متزامن

المحوّل التزامني (المعروف أيضًا باسم سيلسين وبأسماء تجارية أخرى) هو في جوهره محوّل كهربائي يمكن تغيير اقترانه بين الملفين الابتدائي والثانوي بتغيير الوضع النسبي للملفين. تُستخدم المحوّلات التزامنية غالبًا لقياس زاوية دوران آلة دوارة، مثل منصة هوائي أو جهاز إرسال دوراني. في تركيبه الفيزيائي العام، يشبه إلى حد كبير المحرك الكهربائي. يُغذّى الملف الابتدائي للمحوّل، المثبت على الدوّار ، بتيار متناوب ، والذي يُحدث، بفعل الحث الكهرومغناطيسي ، فروق جهد بين الملفين الثانويين الموصولين على شكل حرف Y والمثبتين بزاوية 120 درجة على الجزء الثابت . تُقاس فروق الجهد وتُستخدم لتحديد زاوية الدوّار بالنسبة للجزء الثابت.

استُخدمت أنظمة التزامن لأول مرة في نظام التحكم في قناة بنما في أوائل القرن العشرين لنقل مواضع بوابات الأقفال وصمامات القناة، ومستويات المياه، إلى غرف التحكم. ^{[ 1 ]}

استخدمت أنظمة التحكم في إطلاق النار التي طُوّرت خلال الحرب العالمية الثانية أجهزة التزامن على نطاق واسع، لنقل المعلومات الزاوية من المدافع وأجهزة التصويب إلى حاسوب تحكم تناظري ، ولإرسال موضع المدفع المطلوب إلى موقعه. كانت الأنظمة المبكرة تُحرّك أقراص المؤشرات فقط، ولكن مع ظهور جهاز الأمبليداين ، بالإضافة إلى المحركات الهيدروليكية عالية الطاقة ، أصبح بإمكان نظام التحكم في إطلاق النار التحكم مباشرةً في مواضع المدافع الثقيلة. ^{[ 2 ]}

لا تزال أجهزة التزامن الصغيرة تُستخدم لتشغيل مؤشرات القياس عن بُعد، وكأجهزة استشعار دورانية لأسطح التحكم في الطائرات، حيث تُعدّ موثوقية هذه الأجهزة المتينة ضرورية. وقد حلت الأجهزة الرقمية، مثل المشفر الدوراني، محل أجهزة التزامن في معظم التطبيقات الأخرى.

كانت محركات Selsyn تستخدم على نطاق واسع في معدات الصور المتحركة لمزامنة كاميرات الأفلام ومعدات تسجيل الصوت ، قبل ظهور المذبذبات البلورية والإلكترونيات الدقيقة .

تم استخدام أجهزة التزامن الكبيرة على السفن الحربية البحرية، مثل المدمرات، لتشغيل جهاز التوجيه من عجلة القيادة الموجودة على الجسر.

يوجد نوعان من أنظمة التزامن: أنظمة عزم الدوران وأنظمة التحكم.

في نظام عزم الدوران، يوفر جهاز التزامن خرجًا ميكانيكيًا منخفض الطاقة يكفي لتحديد موضع جهاز قياس، أو تشغيل مفتاح حساس، أو تحريك أحمال خفيفة دون الحاجة إلى تضخيم الطاقة. بعبارة أبسط، نظام تزامن عزم الدوران هو نظام تقوم فيه الإشارة المرسلة بالعمل المطلوب. في هذا النظام، يمكن تحقيق دقة تصل إلى درجة واحدة.

في نظام التحكم، يوفر جهاز التزامن جهدًا كهربائيًا لتحويله إلى عزم دوران عبر مُضخِّم ومحرك مؤازر . تُستخدم أجهزة التزامن من نوع التحكم في التطبيقات التي تتطلب عزم دوران كبير أو دقة عالية، مثل وصلات المتابعة وكاشفات الأخطاء في أنظمة التحكم المؤازر والآلي (مثل نظام الطيار الآلي). بعبارة أبسط، نظام التزامن للتحكم هو نظام تتحكم فيه الإشارة المرسلة بمصدر طاقة يقوم بدوره بالعمل المطلوب.

