Sincronización

Un síncrono (también conocido como selsyn y por otras marcas) es, en esencia, un transformador cuyo acoplamiento primario-secundario puede variarse modificando físicamente la orientación relativa de los dos devanados. Los síncronos se utilizan a menudo para medir el ángulo de rotación de máquinas giratorias, como plataformas de antenas o sistemas de transmisión. En su construcción física general, es muy similar a un motor eléctrico. El devanado primario del transformador, fijado al rotor , se excita mediante una corriente alterna que, por inducción electromagnética, genera tensiones entre los devanados secundarios conectados en Y y fijados a 120 grados entre sí en el estator . Estas tensiones se miden y se utilizan para determinar el ángulo del rotor con respecto al estator.

Los sistemas síncronos 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 de las esclusas, así como los niveles de agua, a las consolas de control. ^{[ 1 ]}

Los sistemas de control de tiro desarrollados durante la Segunda Guerra Mundial utilizaron ampliamente sincros para transmitir información angular desde los cañones y las miras a una computadora analógica de control de tiro , y para transmitir la posición deseada del cañón de vuelta a su ubicación. Los primeros sistemas simplemente movían diales indicadores, pero con la llegada del amplidino , así como de los servomotores hidráulicos de alta potencia , el sistema de control de tiro podía controlar directamente las posiciones de los cañones pesados. ^{[ 2 ]}

Los síncronos de menor tamaño todavía se utilizan para accionar de forma remota indicadores y como sensores de posición rotativos para superficies de control de aeronaves, donde se requiere la fiabilidad de estos dispositivos robustos. Los dispositivos digitales, como el codificador rotativo, han sustituido a los síncronos 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, como los destructores, se utilizaban grandes sincronizadores para accionar el mecanismo de dirección desde el timón en el puente de mando.

Existen dos tipos de sistemas síncronos: sistemas de par y sistemas de control.

En un sistema de par, un síncrono proporciona 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 sencillos, un sistema de par síncrono es un sistema en el que la señal transmitida realiza el trabajo útil. En un sistema de este tipo, se puede alcanzar una precisión del orden de un grado.

En un sistema de control, un síncrono proporciona un voltaje que se convierte en par motor mediante un amplificador y un servomotor . Los síncronos 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 automático y servomotores (como un sistema de piloto automático). En términos más sencillos, un sistema de síncrono de control es un sistema en el que la señal transmitida controla una fuente de energía que realiza el trabajo útil.

Con frecuencia, un mismo sistema realiza funciones tanto de par como de control. Las unidades individuales están diseñadas para su uso en sistemas de par o de control. Algunas unidades de par pueden utilizarse como unidades de control, pero las unidades de control no pueden sustituir a las unidades de par. ^{[ 3 ]}

Un síncro se clasificará en una de las ocho categorías funcionales: ^{[ 4 ]}

Transmisor de par (TX)

Entrada: rotor posicionado mecánica o manualmente según la información que se va a transmitir.

Salida: señal eléctrica del estator que identifica la posición del rotor y que se suministra a un receptor de par, un transmisor diferencial de par o un receptor diferencial de par.

Transmisor de control (CX)

Entrada: igual que TX.

Salida: la salida eléctrica es la misma que la de TX, pero se suministra a un transformador de control o a un transmisor diferencial de control.

Transmisor diferencial de par (TDX)

Entrada: Salida TX aplicada al estator; el rotor se posiciona según la cantidad de datos TX que deben modificarse.

Salida: salida eléctrica del rotor (que representa un ángulo igual a la suma o diferencia algebraica del ángulo de posición del rotor y los datos angulares del transmisor) suministrada a los receptores de par, a otro TDX o a un receptor diferencial de par.

Transmisor diferencial de control (CDX)

Entrada: igual que TDX, pero con datos suministrados por CX.

Salida: igual que TDX, pero se suministra únicamente a un transformador de control o a otro CDX.

Receptor de par (TR)

Entrada: Datos de posición angular eléctrica desde TX o TDX suministrados al estator.

Salida: El rotor adopta la posición determinada por la señal eléctrica suministrada.

Receptor diferencial de par (TDR)

Entrada: datos eléctricos suministrados por dos transmisores (TX), dos transceptores (TDX) o por un transmisor (TX) y un transceptor (TDX) (uno conectado al rotor y otro al estator).

Salida: el rotor adopta una posición igual a la suma o diferencia algebraica de dos entradas angulares.

Transformador de control (TC)

Entrada: datos eléctricos de CX o CDX aplicados al estator. Rotor posicionado mecánica o manualmente.

Salida: salida eléctrica del rotor (proporcional al seno de la diferencia entre la posición angular del rotor y el ángulo de entrada eléctrica).

Transmisor-receptor de par (TRX)

Diseñado como receptor de par, pero puede utilizarse como transmisor o receptor.

Entrada: dependiendo de la aplicación, igual que TX.

Salida: dependiendo de la aplicación, igual que TX o TR.

En la práctica, los síncronos se asemejan a los motores, ya que constan de un rotor, un estator y un eje. Generalmente, anillos colectores y escobillas conectan el rotor a la alimentación externa. El eje del transmisor síncrono gira gracias al mecanismo que envía la información, mientras que el eje del receptor síncrono hace girar un dial o acciona una carga mecánica ligera. Son comunes las unidades monofásicas y trifásicas, que, al conectarse correctamente, siguen la rotación de la otra. Un transmisor puede hacer girar varios receptores; si el par motor es un factor importante, el transmisor debe ser físicamente más grande para suministrar la corriente adicional. En un sistema de enclavamiento para cine, un distribuidor motorizado de gran tamaño puede accionar hasta 20 máquinas, dobladoras de sonido, contadores de metraje y proyectores.

