیله ای به نام سل سین(selsin) توسعه یافت. این وسیله شامل یك ژنراتور و یك موتور بوده كه از طریق اتصالات الكتریكی به یكدیگر متصل بودند . عملكرد این سیستم بدین ترتیب است كه با چرخش ژنراتور(فرستنده)، شفت موتور(گیرنده) آن نیز به طور همزمان (synchronous)در موقعیت ژنراتور قرار می گیرد.
در سالهای1942-1943 ، سینكروها جایگزین سل سینها شدند كه از نظر كاربردی عمومیت بیشتری نسبت به سل سینها داشتند.
در جنگ جهانی دوم درزمینه تسلیحات نظامی از سینکرو ها استفاده گردید.
( واژه ”synchro” مخفف كلمه “synchronous” به معنی همزمانی میباشد )...

تاریخچه

در سال 1925 میلادی وسیله ای به نام سل سین(selsin) توسعه یافت. این وسیله شامل یك ژنراتور و یك موتور بوده كه از طریق اتصالات الكتریكی به یكدیگر متصل بودند . عملكرد این سیستم بدین ترتیب است كه با چرخش ژنراتور(فرستنده)، شفت موتور(گیرنده) آن نیز به طور همزمان (synchronous)در موقعیت ژنراتور قرار می گیرد.
در سالهای1942-1943 ، سینكروها جایگزین سل سینها شدند كه از نظر كاربردی عمومیت بیشتری نسبت به سل سینها داشتند.
در جنگ جهانی دوم درزمینه تسلیحات نظامی از سینکرو ها استفاده گردید.
( واژه ”synchro” مخفف كلمه “synchronous” به معنی همزمانی میباشد )



مقدمه

سینكروها از جمله سیستمهای موقعیت سنج الكترومغناطیسی می باشند كه نقش مهمی در سیستمهای كنترلی حساس ودقیق از جمله تجهیزات دریایی و ردیابهای زیردریایی ، سیستمهای نظامی و مخابراتی وسیستمهای ناوبری دارند . ساختمان سینكروها شبیه یك موتور كوچك و عملكرد آنها مشابه ترانسفورماتور بوده، لذا می توان آنها را نوعی ترانسفورماتور چرخنده به حساب آورد.

سینكروها اساسا برای انتقال اطلاعات از پایگاههای كنترل به تجهیزات بكار می روندكه می توان به مواردی چون :پرتاب موشك، زاویه رادارها و اژدرها، هدف گیری وپرتاب گلوله اشاره نمود.

سینكروها معمولا به صورت گروهی عمل می نمایند شكل زیر تبادل اطلاعات از یك سینكرو فرستنده به دو سینكرو گیرنده را نشان می دهد. بدین ترتیب كه موقعیت توسط چرخ متصل به سینكرو فرستنده به سیستم اعمال شده تا سینكرو های گیرنده در موقعیت مطلوب قرار گیرند.

                                             
 ساختمان سینكروها

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

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

                                              
كه با توجه به موقعیت قرارگرفتن سیم پیچی های استاتور ولتاژهای القایی به صورت زیر خواهد بود (شكل شماره 2)

                                     
انواع سینكروها

سینكروهای گشتاوری

بطور كلی می توان سینكروهای گشتاوری را به سه گروه تقسیم بندی نمود:

سینكروهای فرستنده

   
در این سینكروها كه نام دیگر آنها سینكرو 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 باشدكه این ولتاژها با یكدیگر ، 120 [اختلاف فاز] خواهند داشت كه 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).

   
سینكروهای گیرنده

این سینكروها كه به سینكرو موتورها معروفند دارای خروجی مكانیكی می باشند . ساختمان این سینكروها كاملاً مشابه نوع فرستنده ها می باشد، اما عملكرد آنها عكس آنها است ، یعنی به ازای تغییرات ولتاژ استاتور، روتور آنها در موقعیت های مختلف قرار می گیرد. معمولاً سینكروهای گیرنده همراه سینكروهای فرستنده مورد استفاده قرار می گیرند . بدین صورت كه سیم پیچی های متناظر آنها به یكدیگر متصل می گردد. ( سیم پیچی های روتور آنها به یكدیگر و سیم پیچی های استاتور آنها نیز نظیر به نظیر به یكدیگر وصل می شوند.)

                            
حال اگر روتور سینكرو فرستنده در یك زاویه دلخواه q قرار گیرد، اختلاف پتانسیلی میان استاتورهای سینكرو فرستنده و گیرنده متناسب با زاویه روتورهای آنها ایجاد خواهد شد. این اختلاف پتانسیل باعث ایجاد جریان در استاتور سینكرو گیرنده می شود . گشتاور حاصل از این جریان باعث چرخش روتور سینكرو گیرنده می شود. گشتاور حاصل به گونه ای است كه با عامل بوجود آورنده خود مخالفت می نماید.

بدین ترتیب روتور سینكرو گیرنده آنقدر می چرخد تا در راستای روتور گیرنده قرار گیرد. در این حالت ولتاژ استاتورهای سینكرو فرستنده و گیرنده با هم یكسان شده در نتیجه جریان عبوری از آنها صفر خواهد شد و روتور گیرنده از حركت باز خواهد ایستاد و بدین ترتیب همواره روتور سینكرو گیرنده ، وضعیت روتور فرستنده را تعقیب خواهد نمود.

با توجه به اصطكاك ناشی از جاروبك ها و اصطكاكهای داخلی ، عمل تعقیب موقعیت همزمان صورت نگرفته لذا سیستم تاخیر خواهد داشت كه برای رفع این مشكل از سینكروهای بدون جاروبك استفاده می شود.


