Электронные устройства двигателя, движущий механизм проигрывателя грампластинок, Тонармы, требования к тонармам, обычные тонармы, high-End, hi-fi, винтажная электроника, винтаж, vintage

Проигрыватели и грампластинки > Tранспортный механизм > Электронные устройства двигателя >

5. 3. Электронные устройства двигателя

Типы двигателей. При описании отдельных видов передач упоминались типы двигателей, с которыми они работают наиболее эффективно. Самой старой является фрикционная передача, работающая с быстроходными синхронными или асинхронными двигателями.

	Якоря асинхронных (или индукционных) двигателей состоят из большого числа отрезков медных проводов, концы которых соединены друг с другом.
	Поэтому такие двигатели называются двигателями с короткозамкнутым ротором. Якорь располагается между полюсами статора.
	Магнитная цепь статора снаружи окружена обмоткой, в которую подается ток, возбуждающий в статоре вращающееся магнитное поле, приводящее якорь во вращение.
	Для запуска двигателя симметрия магнитного поля нарушается с помощью короткозамкнутого витка из меди (двигатель с экранированными полюсами) или пускового конденсатора.
	Число оборотов якоря всегда меньше числа оборотов магнитного поля, т. е. синхронизм отсутствует. При синхронных оборотах ток в витках якоря не индуцируется и момент двигателя равен нулю.
	Так как трение в подшипниках якоря создает определенный тормозящий момент, число оборотов двигателя на холостом ходу остается ниже числа синхронных оборотов. Номинальное значение частоты вращения зависит от значения питающего напряжения и от сопротивления нагрузки.
	Следовательно, постоянное число оборотов может быть достигнуто только при достаточно большом моменте вращения, т. е. при двигателе с увеличенными размерами.

Основные параметры асинхронного двигателя, применяемого для проигрывателей (фирма «Филипс», тип 9904 122 05 311), следующие:

Пусковой момент (n=150 мин—1), Н*м	20*10—4
Максимальный момент, Н*м	30*10-4
Частота вращения при максимальном моменте, мин-1	2000
Максимальная механическая мощность, Вт	0,6
Частота вращения при максимальной мощности, мин-1	2200
Частота вращения на холостом ходу, мин-1	2850
Потребляемая без нагрузки электрическая мощность, Вт	0,6

По своей конструкции синхронные двигатели существенно отличаются от асинхронных. Якорем в них служит постоянный магнит, а магнитное поле пульсирует в статоре синхронно с частотой сети. Это магнитное поле можно представить в виде равнодействующего двух магнитных полей, вращающихся по кругу. Якорь синхронного двигателя может вращаться в обоих направлениях.

Требуемое направление вращения обеспечивается или механической блокировкой или электрическим путем. При одной паре полюсов (двух полюсах) якорь делает оборот за один период переменного тока. Частота вращения двигателя

При одной паре полюсов (двух полюсах) якорь делает оборот за один период переменного тока. Частота вращения двигателя.

Частота вращения не зависит ни от напряжения сети, ни от нагрузки. Если число пар полюсов якоря равно р, то за период он поворачивается на угол 3607р. и, таким образом, число оборотов четырехполюсного двигателя (р=2)

Колебания частоты синхронного двигателя, как правило, меньше, чем у асинхронного, хотя из-за имеющегося в якоре постоянного магнита наблюдаются скачки при переходе от полюса к полюсу. Их мешающее действие может быть значительно снижено увеличением числа полюсов:

например, частота вращения 24-х полюсного синхронного двигателя n=250 мин-1 и частота соответствующих им колебаний около 4 Гц. Наиболее выгодно эти тихоходные синхронные двигатели могут использоваться при ременной передаче.

Колебания вала двигателя могут быть снижены, если два синхронных двигателя посадить на один общий вал так, чтобы их полюса точно совпадали (рис. 1), а обмотки питались токами, сдвинутыми по фазе на 90 градусов по отношению один к другому.