Los síncronos 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 destinados a uso marítimo o aeronáutico suelen operar a 400 hercios (la frecuencia del generador eléctrico a bordo accionado por los motores).

Las unidades monofásicas tienen cinco cables: dos para el devanado del excitador (normalmente tensión de línea) y tres para la entrada/salida. Estos tres se conectan a los demás síncronos del sistema y proporcionan la alimentación y la información necesarias para alinear los ejes de todos los receptores. Los transmisores y receptores de síncronos deben alimentarse del mismo circuito derivado; las fuentes de tensión de excitación de la red eléctrica deben coincidir en tensión y fase. La opción más segura es conectar los cinco o seis cables de transmisores y receptores a un punto común. Los distintos modelos de síncronos utilizados en sistemas de enclavamiento tienen diferentes tensiones de salida. En todos los casos, los sistemas trifásicos soportan mayor potencia y funcionan con mayor suavidad. La excitación suele ser de 208/240 V trifásica. Muchos síncronos  también funcionan con 30 a 60 V CA.

Los transmisores síncronos son como se describen, pero los receptores síncronos de 50 y 60 Hz requieren amortiguadores rotativos para evitar que sus ejes oscilen cuando no están cargados (como en el caso de los diales) o cuando están ligeramente cargados en aplicaciones de alta precisión.

Otro tipo de receptor, denominado transformador de control (TC), forma parte de un servocontrolador que incluye un amplificador y un servomotor. El motor está acoplado al rotor del TC mediante engranajes, y cuando el rotor del transmisor se mueve, el servomotor hace girar el rotor del TC y la carga mecánica para ajustarse a la nueva posición. Los TC tienen estatores de alta impedancia y consumen mucha menos corriente que los receptores síncronos convencionales cuando no están correctamente posicionados.

Los transmisores síncronos también pueden enviar señal síncrona a convertidores digitales, que proporcionan una representación digital del ángulo del eje.

Los denominados síncronos sin escobillas utilizan transformadores rotativos (que no interactúan magnéticamente con el rotor y el estator convencionales) para alimentar el rotor. Estos transformadores tienen devanados primarios fijos y secundarios giratorios. El secundario es similar a una bobina enrollada con hilo magnético, cuyo eje es concéntrico con el eje del rotor. La bobina constituye 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 extremos son como arandelas gruesas. Los orificios de estos extremos se alinean con los polos giratorios del secundario.

Para lograr una alta precisión en el control de tiro y en aplicaciones aeroespaciales, se utilizaban enlaces de datos síncronos de múltiples velocidades. Por ejemplo, un enlace de dos velocidades constaba de dos transmisores: uno giraba una vuelta completa en todo el rango (como la orientación de un cañón), mientras que el otro giraba una vuelta por cada 10 grados de orientación. Este último se denominaba síncrono de 36 velocidades. Por supuesto, los trenes de engranajes se fabricaban en consecuencia. En el receptor, la magnitud del error del canal 1X determinaba si se debía utilizar el canal "rápido". Un pequeño error en el canal 1X significaba que los datos del canal 36X eran inequívocos. Una vez que el servo del receptor se estabilizaba, el canal fino normalmente mantenía el control.

Para aplicaciones muy críticas, se han utilizado sistemas sincronizados de tres velocidades.

Los denominados síncronos multivelocidad tienen estatores con muchos polos, de modo que sus voltajes de salida recorren varios ciclos por cada revolución física. En sistemas de dos velocidades, no requieren engranajes entre los ejes.

Los síncronos diferenciales constituyen otra categoría. Cuentan con rotores de tres terminales y estatores como el descrito anteriormente, y pueden funcionar como transmisores o receptores. Un transmisor diferencial se conecta entre un transmisor síncrono y un receptor, y la posición de su eje se suma (o se resta, según la definición) al ángulo definido por el transmisor. Un receptor diferencial se conecta entre dos transmisores y muestra la suma (o la diferencia, según la definición) entre las posiciones de los ejes de ambos transmisores. Existen dispositivos similares a los síncronos, denominados transolvers, parecidos a los síncronos diferenciales, pero con rotores de tres terminales y estatores de cuatro terminales.

Un resolver es similar a un síncrono, pero tiene un estator con cuatro terminales, y sus bobinados están separados físicamente 90 grados en lugar de 120 grados. Su rotor puede ser similar al de un síncrono o tener dos conjuntos de bobinados separados 90 grados. Si bien un par de resolvers podrían, en teoría, funcionar como un par de síncronos, los resolvers se utilizan para cálculos.

Un transformador especial conectado en forma de T, inventado por Scott ( "Scott T" ), sirve de interfaz entre los formatos de datos de resolución y síncronos; fue inventado para interconectar la alimentación de CA bifásica con la alimentación trifásica, pero también puede utilizarse para aplicaciones de precisión.

• Amplidyne
• Codificador rotatorio
• Resolutor
• RVDT
• Servomecanismo
• Servomotor

• transductores de instrumentación de CA
• Upson, AR; Batchelor, JH (1978) [1965]. Manual de ingeniería síncrona . Beckenham: Muirhead Vactric Components.