Un sincronizador (también conocido como selsyn y por otras marcas) es, en efecto, un transformador cuyo acoplamiento primario a secundario puede variarse cambiando físicamente la orientación relativa de los dos devanados. Los sincronizadores se utilizan a menudo para medir el ángulo de una máquina giratoria, como una plataforma de antena o una transmisión de rotación. En su construcción física general, se parece mucho a un motor eléctrico. El devanado primario del transformador, fijado al rotor , es excitado por una corriente alterna , que por inducción electromagnética provoca que aparezcan tensiones entre los devanados secundarios conectados en Y y fijados a 120 grados entre sí en el estator . Los voltajes se miden y se utilizan para determinar el ángulo del rotor con respecto al 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 la compuerta y del vástago de la válvula, y los niveles de agua, a los pupitres de control. [1]
Los diseños de sistemas de control de fuego desarrollados durante la Segunda Guerra Mundial utilizaron sincronizaciones ampliamente para transmitir información angular desde armas y miras a una computadora de control de fuego analógica , y para transmitir la posición deseada del arma a la ubicación del arma. Los primeros sistemas simplemente movían los diales indicadores, pero con la llegada del amplidyne , así como de los servos hidráulicos de alta potencia impulsados por motor , el sistema de control de fuego podía controlar directamente las posiciones de los cañones pesados. [2]
Todavía se utilizan sincronizadores más pequeños para accionar de forma remota indicadores indicadores y como sensores de posición giratorios para superficies de control de aeronaves, donde se necesita la confiabilidad de estos dispositivos resistentes. Los dispositivos digitales como el codificador rotatorio han reemplazado a los sincronizadores en la mayoría de las demás aplicaciones.
Los motores Selsyn se utilizaban 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 navales, como los destructores, se utilizaban grandes sincronizadores para accionar el mecanismo de dirección desde el volante del puente.
Hay dos tipos de sistemas sincronizados: sistemas de par y sistemas de control.
En un sistema de torsión, un sincronizador proporcionará una salida mecánica de baja potencia suficiente para colocar un dispositivo indicador, accionar un interruptor sensible o mover cargas ligeras sin amplificación de potencia. En términos más simples, un sistema sincronizado de par es un sistema en el que la señal transmitida realiza el trabajo utilizable. En un sistema de este tipo se puede conseguir una precisión del orden de un grado.
En un sistema de control, un sincronizador proporcionará un voltaje para convertirlo en torque a través de un amplificador y un servomotor . Los sincronizadores de tipo control se utilizan en aplicaciones que requieren grandes pares de torsión o alta precisión, como enlaces de seguimiento y detectores de errores en sistemas de control servoautomáticos (como un sistema de piloto automático). En términos más simples, un sistema de control sincronizado es un sistema en el que la señal transmitida controla una fuente de energía que realiza el trabajo utilizable.
Muy a menudo, un sistema realizará funciones de control y par. Las unidades individuales están diseñadas para usarse en sistemas de control o de torque. Algunas unidades de torsión se pueden utilizar como unidades de control, pero las unidades de control no pueden reemplazar a las unidades de torsión. [3]
Un sincronizador se clasificará en una de ocho categorías funcionales: [4]
En un nivel práctico, los sincronizadores se parecen a los motores, en el sentido de 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 de un transmisor sincronizado gira mediante el mecanismo que envía información, mientras que el eje del receptor sincronizado gira un dial u opera una carga mecánica ligera. Las unidades monofásicas y trifásicas son de uso común y seguirán la rotación de las demás 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 interconexión de películas, un gran distribuidor motorizado puede controlar 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 red 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 el devanado del excitador (normalmente voltaje de línea) y tres para la salida/entrada. Estos tres están conectados a los otros sincronizadores del sistema y proporcionan la potencia y la información para alinear los ejes de todos los receptores. Los transmisores y receptores sincronizados deben ser alimentados por el mismo circuito derivado, por así decirlo; Las fuentes de tensión de excitación de la red deben coincidir en tensión y fase. El enfoque más seguro es conectar las cinco o seis líneas de transmisores y receptores a un punto común. Las diferentes marcas de selsyns, utilizadas 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 una red eléctrica trifásica de 208/240 V. 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 giratorios para evitar que sus ejes oscilen cuando no están cargados (como con los diales) o 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 acoplado al 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 coincidan con la nueva posición. Los CT tienen estatores de alta impedancia y consumen mucha menos corriente que los receptores sincronizados ordinarios cuando no están colocados correctamente.
Los transmisores sincronizados también pueden alimentar convertidores sincronizados a digitales, que proporcionan una representación digital del ángulo del eje.
Los llamados sincronizadores sin escobillas utilizan transformadores rotativos (que no tienen interacción magnética con el rotor y el estator habituales) para alimentar energía al rotor. Estos transformadores tienen primarios estacionarios y secundarios giratorios. El secundario es algo así como un carrete enrollado con alambre magnético, el eje del carrete 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, está rodeado por su núcleo magnético y sus extremos son como arandelas gruesas. Los orificios en esas piezas finales se alinean con los polos secundarios giratorios.
Para lograr una alta precisión en el control de disparos de armas y en trabajos aeroespaciales, se utilizaron los llamados enlaces de datos sincronizados de múltiples velocidades. Por ejemplo, un enlace de dos velocidades tenía dos transmisores, uno giraba una vuelta en todo el rango (como el rumbo de un arma), mientras que el otro giraba una vuelta por cada 10 grados de rumbo. Este último se denominó sincronizado de 36 velocidades. Por supuesto, los trenes de engranajes se fabricaron en consecuencia. En el receptor, la magnitud del error del canal 1X determinó si se debía utilizar el canal "rápido" en su lugar. Un pequeño error de 1X significaba que los datos del canal de 36x no eran ambiguos. Una vez que el servo del receptor se asentó, el canal fino normalmente retuvo el control.
Para aplicaciones muy críticas, se han utilizado sistemas sincronizados de tres velocidades.
Los llamados sincronizadores de varias velocidades tienen estatores con muchos polos, de modo que sus tensiones de salida pasan por varios ciclos por revolución física. Para 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 sincronizado y un receptor, y la posición de su eje suma (o resta, según la definición) el ángulo definido por el transmisor. Un receptor diferencial está conectado entre dos transmisores y muestra la suma (o diferencia, nuevamente como se define) entre las posiciones del eje de los dos transmisores. Hay dispositivos similares a sincronizadores llamados transolvers, algo así como sincronizadores diferenciales, pero con rotores de tres conductores y estatores de cuatro conductores.
Un resolutor es similar a un sincronizador, pero tiene un estator con cuatro conductores y los devanados están físicamente separados 90 grados en lugar de 120 grados. Su rotor podría ser sincronizado o tener dos conjuntos de devanados separados 90 grados. Aunque en teoría un par de resolutores podrían funcionar como un par de sincronizadores, los resolutores se utilizan para el cálculo.
Una disposición especial de transformador conectado en T inventada por Scott ( "Scott T" ) interactúa entre los formatos de datos de resolución y sincronización; Fue inventado para interconectar energía CA bifásica con energía trifásica, pero también puede usarse para aplicaciones de precisión.