Un sincro (también conocido como selsyn y por otras marcas comerciales) es, en efecto, un transformador cuyo acoplamiento primario-secundario puede variarse cambiando físicamente la orientación relativa de los dos devanados. Los sincros se utilizan a menudo para medir el ángulo de una máquina giratoria, como una plataforma de antena o la rotación de transmisión. En su construcción física general, es muy similar a un motor eléctrico. El devanado primario del transformador, fijado al rotor , se excita con una corriente alterna , que por inducción electromagnética hace que aparezcan voltajes entre los devanados secundarios conectados en Y fijados a 120 grados entre sí en el estator . Los voltajes se miden y se utilizan para determinar el ángulo del rotor en relación con el estator.
Los sistemas sincronizados se utilizaron por primera vez en el sistema de control del Canal de Panamá a principios del siglo XX para transmitir las posiciones de las compuertas y los vástagos de las válvulas, y los niveles de agua, a los pupitres de control. [1]
Los diseños de sistemas de control de tiro desarrollados durante la Segunda Guerra Mundial utilizaron ampliamente los sincronizadores para transmitir información angular de los cañones y las miras a una computadora de control de tiro analógica y para transmitir la posición deseada del cañón a la ubicación del cañón. Los primeros sistemas solo movían diales indicadores, pero con la llegada del amplidyne , así como los servos hidráulicos de alta potencia accionados por motor , el sistema de control de tiro pudo controlar directamente las posiciones de los cañones pesados. [2]
Los sincronizadores más pequeños todavía se utilizan para controlar de forma remota los indicadores y como sensores de posición rotatorios para las superficies de control de aeronaves, donde se necesita la confiabilidad de estos dispositivos robustos. Los dispositivos digitales como el codificador rotatorio han reemplazado a los sincronizadores en la mayoría de las demás aplicaciones.
Los motores Selsyn se utilizaron ampliamente en equipos cinematográficos para sincronizar cámaras de cine y equipos de grabación de sonido , antes de la llegada de los osciladores de cristal y la microelectrónica .
En los buques de guerra, como los destructores, se utilizaban sincronizadores de gran tamaño para accionar el mecanismo de gobierno desde el volante del puente.
Hay dos tipos de sistemas sincronizados: sistemas de par y sistemas de control.
En un sistema de par, un sincronizador proporcionará una salida mecánica de baja potencia suficiente para posicionar un dispositivo indicador, accionar un interruptor sensible o mover cargas ligeras sin amplificación de potencia. En términos más simples, un sistema sincronizador de par es un sistema en el que la señal transmitida realiza el trabajo utilizable. En un sistema de este tipo, se puede lograr una precisión del orden de un grado.
En un sistema de control, un sincronizador proporcionará un voltaje para la conversión a par a través de un amplificador y un servomotor . Los sincronizadores de tipo de control se utilizan en aplicaciones que requieren grandes pares o alta precisión, como enlaces de seguimiento y detectores de errores en sistemas de control automáticos servo (como un sistema de piloto automático). En términos más simples, un sistema de sincronizador de control es un sistema en el que la señal transmitida controla una fuente de energía que realiza el trabajo utilizable.
Muy a menudo, un sistema realiza funciones de par y de control. Las unidades individuales están diseñadas para usarse en sistemas de par o de control. Algunas unidades de par se pueden usar como unidades de control, pero las unidades de control no pueden reemplazar a las de par. [3]
Un sincro entrará en una de ocho categorías funcionales: [4]
En la práctica, los sincros se parecen a los motores, ya que tienen un rotor, un estator y un eje. Normalmente, los anillos colectores y las escobillas conectan el rotor a la alimentación externa. El eje del transmisor de un sincro gira gracias al mecanismo que envía la información, mientras que el eje del receptor del sincro hace girar un dial o acciona una carga mecánica ligera. Las unidades monofásicas y trifásicas son de uso común y seguirán la rotación de la otra cuando se conecten correctamente. Un transmisor puede hacer girar varios receptores; si el par es un factor, el transmisor debe ser físicamente más grande para generar la corriente adicional. En un sistema de interbloqueo de películas, un distribuidor grande accionado por motor puede accionar hasta 20 máquinas, dobladores de sonido, contadores de metraje y proyectores.
Los sincros diseñados para uso terrestre suelen funcionar a 50 o 60 hercios (la frecuencia de la red eléctrica en la mayoría de los países), mientras que los de uso marino o aeronáutico suelen funcionar a 400 hercios (la frecuencia del generador eléctrico de a bordo impulsado por los motores).
