leoniv (leoniv) wrote,
leoniv
leoniv

Categories:

Боковые двигатели "Электроника-004" (часть 2)



Поскольку уже был сделан высоковольтный усилитель, весьма заманчивым было попробовать запитать двигатель от двухфазного частотного преобразователя без использования фазосдвигающего конденсатора. Обычно рассматриваются частотники для трехфазных двигателей, которые имеют три одинаковых фазных обмотки. Конденсаторный асинхронный двигатель является двухфазным, статорные обмотки смещены на 90 электрических градусов.



Обмотки конденсаторных двигателей часто бывают неодинаковыми. Дело в том, что для конденсаторного двигателя требуется получить круговое вращающееся поле статора, что требует сдвига токов фаз на 90 градусов и равенства МДС обмоток. Чтобы этого достичь, обмотки такого двигателя делают разными, одна является основной обмоткой, вторая (которая включена через конденсатор) – вспомогательной. У двигателя ДП-3 основная обмотка содержит 1200 витков, 6 секций, провод 0.36 мм, сопротивление 38.2 Ом. Вспомогательная обмотка содержит 1680 витков, 6 секций, провод 0.34 мм, сопротивление 58 Ом. Индуктивность вспомогательной обмотки получается в 2 раза больше, чем основной. Омическое сопротивление различается примерно в 1.5 раза (обмотки выполнены проводом разного диаметра). Все это усложняет подключение такого двигателя к частотному преобразователю.



Сдвиг меду фазами определяется конструкцией статора и составляет 90 градусов, в этой части вопросов нет. А вот что касается токов обмоток, их надо выбирать из соображения равенства МДС, только в этом случае поле будет круговым. В данном случае ток вспомогательной обмотки должен быть установлен в 1.4 раза ниже тока основной. Но поскольку ее индуктивность вдвое выше, напряжение питания вспомогательной обмотки требуется примерно в 1.4 раза выше (зависит от величины скольжения). Это является дополнительным неудобством и требует повышенного напряжения питания инвертора. В макете частотного преобразователя в качестве задающего генератора я использовал SG-642, который позволяет установить сдвиг фаз между каналами 90 градусов и независимо регулировать амплитуду в каждом канале.





Включение двигателя от двухфазного частотного преобразователя показало полное отсутствие гудения, слышно лишь легкое шуршание подшипников и шум воздуха. Замечательный результат! К тому же, появляется возможность частотного регулирования, хотя бы скалярного по закону V/f = const. При работе в режиме подмотки частота вращения боковых узлов очень малая, нет необходимости делать частоту питания двигателя 50 Гц и работать с большим скольжением. Уменьшив частоту до 10 – 20 Гц можно сместить все возможные вибрации в менее слышимую низкочастотную область.

Поскольку в магнитофоне рядом с двигателями находятся чувствительные аналоговые схемы, делать ключевой выходной каскад с ШИМ весьма рискованно. Поэтому я сделал выходной каскад частотника линейным. Как результат, получил сильный нагрев даже в режиме рабочего хода. Проблему усугубляет необходимость получения повышенного напряжения питания для высокоиндуктивной вспомогательной обмотки. Режим перемотки даже не проверял, для этого надо поднимать напряжение питания еще выше, такой возможности у меня нет. Можно было, конечно, запитать двухфазный двигатель от трехфазного инвертора (Microchip AN967, AN887), тогда можно получить на обмотках более высокое напряжение. А регулируя сдвиг третьей фазы можно задать любое соотношение напряжений для двухфазного двигателя. При питании выпрямителей от обмоток трансформатора 60 В (±84 В постоянки) в трехфазном варианте со сдвигами фаз 0, 180 и 109 градусов как раз получается отношение напряжений между фазами 1.4 раза со сдвигом 90 градусов. При этом на основной обмотке получается примерно 70 В RMS (что для перемотки все равно маловато).

Мощность рассеивания для линейного усилителя можно снизить и другим способом, применив многоуровневое питание. Но это очень заметное усложнение как самого частотника, так и блока питания.

Еще одна проблема – из-за неодинаковых обмоток двигателя оптимальное напряжение их питания будет несколько зависеть от скольжения. Надо всегда поддерживать номинальное отношение токов фаз, а не напряжений. Это требует измерения тока, что усложняет схему. Тут можно всерьез задуматься – а не перемотать ли двигатель в трехфазный с симметричными обмотками? При этом можно сделать их более низковольтными, что упростит инвертор. Но все это слишком трудоемко.

Короче говоря, от частотника двигатель работает просто идеально. Но линейный частотник очень сильно греется, к тому же, это сложная и дорогая штука. Можно задуматься, очень ли это надо?

Идеальная работа двигателя от двухфазного частотника на первый взгляд кажется странной, так как ранее опробованное питание двигателя в конденсаторном включении от однофазного частотника не привело к уменьшению гудения. А дело оказалось в том, что конденсаторная схема не может обеспечить точное равенство МДС обмоток при изменении скольжения. Отношение токов обмоток меняется при изменении скольжения в двигателе, так как меняется характер его импеданса (чем выше скольжение s, тем больше активная составляющая).



Точное равенство может выполняться только при какой-то одной определенной нагрузке двигателя, когда он работает с определенным скольжением. Во всех других случаях поле статора будет не круговым, а эллиптическим. Как оказалось, искажение формы поля приводит к повышению гудения.

Для конденсаторных двигателей величину емкости обычно выбирают оптимальной для номинального режима работы (номинальной нагрузки, которая дает номинальное скольжение). Во время пуска двигателя скольжение намного больше, при этом емкость оказывается недостаточной. Поэтому иногда добавляют еще одну отключаемую пусковую емкость. Часто делают рабочую емкость побольше, сдвигая оптимум в сторону большего скольжения, чтобы увеличить пусковой момент.