في كثير من الأحيان، يؤدي نظام واحد وظائف عزم الدوران والتحكم معًا. تُصمَّم الوحدات الفردية للاستخدام إما في أنظمة عزم الدوران أو أنظمة التحكم. يمكن استخدام بعض وحدات عزم الدوران كوحدات تحكم، ولكن لا يمكن لوحدات التحكم أن تحل محل وحدات عزم الدوران. ^{[ 3 ]}

سيندرج التزامن ضمن إحدى الفئات الوظيفية الثمانية التالية: ^{[ 4 ]}

جهاز إرسال عزم الدوران (TX)

المدخلات: يتم وضع الدوار ميكانيكياً أو يدوياً بواسطة المعلومات المراد إرسالها.

المخرجات: مخرجات كهربائية من الجزء الثابت تحدد موضع الدوار يتم تزويدها إلى مستقبل عزم الدوران أو جهاز إرسال عزم الدوران التفاضلي أو مستقبل عزم الدوران التفاضلي.

جهاز إرسال التحكم (CX)

المدخلات: نفس مدخلات الإرسال.

المخرجات: مخرجات كهربائية مماثلة لمخرجات جهاز الإرسال، ولكن يتم تزويدها بمحول تحكم أو جهاز إرسال تفاضلي للتحكم.

جهاز إرسال عزم الدوران التفاضلي (TDX)

المدخلات: يتم تطبيق خرج جهاز الإرسال على الجزء الثابت؛ ويتم وضع الدوار وفقًا لبيانات الكمية من جهاز الإرسال التي يجب تعديلها.

المخرجات: مخرج كهربائي من الدوار (يمثل زاوية تساوي المجموع الجبري أو الفرق بين زاوية موضع الدوار والبيانات الزاوية من جهاز الإرسال) يتم تزويده إلى مستقبلات عزم الدوران، أو جهاز إرسال واستقبال عزم دوران آخر، أو مستقبل عزم دوران تفاضلي.

جهاز إرسال تفاضلي للتحكم (CDX)

المدخلات: نفس مدخلات TDX ولكن البيانات مقدمة من CX.

المخرج: نفس مخرج TDX ولكن يتم تزويده فقط بمحول تحكم أو جهاز CDX آخر.

مستقبل عزم الدوران (TR)

المدخلات: بيانات موضع الزاوية الكهربائية من جهاز الإرسال (TX) أو جهاز الإرسال والاستقبال (TDX) التي يتم تزويدها إلى الجزء الثابت.

الناتج: يتخذ الدوار الوضع المحدد بواسطة المدخلات الكهربائية المزودة.

جهاز استقبال عزم الدوران التفاضلي (TDR)

المدخلات: البيانات الكهربائية المقدمة من جهازي إرسال، أو جهازي استقبال، أو من جهاز إرسال واحد وجهاز استقبال واحد (أحدهما متصل بالدوار والآخر متصل بالجزء الثابت).

الناتج: يتخذ الدوار وضعًا يساوي المجموع الجبري أو الفرق بين مدخلين زاويين.

محول التحكم (CT)

المدخلات: بيانات كهربائية من CX أو CDX مطبقة على الجزء الثابت. يتم وضع الجزء الدوار ميكانيكيًا أو يدويًا.

الناتج: الناتج الكهربائي من الدوار (يتناسب مع جيب الفرق بين الوضع الزاوي للدوار وزاوية الإدخال الكهربائي).

جهاز استقبال وإرسال عزم الدوران (TRX)

صُممت كمستقبل لعزم الدوران، ولكن يمكن استخدامها كمرسل أو مستقبل.

المدخلات: حسب التطبيق، نفس المدخلات في الإرسال.

المخرجات: حسب التطبيق، نفس مخرجات TX أو TR.