В этом случае мощность на валу и значение это в каждый момент времени постоянно, так как

Сдвиг по фазе наиболее просто осуществляется с помощью конденсатора. Основные данные сдвоенного синхронного двигателя, примененного в проигрывателе «Филипс 9904 III 04311», следующие:

Частота вращения, мин—1	250
Пусковой момент, Н*м	100*10—4
Рабочий момент, Н*м	100*10-4
Рабочий момент, Н*м	(90—110)*10-4
Напряжение сети, В	110(200—120)
Потребление тока, мА	18
Потребляемая электрическая мощность, Вт	1,8

Рисунок 1. Конструкция двойного синхронного двигателя: 1 — обмотка; 2 — двойной якорь

	В проигрывателях грампластинок фирмы «Гарард» часто применяется особый синхронный двигатель. В котором на одном валу друг над другом расположены асинхронный и синхронный двигатели.
	Асинхронный двигатель имеет большие размеры, достаточный пусковой момент и обеспечивает работу автоматического устройства для смены пластинок.
	Синхронный двигатель небольших размеров поддерживает при проигрывании постоянную частоту вращения, не зависимую от колебаний напряжения сети и нагрузки.
	Следующую большую группу составляют двигатели постоянного тока. Якорь традиционного двигателя постоянного тока представляет собой постоянный магнит, а ток в обмотку статора подается через щетки.

Последние каждые пол-оборота изменяют направление тока, протекающего через обмотку, поэтому двигатели такого типа называют еще и коллекторными двигателями постоянного тока. Возникающее при коммутации искрение может быть снижено подключением к щеткам сопротивлений, зависящих от напряжения.

Таким образом можно значительно увеличить срок службы щеток. Момент этих двигателей возрастает пропорционально потребляемому току, но число оборотов в большой степени зависит от напряжения. Поэтому для эффективного применения в проигрывателях двигатель, как правило, дополняется электронным блоком, который независимо от питающего напряжения и температуры окружающей среды подает на него постоянное напряжение.

Параметры двигателя постоянного тока, примененного в проигрывателе «Филипс 9904 120 0152» со схемой регулирования напряжения типа 9904 132 01 006, следующие:

Пусковой момент, Н*м	50*10-4
Рабочий момент, Н*м	10*10—4
Номинальное напряжение, В	4,5
Частота вращения при номинальной нагрузке, мим-1	2000
Частота вращения на холостом ходу, мин-1	2650
Потребление тока при номинальной нагрузке, А	0,11

В новейших устройствах используют бесконтактные двигатели постоянного тока с электронными коммутаторами. В таких двигателях, как правило, применяют блок регулирования числа оборотов.

	Электронные регуляторы числа оборотов. Описываемые здесь электронные приводы по способу регулирования можно разделить на три группы.
	Простые регуляторы с достаточной точностью управляют частотой вращения двигателя, но на их работу не влияет частота вращения ни двигателя, ни диска. Эти регуляторы выгодно применять в двигателях, в которых частота вращения не зависит от нагрузки, например в синхронных (L85 фирмы «Ленко», TD125 фирмы «Торенс»).
	В других регуляторах (для чувствительных к нагрузке двигателей) сигнал обратной связи, пропорциональный действительной частоте вращения вала двигателя, подается на регулирующий блок, который определяет частоту вращения («Браун PS600», «Филипс 212» и так далее).
	В третьей, наиболее эффективной группе регуляторов сигнал ошибки пропорционален частоте вращения не вала двигателя, а диска проигрывателя. В особых случаях два последних варианта могут совпадать, например при прямом приводе частота вращения двигателя и диска проигрывателя одинаковы.
	Упомянутый в первой группе проигрыватель типа TD125 фирмы «Торенс» выпускается с 1968 г.

Это один из самых старых проигрывателей с электронным приводом. Необходимую для вращения диска энергию обеспечивает многополюсный двойной синхронный двигатель. На его валу имеется переключатель момента, внешнюю сторону которого охватывает плоский ремень длиной 540 мм. Этот переключатель, с одной стороны, снижает время разгона диска до номинальной частоты вращения, с другой стороны, при остановке диска рукой во время вращения двигателя препятствует деформации ремня. Различий в механике проигрывателей типов «TD125» и «TD125 Мк11» нет.