Для боковых двигателей магнитофона скольжение при работе меняется в широких пределах. Сложно сказать, какой режим для них является номинальным. Емкость 6 мкФ для ДП-3 дает примерно номинальное отношение токов обмоток при остановленном роторе. Похоже, она оптимизировалась для режима подмотки. А в режиме перемотки ток вспомогательной обмотки сильно завышен, как результат, имеем сильное гудение. В теории, при перемотке можно включить емкость поменьше, но из-за того, что скорость вращения меняется в широких пределах, особого толка не будет. Да и момент несколько упадет.

Конкретно для ДП-3 с конденсатором 6 мкФ получаются следующие значения (напр. на осн. обмотке, напр. на вспом. обмотке, напр. на конд.):

- крутится без нагрузки: 50 В, 116 В, 136 В.
- ротор остановлен: 50 В, 78 В, 98 В.

Общий ток потребления почти не меняется: 186 мА – свободное вращение, 210 мА – остановленный ротор. Но при этом сильно меняется отношение токов обмоток: у основной с 120 до 170 мА, у вспомогательной с 190 до 140 мА. Измерения, естественно, скалярные, без учета сдвига фаз.

При питании двигателя от частотника с помощью датчиков тока в цепи обмоток измерил ток. Когда наблюдается минимум гудения, ток вспомогательной обмотки был меньше примерно в 1.4 раза, чем основной. Минимум гудения выражен довольно резко. Тогда, наверное, и при питании от сети при правильном балансе фаз гудение можно устранить.

Чтобы проверить это, основную обмотку запитал от обмотки трансформатора напряжением 67 В, а вспомогательную обмотку вместе с конденсатором запитал от ЛАТРа. Регулировкой напряжения легко находится минимум гудения, в некоторой точке оно практически пропадает. При свободном вращении эта точка соответствует примерно 20 В на выходе ЛАТРа. При этом на вспомогательной обмотке напряжение около 95 В. Если двигатель немного притормозить (увеличить скольжение), он снова начинает гудеть, а напряжение на вспомогательной обмотке падает. Увеличением напряжения ЛАТРа снова можно найти точку, где гудение исчезает. Чем выше нагрузка, тем больше требуется напряжение. При этом на вспомогательной обмотке минимум гудения всегда соответствует напряжению примерно 95 В, а отношение токов обмоток всегда равно 1.4. Т.е. если поддерживать постоянное отношение токов, то двигатель не гудит во всем диапазоне скоростей вращения.

Результат этого эксперимента я записал в wav-файл (motor_balance.wav, 2.9 Мб), вибрацию двигателя измерял с помощью MEMS-акселерометра. В начале файла двигатель включается, оба напряжения равны 64 В. Гудение появляется сразу после подачи питания, когда двигатель еще неподвижен, по мере разгона гудение увеличивается. Затем я снижаю напряжение питания вспомогательной обмотки, чтобы получить отношение токов 1.4. Где-то после 20-й секунды достигается оптимум, двигатель вращается, слышно только шуршание. Затем после 25-й секунды я еще больше снижаю ток вспомогательной обмотки, гудение снова растет, хоть и не в такой степени. Эффект очень заметный.

Вот этот файл, представленный в виде графика (для наглядности выбросил промежуток с 20-й по 25-ю секунду, где напряжение не менялось):



Минимум гудения весьма острый, для этого баланс токов фаз надо поддерживать весьма точно. В принципе, для этого не обязателен частотный преобразователь. В литературе описаны различные методы для поддержания баланса фаз. По теме регулировки однофазных конденсаторных асинхронных двигателей (ОКАД) есть книга: Усманходжаев Н.М., Нугманов Б.К. "Тиристорное управление и регулирование однофазных конденсаторных асинхронных двигателей". Практически половину в ней занимает описание методов симметрирования фаз.



Получается, форма питающего напряжения на гудение практически не влияет, намного важнее баланс фаз. При хорошо сбалансированных фазах нет нужды понижать частоту питания двигателя – и на 50 Гц гудения практически не слышно. Это позволяет поступить проще – не делать частотник, а просто поставить два регулирующих транзистора на каждый двигатель. Обратная связь должна поддерживать номинальное отношение средних значений токов фаз. Но конкретно в магнитофоне «Электроника-004» реализовать такой способ мешает то обстоятельство, что для питания каждого двигателя нужны две полностью раздельные обмотки. В любом случае, это заметное усложнение схемы питания двигателей. Требуется более простое решение.

Tags: electronics, reel-to-reel, Электроника-004, катушечник, магнитофон
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Измеритель уровня V0.1

    Сделал первую версию прошивки нового измерителя уровня для магнитофона "Электроника-004". Все еще очень-очень сырое, но уже полоски как-то…

  • Sharp GF-777

    Попал тут ко мне Sharp GF-777. Без преувеличения можно сказать, что это легенда. Обладать таким аппаратом могли лишь избранные. Стоил он когда-то…

  • JVC TD-V662

    Когда просят посмотреть кассетную деку, говорят удивительные вещи. Что не могут найти мастера, который за это бы взялся. Но ведь аналоговая…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic
    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 12 comments

Recent Posts from This Journal

  • Измеритель уровня V0.1

    Сделал первую версию прошивки нового измерителя уровня для магнитофона "Электроника-004". Все еще очень-очень сырое, но уже полоски как-то…

  • Sharp GF-777

    Попал тут ко мне Sharp GF-777. Без преувеличения можно сказать, что это легенда. Обладать таким аппаратом могли лишь избранные. Стоил он когда-то…

  • JVC TD-V662

    Когда просят посмотреть кассетную деку, говорят удивительные вещи. Что не могут найти мастера, который за это бы взялся. Но ведь аналоговая…