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13.11: Motores Selsyn (Synchro)

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    Normalmente, los devanados del rotor de un motor de inducción de rotor enrollado se cortocircuitan después del arranque. Durante el arranque, la resistencia se puede colocar en serie con los devanados del rotor para limitar la corriente de arranque. Si estos devanados están conectados a una resistencia de arranque común, los dos rotores permanecerán sincronizados durante el arranque. (Figura abajo) Esto es útil para prensas de impresión y puentes de tracción, donde dos motores necesitan ser sincronizados durante el arranque. Una vez arrancados, y los rotores están en cortocircuito, el par de sincronización está ausente. Cuanto mayor sea la resistencia durante el arranque, mayor será el par de sincronización para un par de motores. Si se quitan las resistencias de arranque, pero los rotores siguen paralelos, no hay par de arranque. Sin embargo, existe un par de sincronización sustancial. Se trata de un selsyn, que es una abreviatura de “auto sincrónico”.

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    Arrancar motores de inducción de rotor enrollado a partir de resistencias comunes.

    Los rotores pueden ser estacionarios. Si un rotor se mueve a través de un ángulo θ, el otro eje selsyn se moverá a través de un ángulo θ. Si se aplica arrastre a una selsyn, esto se sentirá al intentar girar el otro eje. Si bien existen selsyns de varios caballos de fuerza (varios kilovatios), la aplicación principal son unidades pequeñas de unos pocos vatios para aplicaciones de instrumentación: indicación de posición remota.

    02495.webp Selsyns sin resistencia inicial. Los selsyns de instrumentación no tienen uso para las resistencias de arranque. (Figura anterior) No están destinados a ser autorrotativos. Dado que los rotores no están cortocircuitados ni cargados con resistencia, no se desarrolla par de arranque. Sin embargo, la rotación manual de un eje producirá un desequilibrio en las corrientes del rotor hasta que siga el eje de la unidad paralela. Tenga en cuenta que se aplica una fuente común de energía trifásica a ambos estatores. Aunque mostramos los rotores trifásicos arriba, un rotor accionado monofásico es suficiente como se muestra en la Figura a continuación.

    Transmisor - receptor

    Los pequeños selsyns de instrumentación, también conocidos como sicros, utilizan rotores energizados de CA paralelos monofásicos, reteniendo los estatores paralelos trifásicos, que no están energizados externamente. (Figura abajo) Los sincronizadores funcionan como transformadores rotativos. Si los rotores tanto del transmisor de par (TX) como del receptor de par (RX) están en el mismo ángulo, las fases de los voltajes inducidos del estator serán idénticas para ambos, y no fluirá corriente. Si un rotor se desplaza del otro, los voltajes de fase del estator diferirán entre el transmisor y el receptor. La corriente del estator fluirá desarrollando el par. El eje receptor está conectado eléctricamente al eje del transmisor. El eje del transmisor o del receptor puede girarse para girar la unidad opuesta.

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    Los sincronizadores tienen rotores alimentados monofásicos.

    Los estatores sincronizados están enrollados con devanados trifásicos llevados a terminales externos. El devanado de un solo rotor de un transmisor o receptor de par es desbastado por anillos deslizantes cepillados. Los transmisores y receptores sincronizados son eléctricamente idénticos. Sin embargo, un receptor sincronizado tiene amortiguación inercial incorporada. Un transmisor de par sincronizado puede ser sustituido por un receptor de par.

    La detección remota de posición es la principal aplicación de sincro. (Figura abajo) Por ejemplo, un transmisor sincronizado acoplado a una antena de radar indica la posición de la antena en un indicador en una sala de control. Un transmisor sincronizado acoplado a una veleta indica la dirección del viento en una consola remota. Los sincronizadores están disponibles para su uso con 240 Vac 50 Hz, 115 Vac 60 Hz, 115 Vac 400 Hz y 26 Vac 400 Hz de potencia.

    02497.webp Aplicación Synchro: indicación de posición remota.

