سینکرو (Synchro) و ریزولور (Resolver)- (اصول و مبانی ابزار دقیق بخش ۴)

در این مقاله میخواهیم دو نوع دیگر از مبدل‌های موقعیت به نام های سینکرو (Synchro) و ریزولور (Resolver) را معرفی کنیم. سینکرو و ريزولور هر دو مبدل الکترومکانیکی هستند که برای اندازه‌گیری زاویه استفاده می‌شوند. آنها از نظر ظاهری و عملکرد مشابه هستند، اما تفاوت‌های ظریفی بین آنها وجود دارد. هر دو این مبدل‌های موقعیت از دقت و قابلیت اطمینان بالایی برخوردار هستند. سینکرو (Synchro) و ریزولور (Resolver)، یکی از انواع ترانسدیوسر یا مبدل موقعیت هستند. در صورتی که میخواهید بدانید ترانسدیوسر چیست مقاله ترانسدیوسر چیست، کاربرد و انواع آن را بخوانید.

بصورت کلی چهار نوع مبدل موقعیت به شرح زیر است.

1. پتانسيومتر
2. ترانسفورماتور تفاضلی متغیر خطیLVDT و ترانسفورماتور تفاضلی متغير چرخشی RVDT
3. انکودر افزایشی و مطلق نوری
4. سینکرو (Synchro) و ریزولور (Resolver)

در این مقاله سینکرو (Synchro) و ریزولور (Resolver) به عنوان چهارمین مبدل موقعیت توضیح داده میشود با ما همراه باشید.

سینکرو (Synchro) و ریزولور (Resolver)

يك سینکرو، مبدل وضعيت زاويه اي است که از يك سيم پيچ اوليه بر روي روتور و سه سيم پيچ ثانويه با اختلاف فاز 120 درجه نسبت به يكديگر بر روي استاتور تشکیل شده است. دامنه و فاز ولتاژ القايي بر روي سيم پيچ­ هاي استاتور به وضعيت فيزيكي و ولتاژ به كار رفته در روتور بستگی دارد.

بنابراين با ولتاژی معلوم در سيم پيچ اوليه، ولتاژ سيم پيچ ثانويه، وضعيت واحد و منحصر به فردي را براي روتور تعيين مي­ نمايد. سيم پيچ اوليه سینکرو، معمولاً به ولتاژ برق شهر (220 ولت و فركانس 50 هرتز) متصل شده و در خروجي، ولتاژ بیشینه ای در حدود 20تا 180 ولت ايجاد مي ­كند. ریزولور شبيه سینکرو بوده و تنها تفاوت آن در این است كه در استاتور، دو سيم پيچ با 90 درجه اختلاف از يكديگر، قرار دارند.

مشخصه فيزيكي و الكتريكي سینکرو و ریزولور در شكل های زير نمايش داده شده است:

سینکرو مزيت های بسیاری نسبت به ديگر مبدل­ هاي وضعيت كه تاکنون مورد بررسی قرار داده ايم، دارد. سینکرو در واقعيت يك مبدل وضعيت از نوع مطلق بوده و امكان اتصال مستقيم آن به برق شهر، استفاده ای آسان، راحت­ و ارزان را موجب می شود. زیرا سيگنال جريان مستقيم براي راه اندازي سینکرو يا ريزولور، نياز نیست.

خروجي سینکرو، متناوب و با ولتاژی بالا بوده و اطلاعات مربوط به وضعيت محور، در نسبت ولتاژ هر سيم پيچ ثانويه نسبت به ولتاژ اوليه مستتر است.

نويز موجود در اين سيگنال­ ها و يا هرگونه تلفات ناشی از طول سيم پيچ در هر دو طرف اوليه و ثانويه، يكسان و نسبت به سيگنال، كوچك مي­ باشد. و چون باید ولتاژ استاتور، بر ولتاژ روتور تقسيم شود تا اطلاعات مربوط به وضعيت به دست بیاید پس می توان این خطاهاي مشترك را نادیده گرفت.

