Sistemas de Sincros: Control y Funcionamiento

1. Ajuste del Sincros

1.1 Ajuste Aproximado

Poner a cero el mecanismo gobernado por las salidas de voltaje amplificado del transformador de control (CT). Poner a cero el sincro que alimenta al CT con la señal. Desconectar todos los terminales del CT. Conectar R2 a S3 y el voltímetro entre R1 y S1. Conectar el CT a la línea de corriente alterna. Desacoplar el rotor del CT de sus engranajes y girarlo hasta que el voltímetro dé una lectura mínima. El CT está ahora casi a 0.

1.2 Ajuste Fino

Desconectar R2 de S3, con el voltímetro en 5 voltios. Conectar R2 a través de R1. Ajustar el rotor del CT para una mínima lectura en la posición en la que se consigue el 0.

2. Diagrama de Bloques

Trayectoria que pone en funcionamiento un sistema de control realimentado.

• A: Señal accionadora o activa
• B: Señal de realimentación
• C: Temperatura de la habitación
• E: Señal de error (diferencia entre orden y temperatura)
• F: Circuito electrónico de control
• G: Caldera de calefacción
• H: Sensor de temperatura
• R: Temperatura habitación

Características del Diagrama de Bloques:

• Cada componente o bloque se representa por un rectángulo.
• La relación salida-entrada de cada bloque se denomina función de transferencia.
• Sistema completo: Varios bloques interconectados mediante nudos y bifurcaciones.
• Nudos: Puntos donde se efectúa una operación entre dos o más variables (aditivos, diferenciales, multiplicadores, divisores, etc.).
• Bifurcaciones: Una misma variable se desdobla en varias ramas a diversos bloques o nudos.
• Los bloques se pueden asociar o subdividir para mayor precisión o simplificación del diagrama.

2.1 Lazo Abierto

• El más sencillo y económico.
• Impreciso.
• No se adapta a condiciones ambientales o perturbaciones exteriores.
• A cada entrada de referencia corresponde una salida fija.
• Su exactitud depende de la calibración.
• En presencia de perturbaciones no cumple su función.

2.2 Lazo Cerrado

• La salida tiene efecto sobre la señal de control (realimentación).
• Señal de error (o señal de control): Diferencia entre la señal de entrada (orden) y la de realimentación (“posición”).
• El sistema de control debe llevar la señal de error a “cero” o a un valor de “control”.
• Proporciona un control preciso.
• Precaución: Debe evitarse la “sobrecorrección” que ocasione oscilaciones.

3. Sistemas de Regulación

• La señal de entrada (referencia) es constante.
• La salida varía con alteraciones en la carga del sistema.
• Punto de consigna: Valor de la variable de entrada.
• Ejemplo: El regulador de tensión de un generador. Debe mantener el valor de tensión constante en cualquier condición de carga.

4. Servosistemas

• La variable de entrada varía con el tiempo (señal de referencia; ORDEN).
• Servomecanismo: La variable controlada es una posición mecánica.
• Servomecanismo: Caso particular del servosistema.
• Servosistema: Caso particular de sistema de control.

Tipos de Servosistemas:

• Lineales: Salida combinación lineal de las entradas (superposición).
• No lineales: Márgenes no lineales de funcionamiento.

Tipos de Procesos:

• Continuos:
  • De control continuo: Todas las señales implicadas son continuas o analógicas (ejemplo: un control de temperatura).
  • De control discreto: El proceso a controlar es continuo. Las variables de entrada se “muestrean” o tienen valores discretos no continuos (ejemplo: una embotelladora).
• Discretos: El proceso a controlar es discreto o no continuo (ejemplo: un ascensor).

Función de Transferencia: Relación entre la variable de salida y la de entrada (variable de referencia y variable controlada).

Sincros: Ventajas e Importancia

• Transferencia automática de datos entre estaciones alejadas.
• Mantenimiento mínimo y larga vida útil.
• Pequeño tamaño.
• Adaptables sin sacrificar su precisión.
• Funcionamiento continuo.
• Gran exactitud.

1. Sincros de Par

La capacidad de carga de un transmisor sincro está limitada por el número y tipo de unidades receptoras unidas a él y por las cargas de estas unidades.