با توجه به اینكه سینكروهای گیرنده باید فرستنده را تعقیب كنند ، به گونه ای ساخته می شوند كه لرزش و فراجهش آنها به حداقل برسد . برای كاهش نوسانات روتور گیرنده ، از یك دمپر استفاده می شو دكه این دمپر معمولاً بصورت یك 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 سینكرو گیرنده ، خصوصیات فیزیكی بار متصل به آن و سیستم گشتاور بستگی دارد و می توان با ملاحظاتی كه در طراحی سیستم باید رعایت شود و انتخاب ساختار مناسب برای گیرنده آن را كاهش داد.

سینكروهای تفاضلی


این سینكرو كه تفاضل یا مجموع زاوبه میان سینكرو گیرنده و فرستنده را اندازه گیری می كند،جهت تعیین میزان خطا بین موقعیت ارسالی سینكرو گیرنده و موقعیت فرستنده می باشد. یكی از كاربردهای این سینكرو در سیستم نظامی آن است كه یكی از ورودیهای آن موقعیت مطلوب تفنگ و ورودی دیگر موقعیت واقعی تفنگ می باشد .


در ساختمان این نوع سینكروها روتور و استاتور هر دو بصورت سیم پیچی های سه فاز ( سه سیم­­پیچی ) می باشند . در این سینكروها ، سیم پیچی های روتور آن به استاتور سینكرو فرستنده و استاتور آن به استاتور سینكرو گیرنده و یا فرستنده متصل می باشد، در این سینكروها اختلاف زاویه میان روتورهای دو سینكرو دیگر باعث ایجاد جریان و در نهایت چرخش روتور سینكرو می گردد بطوریكه روتور سینكرو تفاضلی زاویه ای برابر با مجموع یا تفاضل زاویه دو سینكرو دیگر را خواهد داشت. در این روش دقت اندازه گیری 1 می باشد.


سینكروهای فرستنده و گیرنده

سینكروهای فرستنده و گیرنده دارای ساختمان مشابه یكدیگر می باشند بدین ترتیب كه هر دو آنها دارای یك سیم پیچی در روتور و یك سیم پیچی سه فاز ( سه سیم پیچی ) در استاتور خود می باشند. اما از لحاظ عملكرد ، عكس یكدیگر عمل می نمایند. كاربرد سیستم های فرستنده - گیرنده در انتقال اطلاعات زاویه از یك نقطه به نقطه دیگر بدون استفاده از اتصالات مكانیكی می باشد ، دقت در این سیستم در حالت گشتاور 30 دقیقه و در حالت كنترلی 10 دقیقه می باشد . ضمناً می توان موقعیت روتور فرستنده را به چندین نقطه متفاوت منتقل نمود كه برای اینكار از سینكروهای گیرنده بصورت موازی استفاده می شو دكه البته این امر باعث كاهش دقت شده و نیاز به منبع تغذیه با قدرت بالاتری خواهیم داشت .
سینكروهای كنترلی

سینكرو كنترلی فرستنده (CX)و سینكرو كنترلی تفاضلی (CDX)

ساختمان داخلی وعملكرد سینكرو كنترلی فرستنده و تفاضلی مشابه نوع گشتاوری آن می باشد اما امپدانس آنها از گشتاوری بیشتر است.

سینكرو كنترلی ترانسفورمر(CT)

این وسیله به عنوان مقایسه كننده دو سیگنال به كار می رود كه یكی از این سیگنالها ،ولتاژ اعمالی به استاتور ودیگری موقعیت مكانیكی روتور می باشد.


همانطور كه دیده می شود موقعیت سیم پیچی روتور سینكرو كنترلی ترانسفورمر عمود بر حالتهای قبلی است. لذا اگر از مداری مطابق شكل زیر استفاده شود، ولتاژهای CT وCX در دو حالت به صورت زیر است.

                                                         
كاربرد سینكروهای كنترلی

تمام سینكروهای گشتاوری، نهایتاً می توانند گشتاوری تا حدود 300 میلی گرم در هر درجه جابجائی تولید می نمایند كه این مقدار برای سیستم های كوچك و سبك كفایت می كند . اما برای سیستم های با گشتاور بالاتر ، باید از مداراتی كه گشتاور لازم را فراهم می نمایند استفاده نمود، برای این منظور از یك تقویت كننده و یك موتور با گشتاور خروجی مطلوب استفاده می­نماییم . برای این منظور از مداری مطابق شكل زیر استفاده می نماییم.

                                                     
با توجه به شكل ، ولتاژ روتور سینكرو CT متناسب با اختلاف موقعیت بار با موقعیت روتور كنترلی فرستنده تغییر می نماید. این ولتاژ توسط یك آمپلی فایر تقویت شده و ولتاژ تقویت شده به دو سر موتور اعمال می گردد و بدین ترتیب روتور سینكرو CT كه به محور بار متصل است چرخیده و این چرخش تا زمانی كه 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 حركت باز خواهد ایستاد و بدین ترتیب بار به موقعیت مطلوب می رسد. دقت این روش بستگی به میزان خطا در سینكرو ، قسمتهای مكانیكی و خطا در آمپلی فایر دارد و بطور معمول از 10 دقیقه بیشتر تجاوز نمی نماید.

نكاتی در مورد تقسیم بندی سینكروها

بنا به نوع بار متصل به سینكروها آنها را به دو گروه عمده سینكروهای گشتاوری و سینكروهای كنترلی تقسیم بندی می كنند.

سیستمهای گشتاوری جهت موقعیت بارهای سبك از جمله اشاره گرها ،شماره گیرها و نشانگرهای مشابه به كارمی روند و از سیستمهای كنترلی برای حركت بارهای سنگین مانند هدایت كننده های اسلحه ، آنتنها، پرتاب كننده موشك و... استفاده می شود.