این­ ها مزایای قابل توجه این نوع مبدل می ­باشند. اما سوال این است که چگونه مي­ توان سيگنال­ هاي سينوسي را به اطلاعات موقعيت تبديل نمود؟

اولين پاسخي كه به نظر مي­ رسد، استفاده از سینکروی گيرنده است. به همین منظور، از يك سینکرو به عنوان گيرنده استفاده مي­ شود. به صورتی كه محور سینکروی گيرنده مطابق با چرخش سینكروی فرستنده چرخیده و وضعيت آن را نشان می دهد. شكل زير، اين روش را به صورت ساده تری به تصویر می کشد. مي توان يك نشان گر، به محور سینكروی گيرنده متصل کرد تا وضعيت محور سینكروی فرستنده را نمایش دهد.

خدمات نیکسا: مشاوره، نصب و راه اندازی تجهیزات ابزار دقیق و اتوماسیون صنعتی نیکسا

يك سینکروی گيرنده نيز مي­ تواند برای توليد ولتاژ خروجي، به کار گرفته شود. براي انجام اين كار، در شكل بالا روتور را ثابت مي­ كنند تا حركتي نداشته باشد. هم چنين روتور سینکروی گيرنده به ولتاژ منبع ورودي كه براي اتصال به روتور سینکروی فرستنده استفاده می شود، وصل نمي شود. اما ولتاژی در روتور سینکروی گيرنده القاء مي شود، كه متناسب با اختلاف زاويه بين اين دو روتور است.

شكل زير، اين نوع اتصال را در دو سینکرو را نشان مي دهد:

در حقيقت، اگرمحور سینکروی گيرنده به نقطه ای در موقعيت دلخواه محور تحت كنترل، حركت کند، ولتاژ خروجي روتور، نشان گر خطا خواهد بود يعني:

 (وضعيت واقعي –  وضعيت دلخواه) = سيگنال خطا

همان طور كه در معادله ولتاژ گیرنده در مطلب فوق، دیده می شود، خروجي سینکروی دريافت كننده، منحصر به یک زاویه نیست به این معنی که در يك دور چرخش كامل، دو زاويه وجود دارد كه سيگنال خروجي يكسانی توليد مي­ كنند.

روش دیگر كه آسان تر نيز هست، استفاده از مبدل “سینکرو به ديجيتال” (S/D) يا “ريزولور به ديجيتال” مي ­باشد. مبدل سینکرو به ديجيتال يك مدار مجتمع هيبريد است که سيگنال ­هاي S₁،S₂ ،S₃ ،R₁ و R₂ را از سینکروی فرستنده، دریافت و مورد استفاده قرار مي ­دهد تا عددی باينري توليد کند.

ارتباط زاويه با تعداد بيت­ هاي عدد باينري، در جدول زير نشان داده شده است:

مدارات مجتمع هيبريدی بسیاری وجود دارند كه به عنوان مبدل سینکرو يا ريزولور به ديجيتال به كار گرفته می شوند.

هم چنين ماژول­ هاي ديگري نيز مرتبط با سینکرو يا ريزولور وجود دارند كه به جاي خروجی باينري، خروجي BCD دارند و به آسانی مي­ توان آن ها را نمايش داد. ماژول­ هاي تكميلي ديگري نيز وجود دارد كه ورودي ديجيتال را دریافت کرده و با آن، سيگنال ­هاي سینکرو و ریزولور توليد می کند (مبدل ديجيتال به آنالوگ).

در نوع دیگری از ماژول­ ها، سیگنال­ هاي ورودي سینکرو وارد می شود اما خروجي آن، ولتاژ آنالوگ خطي است که متناسب با موقعيت محور (شفت)، توليد مي­ شود.

سخن پایانی

در این مقاله با مبدل های سینکرو و ریزولور و نحوه عملکرد آنها آشنا شدیم. انتخاب بین سینکرو و ريزولور به نیازهای خاص پروژه شما بستگی دارد. اگر به یک مبدل موقعیت با دقت بالا و قابلیت اطمینان بالا برای انتقال اطلاعات زاویه بین دو نقطه از راه دور نیاز دارید، سینکرو انتخاب خوبی است. اگر به یک مبدل با دقت بالا و سرعت بالا برای اندازه‌گیری زاویه مطلق یک محور چرخشی نیاز دارید، ريزولور انتخاب خوبی است. لازم به ذکر است که این مقاله بخشی از کتاب Industrial Control Electronics نوشته مایکل جاکوب است با مراجعه به بخش اصول و مبانی ابزار دقیق در مقالات سایت می توانید مقالات بیشتری را با محوریت این کتاب مطالعه نمایید.