من الناحية العملية، تشبه أجهزة التزامن المحركات الكهربائية، إذ تتكون من دوار وجزء ثابت وعمود. عادةً، تربط حلقات الانزلاق والفرش الدوار بمصدر الطاقة الخارجي. يدور عمود جهاز إرسال التزامن بواسطة آلية إرسال المعلومات، بينما يدور عمود جهاز استقبال التزامن قرصًا، أو يشغل حملاً ميكانيكيًا خفيفًا. تُستخدم الوحدات أحادية وثلاثية الطور بشكل شائع، وتتبع دوران بعضها البعض عند توصيلها بشكل صحيح. يمكن لجهاز إرسال واحد تشغيل عدة أجهزة استقبال؛ وإذا كان عزم الدوران عاملاً مهمًا، فيجب أن يكون جهاز الإرسال أكبر حجمًا لتوفير التيار الإضافي. في نظام التعشيق السينمائي، يمكن لموزع كبير يعمل بمحرك تشغيل ما يصل إلى 20 جهازًا، بما في ذلك أجهزة دبلجة الصوت، وعدادات اللقطات، وأجهزة العرض.

تميل أجهزة التزامن المصممة للاستخدام الأرضي إلى العمل بتردد 50 أو 60 هرتز ( تردد التيار الكهربائي الرئيسي في معظم البلدان)، بينما تميل تلك المصممة للاستخدام البحري أو الجوي إلى العمل بتردد 400 هرتز (تردد المولد الكهربائي الموجود على متن السفينة والذي يتم تشغيله بواسطة المحركات).

تحتوي الوحدات أحادية الطور على خمسة أسلاك: اثنان لملف الإثارة (عادةً بجهد الخط) وثلاثة للمخرج/المدخل. تُوصل هذه الأسلاك الثلاثة بوحدات التزامن الأخرى في النظام، وتوفر الطاقة والمعلومات اللازمة لمحاذاة محاور جميع أجهزة الاستقبال. يجب أن تُغذى أجهزة إرسال واستقبال التزامن من نفس الدائرة الفرعية، أي يجب أن تتطابق مصادر جهد الإثارة الرئيسية في الجهد والطور. الطريقة الأكثر أمانًا هي توصيل الخطوط الخمسة أو الستة من أجهزة الإرسال والاستقبال بنقطة مشتركة. تختلف جهود خرج أنواع مختلفة من وحدات التزامن الذاتي، المستخدمة في أنظمة التعشيق. في جميع الأحوال، تتحمل الأنظمة ثلاثية الطور طاقة أكبر وتعمل بسلاسة أكبر. غالبًا ما يكون جهد الإثارة 208/240 فولت تيار متردد ثلاثي الأطوار. تعمل العديد من وحدات التزامن  أيضًا على جهد متردد من 30 إلى 60 فولت.

أجهزة الإرسال المتزامنة هي كما هو موضح، ولكن أجهزة الاستقبال المتزامنة بتردد 50 و 60 هرتز تتطلب مخمدات دوارة لمنع أعمدة الدوران من التذبذب عندما لا تكون محملة (كما هو الحال مع الأقراص) أو محملة بشكل خفيف في التطبيقات عالية الدقة.

يُعدّ نوعٌ مختلفٌ من أجهزة الاستقبال، يُسمى محوّل التحكم (CT)، جزءًا من نظام مؤازر لتحديد الموضع، والذي يتضمن مُضخّمًا مؤازرًا ومحركًا مؤازرًا. يرتبط المحرك بدوار محوّل التحكم، وعندما يتحرك دوار جهاز الإرسال، يُدير المحرك المؤازر دوار محوّل التحكم والحمل الميكانيكي لمطابقة الموضع الجديد. تتميز محوّلات التحكم بملفات ثابتة ذات مقاومة عالية، وتستهلك تيارًا أقل بكثير من أجهزة الاستقبال المتزامنة العادية عند عدم ضبط موضعها بشكل صحيح.

يمكن لأجهزة الإرسال المتزامنة أيضًا تغذية المحولات الرقمية بالتزامن، والتي توفر تمثيلًا رقميًا لزاوية العمود.

تستخدم ما يُسمى بالمحركات التزامنية عديمة الفرش محولات دوارة (لا يوجد بينها وبين الدوار والجزء الثابت المعتادين أي تفاعل مغناطيسي) لتزويد الدوار بالطاقة. تحتوي هذه المحولات على ملفات ابتدائية ثابتة وملفات ثانوية دوارة. يشبه الملف الثانوي بكرة ملفوفة بسلك مغناطيسي، ويكون محور البكرة متمركزًا حول محور الدوار. تُمثل "البكرة" قلب الملف الثانوي، بينما تُمثل حوافها الأقطاب، ولا يتغير اقترانها بشكل ملحوظ مع تغير موضع الدوار. أما الملف الابتدائي فهو مشابه، محاط بقلبه المغناطيسي، وتشبه أطرافه حلقات سميكة. وتتوافق الثقوب الموجودة في هذه الأطراف مع أقطاب الملف الثانوي الدوارة.