    Transmisor diferencial - receptor

    Un transmisor diferencial sincronizado (TDX) tiene tanto un rotor trifásico como un estator. (Figura abajo) Un transmisor diferencial sincronizado agrega una entrada de ángulo de eje a una entrada de ángulo eléctrico en las entradas del rotor, emitiendo la suma en las salidas del estator. Este ángulo eléctrico del estator puede mostrarse enviándolo a un RX. Por ejemplo, un receptor sincronizado muestra la posición de una antena de radar con respecto a la proa de un barco. La adición de la brújula de un barco que se dirige por un transmisor diferencial sincronizado, muestra la posición de la antena en una RX relativa al norte verdadero, independientemente de la dirección del barco. La inversión del par S1-S3 de cables del estator entre TX y TDX resta las posiciones angulares.

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    Transmisor diferencial de par (TDX).

    Una antena de radar a bordo acoplada a un transmisor sincronizado codifica el ángulo de la antena con respecto a la proa del barco. (Figura abajo) Se desea mostrar la posición de la antena con respecto al norte verdadero. Necesitamos agregar los barcos que se dirigen desde un girocompás a la posición de la antena relativa al arco para mostrar el ángulo de la antena con respecto al norte verdadero. antena + giroscopio

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    Aplicación del transmisor diferencial de par: adición angular.

    Antena-N = antena + giroscopio

    rx = tx + gy

    Por ejemplo, el rumbo del barco es 30 o, la posición de la antena con respecto a la proa del barco es 0 o, Antenna-N es:

    rx = tx + gy

    30 o = 30 o + 0 o

    Ejemplo, el rumbo de la nave es 30 o, la posición de la antena con respecto a la proa del barco es 15 o, Antenna-N es:

    45 o = 30 o + 15 o

    Suma vs resta

    Como referencia, mostramos los diagramas de cableado para la resta y adición de ángulos de eje utilizando tanto TDX (Transmisor de Diferencial de Torque) como TDR (Receptor Diferencial de Torque). El TDX tiene una entrada de ángulo de par en el eje, una entrada de ángulo eléctrico en las tres conexiones del estator y una salida de ángulo eléctrico en las tres conexiones del rotor. El TDR tiene entradas de ángulo eléctrico tanto en el estator como en el rotor. El ángulo de salida es un par en el eje TDR. La diferencia entre un TDX y un TDR es que el TDX es un transmisor de par y el TDR un receptor de par.

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    Resta TDX.

    Las entradas de par en la Figura anterior son TX y TDX. La diferencia angular de salida de par es TR.

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    Adición TDX.

    Las entradas de par en la Figura anterior son TX y TDX. La suma angular de salida del par es TR.

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    Resta TDR.

    Las entradas de par en la Figura anterior son TX 1 y TX 2. La diferencia angular de salida de par es TDR.

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    Adición de TDR.

    Las entradas de par en la Figura anterior son TX 1 y TX 2. La suma angular de salida del par es TDR.

    Transformador de control

    Una variación del transmisor sincronizado es el transformador de control. Cuenta con tres devanados de estator igualmente espaciados como un TX. Su rotor se enrolla con más vueltas que un transmisor o receptor para hacerlo más sensible a la detección de un nulo ya que es girado, típicamente, por un servo sistema. La salida del rotor CT (Transformador de Control) es cero cuando se orienta en ángulo recto con el vector del campo magnético del estator. A diferencia de un TX o RX, el CT no transmite ni recibe torque. Es simplemente un detector de posición angular sensible.

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    Transformador de control (CT) detecta servo nulo.

    En la figura anterior, el eje del TX se establece en la posición deseada de la antena de radar. El sistema servo hará que el servomotor conduzca la antena a la posición ordenada. El CT compara la posición mandada con la real y señala al servoamplificador para accionar el motor hasta que se logre ese ángulo ordenado.

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    Servo utiliza CT para detectar la posición de la antena nula

    Cuando el rotor del transformador de control detecta un nulo a 90 o con respecto al eje del campo del estator, no hay salida del rotor. Cualquier desplazamiento del rotor produce un voltaje de error de CA proporcional al desplazamiento. Un servo (Figura anterior) busca minimizar el error entre una variable comandada y medida debido a la retroalimentación negativa. El transformador de control compara el ángulo del eje con el ángulo del campo magnético del estator, enviado por el estator TX. Cuando mide un mínimo, o nulo, el servo ha conducido la antena y el rotor del transformador de control a la posición mandada. No hay error entre la posición medida y la comandada, no hay CT, transformador de control, salida a amplificar. El servomotor, un motor bifásico, deja de girar. Sin embargo, cualquier error detectado por TC acciona el amplificador que acciona el motor hasta que se minimiza el error. Esto corresponde al sistema servo que ha accionado la antena acoplada CT para que coincida con el ángulo comandado por el TX.