Las unidades monofásicas tienen cinco cables: dos para un devanado de excitación (normalmente voltaje de línea) y tres para la salida/entrada. Estos tres se conectan a los otros sincronizadores del sistema y proporcionan la energía y la información para alinear los ejes de todos los receptores. Los transmisores y receptores de los sincronizadores deben recibir energía del mismo circuito derivado, por así decirlo; las fuentes de voltaje de excitación de la red eléctrica deben coincidir en voltaje y fase. El enfoque más seguro es conectar las cinco o seis líneas de los transmisores y receptores en un punto común. Las diferentes marcas de selsyns, que se utilizan en sistemas de enclavamiento, tienen diferentes voltajes de salida. En todos los casos, los sistemas trifásicos manejarán más energía y funcionarán un poco más suavemente. La excitación suele ser de 208/240 V de red eléctrica trifásica. Muchos sincronizadores también funcionan con 30 a 60 V CA.
Los transmisores sincronizados son como se describen, pero los receptores sincronizados de 50 y 60 Hz requieren amortiguadores rotativos para evitar que sus ejes oscilen cuando no están cargados (como con los diales) o están ligeramente cargados en aplicaciones de alta precisión.
Un tipo diferente de receptor, llamado transformador de control (CT), es parte de un servo de posición que incluye un servoamplificador y un servomotor. El motor está engranado con el rotor del CT y cuando el rotor del transmisor se mueve, el servomotor hace girar el rotor del CT y la carga mecánica para que coincida con la nueva posición. Los CT tienen estatores de alta impedancia y consumen mucha menos corriente que los receptores sincronizadores comunes cuando no están correctamente posicionados.
Los transmisores sincronizados también pueden alimentar convertidores sincronizados a digitales, que proporcionan una representación digital del ángulo del eje.
Los denominados sincros sin escobillas utilizan transformadores rotatorios (que no tienen interacción magnética con el rotor y el estator habituales) para suministrar energía al rotor. Estos transformadores tienen primarios estacionarios y secundarios rotatorios. El secundario es algo así como un carrete enrollado con alambre magnético, el eje del carrete es concéntrico con el eje del rotor. El "carrete" es el núcleo del devanado secundario, sus bridas son los polos y su acoplamiento no varía significativamente con la posición del rotor. El devanado primario es similar, rodeado por su núcleo magnético, y sus piezas finales son como arandelas gruesas. Los agujeros en esas piezas finales se alinean con los polos secundarios giratorios.
Para lograr una alta precisión en el control de fuego de los cañones y en el trabajo aeroespacial, se utilizaron los llamados enlaces de datos sincronizados de múltiples velocidades. Por ejemplo, un enlace de dos velocidades tenía dos transmisores, uno que giraba una vuelta en todo el rango (como el rumbo de un cañón), mientras que el otro giraba una vuelta por cada 10 grados de rumbo. Este último se llamaba sincronizador de 36 velocidades. Por supuesto, los trenes de engranajes se fabricaron en consecuencia. En el receptor, la magnitud del error del canal 1X determinaba si se debía utilizar el canal "rápido" en su lugar. Un pequeño error 1X significaba que los datos del canal 36x eran inequívocos. Una vez que el servo del receptor se estabilizaba, el canal fino normalmente conservaba el control.
Para aplicaciones muy críticas se han utilizado sistemas sincronizados de tres velocidades.
Los denominados sincronizadores multivelocidad tienen estatores con muchos polos, de modo que sus voltajes de salida pasan por varios ciclos por cada revolución física. En los sistemas de dos velocidades, estos no requieren engranajes entre los ejes.
Los sincronizadores diferenciales son otra categoría. Tienen rotores y estatores de tres conductores como el estator descrito anteriormente, y pueden ser transmisores o receptores. Un transmisor diferencial está conectado entre un transmisor sincronizador y un receptor, y la posición de su eje se suma (o resta, según la definición) al ángulo definido por el transmisor. Un receptor diferencial está conectado entre dos transmisores y muestra la suma (o diferencia, nuevamente según la definición) entre las posiciones de los ejes de los dos transmisores. Existen dispositivos similares a los sincronizadores llamados transolutores, algo así como los sincronizadores diferenciales, pero con rotores de tres conductores y estatores de cuatro conductores.
Un resolver es similar a un sincro, pero tiene un estator con cuatro conductores, y los devanados están separados físicamente 90 grados en lugar de 120 grados. Su rotor puede ser similar al de un sincro, o tener dos conjuntos de devanados separados 90 grados. Aunque un par de resolvers podría funcionar teóricamente como un par de sincros, los resolvers se utilizan para realizar cálculos.
Un arreglo especial de transformador conectado en T inventado por Scott ( "Scott T" ) interactúa entre los formatos de datos de sincronismo y de resolución; fue inventado para interconectar energía de CA bifásica con energía trifásica, pero también se puede utilizar para aplicaciones de precisión.