لتحقيق دقة عالية في التحكم بإطلاق النار في الأسلحة النارية وفي مجال الطيران والفضاء، استُخدمت وصلات بيانات متزامنة متعددة السرعات. على سبيل المثال، تتكون الوصلة ثنائية السرعة من جهازَي إرسال، يدور أحدهما دورة كاملة على كامل نطاق الدوران (مثل اتجاه المدفع)، بينما يدور الآخر دورة واحدة لكل 10 درجات من الاتجاه. تُسمى هذه الأخيرة وصلة متزامنة 36 سرعة. وبطبيعة الحال، صُممت تروس النقل وفقًا لذلك. عند جهاز الاستقبال، يُحدد مقدار خطأ القناة 1X ما إذا كان سيتم استخدام القناة "السريعة" بدلاً منها. خطأ صغير بمقدار 1X يعني أن بيانات القناة 36x واضحة لا لبس فيها. بمجرد استقرار محرك جهاز الاستقبال، تحتفظ القناة الدقيقة عادةً بالتحكم.

بالنسبة للتطبيقات بالغة الأهمية، تم استخدام أنظمة التزامن ثلاثية السرعات.

تحتوي ما يُسمى بالمزامنات متعددة السرعات على أجزاء ثابتة ذات أقطاب متعددة، بحيث يمر جهد الخرج الخاص بها بعدة دورات خلال دورة كاملة. أما في الأنظمة ثنائية السرعات، فلا تتطلب هذه المزامنات تروسًا بين المحاور.

تُعدّ المُزامِنات التفاضلية فئةً أخرى. فهي تحتوي على دوّارات ثلاثية الأطراف وأجزاء ثابتة مشابهة للجزء الثابت الموصوف سابقًا، ويمكن أن تكون مُرسِلات أو مُستقبِلات. يُوصَّل المُرسِل التفاضلي بين مُرسِل المُزامِن ومُستقبِل، ويُضاف موضع عموده إلى (أو يُطرح من، حسب التعريف) الزاوية التي يُحدِّدها المُرسِل. يُوصَّل المُستقبِل التفاضلي بين مُرسِلين، ويُظهر مجموع (أو فرق، حسب التعريف أيضًا) مواضع عمودَي المُرسِلين. توجد أجهزة شبيهة بالمُزامِنات تُسمّى مُحلِّلات التزامن، وهي تُشبه المُزامِنات التفاضلية إلى حدٍّ ما، ولكن بدوّارات ثلاثية الأطراف وأجزاء ثابتة رباعية الأطراف.

يُشبه المُحلِّل المُزامِن ، لكنه يحتوي على جزء ثابت بأربعة أسلاك، وتكون اللفات متباعدة بزاوية 90 درجة بدلاً من 120 درجة. قد يكون دوّاره مُشابهاً لدوّار المُزامِن، أو يحتوي على مجموعتين من اللفات متباعدتين بزاوية 90 درجة. على الرغم من أن زوجاً من المُحلِّلات يُمكنه نظرياً العمل كزوج من المُزامِنات، إلا أن المُحلِّلات تُستخدم في الحسابات.

يوجد ترتيب محول خاص متصل على شكل حرف T اخترعه سكوت ( "سكوت تي" ) يربط بين تنسيقات بيانات المحلل والتزامن؛ وقد تم اختراعه لربط طاقة التيار المتردد ثنائية الطور بطاقة ثلاثية الطور، ولكن يمكن استخدامه أيضًا للتطبيقات الدقيقة.

• أمبليداين
• مشفر دوار
• محلل
• RVDT
• نظام المؤازرة
• محرك سيرفو

• محولات قياس التيار المتردد
• أبسون، أ.ر.؛ باتشيلور، ج.هـ. (1978) [1965]. دليل هندسة التزامن . بيكنهام: مكونات مويرهيد فاكتريك.