    El servomotor puede accionar un tren de engranajes reductores y ser grande en comparación con los sincronizadores TX y CT. Sin embargo, la baja eficiencia de los servomotores de CA los limita a cargas más pequeñas. También son difíciles de controlar ya que son dispositivos de velocidad constante. Sin embargo, pueden controlarse hasta cierto punto variando el voltaje a una fase con el voltaje de línea en la otra fase. Las cargas pesadas son impulsadas de manera más eficiente por servomotores grandes de CC.

    Las aplicaciones aerotransportadas utilizan componentes de 400Hz: TX, CT y servomotor. El tamaño y el peso de los componentes magnéticos de CA son inversamente proporcionales a la frecuencia. Por lo tanto, el uso de componentes de 400 Hz para aplicaciones de aeronaves, como superficies de control móviles, ahorra tamaño y peso.

    Resolver

    Un resolvedor (Figura abajo) tiene dos devanados de estator colocados a 90 o entre sí, y un solo devanado de rotor accionado por corriente alterna. Se utiliza un resolvedor para la conversión polar a rectangular. Una entrada de ángulo en el eje del rotor produce coordenadas rectangulares senθ y cosθ voltajes proporcionales en los devanados del estator.

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    Resolver convierte el ángulo del eje en seno y coseno de ángulo.

    Por ejemplo, una caja negra dentro de un radar codifica la distancia a un objetivo como un voltaje proporcional de onda sinusoidal V, con el ángulo de rodamiento como un ángulo de eje. Convertir a coordenadas X e Y. La onda sinusoidal se alimenta al rotor de un resolvedor. El eje del ángulo del rodamiento está acoplado al eje del resolvedor. Las coordenadas (X, Y) están disponibles en las bobinas del estator del resolvedor:

    ZZ.PNG

    Las coordenadas cartesianas (X, Y) se pueden trazar en una pantalla de mapa. Un TX (transmisor de par) se puede adaptar para el servicio como un resolvedor. (Figura abajo)

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    Scott-T convierte 3-φ a 2-φ permitiendo que TX realice la función de resolución.

    Es posible derivar componentes angulares en cuadratura de tipo resolutor a partir de un transmisor sincronizado mediante el uso de un transformador Scott-T. Las tres salidas TX, 3 fases, son procesadas por un transformador Scott-T en un par de componentes en cuadratura. Consulte el capítulo 9 de Scott-T para más detalles.

    También hay una versión lineal del resolvedor conocida como inductosina. La versión rotativa de la inductosina tiene una resolución más fina que un resolvedor.

    Resumen: Motores Selsyn (sincronizados)

    • Un sincro, también conocido como selsyn, es un transformador rotativo que se utiliza para transmitir el par del eje.
    • Un transmisor de par TX acepta una entrada de par en su eje para la transmisión en salidas eléctricas trifásicas.
    • Un RX, receptor de par, acepta una representación eléctrica trifásica de una entrada angular para la conversión a una salida de par en su eje. Por lo tanto, TX transmite un par de torsión de un eje de entrada a un eje de salida RX remoto.
    • Un TDX, transmisor diferencial de par, suma una entrada de ángulo eléctrico con una entrada de ángulo de eje produciendo una salida de ángulo eléctrico
    • Un TDR, receptor diferencial de par, suma dos entradas de ángulo eléctrico produciendo una salida de ángulo de eje
    • Un CT, transformador de control, detecta un nulo cuando el rotor se posiciona en ángulo recto con la entrada del ángulo del estator. Un CT es típicamente un componente de un sistema de servo- retroalimentación.
    • Un Resolver emite una representación en cuadratura sinθ y coseno (theta) de la entrada del ángulo del eje en lugar de una salida trifásica.
    • La salida trifásica de un TX se convierte en una salida de estilo de resolución mediante un transformador Scott-T.

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