Cargas ligeras (agujas indicadoras, etc.).

Sistemas de par simple: Transmisor y receptor de par.

2. Sincros de Control

2.1 Características

Cargas pesadas a través de servo-sistemas (sincro-sistema: control; servo-sistema: potencia).

2.2 Sistemas de Control Simple

Transmisor de control y transformador de control (funciona como receptor de control, pero tiene algunas modificaciones).

Transmisor de Par: Codifica una señal mecánica en una salida eléctrica.

Transmisor de Control: Lo mismo que el anterior pero más pequeño.

Receptor de Par: Convierte entrada eléctrica en salida mecánica (aguja indicadora).

Transformador de Control: Dos entradas (una mecánica y una eléctrica) y salida eléctrica.

Fórmula: e = B ⋅ l ⋅ v ⋅ cos θ → La tensión inducida depende del campo magnético (B), número de espiras (l), la velocidad del movimiento relativo (v) y el ángulo entre ambos (θ).

Fórmula: Fuerza = B ⋅ l ⋅ i ⋅ cos θ → Fuerza de un motor/generador.

3. Frecuencias de Trabajo

• A mayor frecuencia, menor tamaño y peso.
• Dos tipos:
  • 115V 60Hz
  • 115V 400Hz

4. Funcionamiento

A) Cuando existe una diferencia de posición entre el rotor del transmisor y del receptor, hay una diferencia entre el campo magnético generado, lo que produce una diferencia de potencial entre las bobinas del estátor. Esto provoca un campo magnético que produce una fuerza igual en ambos rotores, que tienden a colocarse en la misma posición.

B) Si conectamos S1 con S3, conseguimos que los rotores giren en sentidos opuestos.

C) Se puede producir un desfase de 180 grados y un equilibrio inestable. Los rotores se mantendrían en equilibrio pero desfasados 180 grados hasta que la fuerza generada por las bobinas del estátor sea suficiente para invertir la posición del rotor del receptor.

Inversión de las Conexiones R1 y R2

Los rotores del transmisor y el receptor giran en el mismo sentido con un desplazamiento de 180º.

Alineaciones

Eléctrica:

• Colocar el transmisor en la referencia mecánica.
• Alinear el transmisor con el cero eléctrico (mínima tensión entre S1 y S3).
• Colocar a los receptores en la referencia mecánica.
• Alinear los receptores al cero eléctrico.

5. Mantenimiento

A) Los sincros no se reparan, se sustituyen.

B) No necesitan lubricación periódica, lo cual no quiere decir que no haya que mantener sus partes móviles libres de suciedad y óxido.

C) Comprobar continuidad y aislamiento. Comprobar estado de cojinetes, anillos colectores y escobillas gastadas (si hay dudas, se remplaza).

D) Cuando se realicen mantenimientos o reemplazos, comprobar que las conexiones son correctas y ajustar (aire de sincro).

Aislamiento: 1000 ohmios por voltio, por norma general en cualquier equipo.

Indicadores de Sobrecarga y Fusibles Quemados

A) Suele ser habitual en los sistemas de sincros.

B) La alimentación del rotor de 115V va a través de fusibles y estos sistemas suelen llevar indicador de fusible fundido (en los fusibles con indicador, cuando se corta el hilo por sobreintensidad, un muelle se suelta y empuja una lámina de color rojo hacia el indicador).

C) El indicador de sobrecarga actúa cuando una corriente excesiva fluye por los devanados del estátor.

D) Los indicadores de fusible fundido se encienden cuando un fusible protector en la línea del rotor se funde.

E) Indicador de sobrecarga: se posiciona una lámpara entre las bobinas del estátor, entre el transmisor y el receptor, de forma que cuando hay un desfase de posiciones importante, la corriente que fluye entre ambos es suficiente para que haga lucir la lámpara.

6. Capacidad de los Cables

Cada hilo de un cable aguanta un amperio. Cada milímetro cuadrado de conductor de cobre (suele llevar 10 conductores) aguanta 10 amperios (para elaborar un fusible).

Sincros de Control

Los sincros de control no mueven ellos mismos la carga. Se utilizan en conjunto con servo-sistemas.

