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 ریزولور 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. پتانسیومتر
2. ترانسفورماتور تفاضلی متغیر خطیLVDT و ترانسفورماتور تفاضلی متغیر 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)

یك سینکرو، مبدل وضعیت زاویه ای است که از یك سیم پیچ اولیه بر روی روتور و سه سیم پیچ ثانویه با اختلاف فاز 120 درجه نسبت به یكدیگر بر روی استاتور تشکیل شده است. دامنه و فاز ولتاژ القایی بر روی سیم پیچ­ های استاتور به وضعیت فیزیكی و ولتاژ به كار رفته در روتور بستگی دارد.

بنابراین با ولتاژی معلوم در سیم پیچ اولیه، ولتاژ سیم پیچ ثانویه، وضعیت واحد و منحصر به فردی را برای روتور تعیین می­ نماید. سیم پیچ اولیه سینکرو، معمولاً به ولتاژ برق شهر (220 ولت و فركانس 50 هرتز) متصل شده و در خروجی، ولتاژ بیشینه ای در حدود 20تا 180 ولت ایجاد می ­كند. ریزولور شبیه سینکرو بوده و تنها تفاوت آن در این است كه در استاتور، دو سیم پیچ با 90 درجه اختلاف از یكدیگر، قرار دارند.

مشخصه فیزیكی و الكتریكی سینکرو و ریزولور در شكل های زیر نمایش داده شده است:

سینکرو مزیت های بسیاری نسبت به دیگر مبدل­ های وضعیت كه تاکنون مورد بررسی قرار داده ایم، دارد. سینکرو در واقعیت یك مبدل وضعیت از نوع مطلق بوده و امكان اتصال مستقیم آن به برق شهر، استفاده ای آسان، راحت­ و ارزان را موجب می شود. زیرا سیگنال جریان مستقیم برای راه اندازی سینکرو یا ریزولور، نیاز نیست.

خروجی سینکرو، متناوب و با ولتاژی بالا بوده و اطلاعات مربوط به وضعیت محور، در نسبت ولتاژ هر سیم پیچ ثانویه نسبت به ولتاژ اولیه مستتر است.

نویز موجود در این سیگنال­ ها و یا هرگونه تلفات ناشی از طول سیم پیچ در هر دو طرف اولیه و ثانویه، یكسان و نسبت به سیگنال، كوچك می­ باشد. و چون باید ولتاژ استاتور، بر ولتاژ روتور تقسیم شود تا اطلاعات مربوط به وضعیت به دست بیاید پس می توان این خطاهای مشترك را نادیده گرفت.

این­ ها مزایای قابل توجه این نوع مبدل می ­باشند. اما سوال این است که چگونه می­ توان سیگنال­ های سینوسی را به اطلاعات موقعیت تبدیل نمود؟

اولین پاسخی كه به نظر می­ رسد، استفاده از سینکروی گیرنده است. به همین منظور، از یك سینکرو به عنوان گیرنده استفاده می­ شود. به صورتی كه محور سینکروی گیرنده مطابق با چرخش سینكروی فرستنده چرخیده و وضعیت آن را نشان می دهد. شكل زیر، این روش را به صورت ساده تری به تصویر می کشد. می توان یك نشان گر، به محور سینكروی گیرنده متصل کرد تا وضعیت محور سینكروی فرستنده را نمایش دهد.

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

 

 

یك سینکروی گیرنده نیز می­ تواند برای تولید ولتاژ خروجی، به کار گرفته شود. برای انجام این كار، در شكل بالا روتور را ثابت می­ كنند تا حركتی نداشته باشد. هم چنین روتور سینکروی گیرنده به ولتاژ منبع ورودی كه برای اتصال به روتور سینکروی فرستنده استفاده می شود، وصل نمی شود. اما ولتاژی در روتور سینکروی گیرنده القاء می شود، كه متناسب با اختلاف زاویه بین این دو روتور است.

شكل زیر، این نوع اتصال را در دو سینکرو را نشان می دهد:

 

در حقیقت، اگرمحور سینکروی گیرنده به نقطه ای در موقعیت دلخواه محور تحت كنترل، حركت کند، ولتاژ خروجی روتور، نشان گر خطا خواهد بود یعنی:

 (وضعیت واقعی –  وضعیت دلخواه) = سیگنال خطا

همان طور كه در معادله ولتاژ گیرنده در مطلب فوق، دیده می شود، خروجی سینکروی دریافت كننده، منحصر به یک زاویه نیست به این معنی که در یك دور چرخش كامل، دو زاویه وجود دارد كه سیگنال خروجی یكسانی تولید می­ كنند.

روش دیگر كه آسان تر نیز هست، استفاده از مبدل “سینکرو به دیجیتال” (S/D) یا “ریزولور به دیجیتال” می ­باشد. مبدل سینکرو به دیجیتال یك مدار مجتمع هیبرید است که سیگنال ­های S₁،S₂ ،S₃ ،R₁ و R₂ را از سینکروی فرستنده، دریافت و مورد استفاده قرار می ­دهد تا عددی باینری تولید کند.

ارتباط زاویه با تعداد بیت­ های عدد باینری، در جدول زیر نشان داده شده است:

 

مدارات مجتمع هیبریدی بسیاری وجود دارند كه به عنوان مبدل سینکرو یا ریزولور به دیجیتال به كار گرفته می شوند.

هم چنین ماژول­ های دیگری نیز مرتبط با سینکرو یا ریزولور وجود دارند كه به جای خروجی باینری، خروجی BCD دارند و به آسانی می­ توان آن ها را نمایش داد. ماژول­ های تكمیلی دیگری نیز وجود دارد كه ورودی دیجیتال را دریافت کرده و با آن، سیگنال ­های سینکرو و ریزولور تولید می کند (مبدل دیجیتال به آنالوگ).

در نوع دیگری از ماژول­ ها، سیگنال­ های ورودی سینکرو وارد می شود اما خروجی آن، ولتاژ آنالوگ خطی است که متناسب با موقعیت محور (شفت)، تولید می­ شود.

سخن پایانی

در این مقاله با مبدل های سینکرو و ریزولور و نحوه عملکرد آنها آشنا شدیم. انتخاب بین سینکرو و ریزولور 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، ریزولور 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.