Tipos de Sincros de Control

A) Transmisor de control (TX): Idéntico al transmisor de par excepto por la impedancia de sus devanados. Entrada mecánica, salida eléctrica.

B) Transformador de control (CX): Entrada eléctrica + mecánica. Salida eléctrica por su rotor. A diferencia del resto de sincros, éste no va alimentado. Envía una señal de "error", compara la orden (que le entra por las S's) y la posición mecánica (de donde esté engranado) y la diferencia entre ambos compone la señal de "error".

En este sistema, el transformador de control dará señal cero cuando la bobina del rotor esté alineada con el campo generado. Este campo está generado constantemente ya que las R's del transformador de control no están alimentadas y no contrarrestan, y siempre hay flujo de corriente entre las S's.

Para mantener elevada la exactitud de un sistema sincro con transformadores de control, las corrientes del estátor con el sistema en correspondencia deben ser mantenidas dentro de un valor mínimo. Esto se logra instalando condensadores.

Ley de Lenz: cada vez que se induce un campo magnético, este campo magnético induce una corriente eléctrica que se opone a la causa que lo creó. Para minimizar los efectos no deseados derivados de esta ley, se interponen condensadores.

Calibración del Transformador de Control

Cero del transformador de control: alimentar S1 y S3 con 115V y para determinar la posición de cero y la de 180º, medir el voltaje entre S1 y R1. Cuando da cercano a cero es la posición cero y si da valor máximo (aprox. 90º) es la posición 180º. Cuando se ha hecho el ajuste grueso, se deja lo más cercano posible a la posición de mínimo voltaje y se mide en tensión entre R1 y R2 en una escala más fina y se deja a 0º. Se coloca el circlip del eje para fijarlo en esa posición.

Para Contrarrestar la Caída Natural del Barco

Calcular el ángulo de caída y cuando se tiene el ángulo, poner todo a 0º, desanclar el transformador de control y poner la caña en el ángulo que se opone a la caída del barco, y se acopla de nuevo.

Sistemas de Velocidad Múltiple

Con reducciones de engranajes o poleas, se consigue mayor precisión angular. Para ello se coloca un sistema sincro grueso engranado a un sistema sincro fino, de forma que al dar una entrada mecánica en el sincro-sistema grueso, se gira también el sincro-sistema fino y la relación entre los piñones/poleas engranadas al rotor de los sincros proporciona el factor de multiplicación que indica la precisión angular del sistema conjunto. La relación más habitual es 1/36.

En ocasiones no es necesario que existan dos sincros receptores siempre y cuando el transmisor del sincro fino divida su señal con un divisor de tensión para que al realizar la suma de voltajes para la señal sea proporcional en la misma proporción del factor de multiplicación de las poleas de los sincros transmisores.

Calcular el Ángulo a Transmitir (Tres fórmulas):

• S2 - S1 = 90 ⋅ sen(A + 240º)
• S1 - S3 = 90 ⋅ sen A
• S3 - S2 = 90 ⋅ sen(A + 120º)

El 90 sería para un sincro estándar a 115 voltios.

La señal digital se convierte de binario a decimal. La precisión depende de los bits. Ejemplo: 10010001000000 → 1x8 + 0x4 + 0x2 + 1+1 / 0x8 + 0x4 + 0x2 + 0x1 / ..decimales..

Para evitar alteraciones en la lectura de los ángulos al pasarlo a digital, se introduce la referencia de la alimentación de las R's para que al variar la tensión de alimentación también varíe en la referencia y transmita el ángulo real. De esta forma tendrán la misma referencia las S, las R y las tarjetas convertidoras.

Entrada > Unidad de control > Actuador > Retroalimentación > Salida

Sincros de Par: Sistema de Autoequilibrado

1. Sistema en correspondencia: No hay circulación de corriente en los devanados del transmisor. No hay campo magnético en las bobinas del estátor del receptor. No se ejerce fuerza alguna sobre el rotor.

2. Sistema desalineado: Desequilibrio en los voltajes del estátor de transmisor y receptor. Circulación de corriente entre ambos estátores. Par de giro sobre el rotor del receptor que gira para sincronizarse con el rotor del transmisor.

3. Máxima corriente: Cuando los rotores del transmisor y receptor están desfasados 90º.