Рисунок 2. Схема генератора синусоидальных и косинусоидальных колебаний на мостике Вина для привода с двойным синхронным двигателем («Торенс TD125Mк11»)

Генератор на мостике Вина, обладающий большой стабильностью по амплитуде и частоте и чувствительный к колебаниям температуры, вырабатывает неискаженные синусоидальный и косинусоидальный сигналы частотой 50 Гц, при которых частота вращения вала синхронного двигателя равна 375 мин-1.

	С помощью ременной передачи частота вращения диска становится равной 45 мин-1. Частота вращения изменяется электронным способом без перебрасывания ремня на разные диаметры шкива, а частота напряжения, питающего двигатель, снижается при этом до 37 или 18,5 Гц. Частоту вращения можно изменить примерно на ±3% с помощью потенциометра 5 кОм, ручка которого расположена среди органов управления проигрывателя.
	Собственно генератор состоит из одной интегральной микросхемы (ИMC1), на неинвертирующий вход которой (вывод 5) подается положительная обратная связь через параллельно последовательную цепочку, задающую частоту. Дополнительный эмиттериый повторитель без усиления по напряжению обеспечивает согласование между интегральной микросхемой и двигателем.
	Амплитуда выходного сигнала устанавливается потенциометром, регулирующим лампу накаливания, подключенную к инвертирующему входу интегральной микросхемы (вывод 4). При начальной установке на двигатель подается напряжение 9 В. У сдвоенных синхронных двигателей колебания вала, обусловленные возбуждением, не наблюдаются, если на две отдельные обмотки напряжение подается со сдвигом по фазе на 90°.

С этой целью на вход интегральной микросхемы ИМС2 через RС-цепочку с постоянной времени 0,33 мкс подаются сигналы трех частот генератора всегда с приблизительно одинаковым сдвигом по фазе в 90°. Усиленный сигнал может быть установлен так же, как и в прямой ветви (при помощи отрицательной обратной связи). Обе интегральные микросхемы представляют собой операционные усилители типа МА А709С.

Электронный генератор с относящимися к нему выпрямителями и емкостным фильтром располагается на одной печатной плате. Очевидно, что работающие на выпрямленном напряжении, полученном с сетевого блока питания, электронные генераторы могут одинаково использоваться как при частоте сети 50 Гц, так и при частоте 60 Гц. Кроме того, возможна работа и от аккумулятора.

Рисунок 3. Структурная схема электронного устройства для вращения диска с трехфазным двигателем (ЕМТ 928)

	Соответственно применив в приведенной выше схеме сдвиги по фазе +120° и —120°, можно изготовить электронный трехфазный генератор, имеющий в каждый момент времени одинаковую мощность, приводящую во вращение вал двигателя.
	Такое электронное устройство, обладающее большой надежностью, разработано для двойной ременной передачи студийного проигрывателя типа ЕМТ928. Структурная схема трехфазного электронного генератора представлена на рисунке 3.
	В венгерских специализированных магазинах первым представителем проигрывателей с электронным приводом был L851C фирмы «Ленко».
	Построенный на двух интегральных микросхемах генератор питает 16-ти полюсный синхронный двигатель, установленный на упругой подвеске внутри закрытого корпуса.
	Интегральная микросхема (NE566V фирмы «Сигнетикс» или 1M566CN фирмы «Нейшнл Семикондактэ») вырабатывает треугольные или прямоугольные сигналы. Используется только вывод 4, с которого снимается треугольный сигнал (рис. 4).

Частоту определяют конденсатор С10, резисторы R21, R24, R25, установочный потенциометр ТРЗ и потенциометр регулировки числа оборотов Р1, вынесенный на панель органов управления. Повернув этот потенциометр от положения максимума в обратном направлении на 180°, потенциометром ТРЗ можно грубо установить частоту 50 Гц. После этого потенциометром точной настройки частота может изменяться между 48,5 и 53,5 Гц, что означает —3 и +7%.

Очень важна симметрия треугольного сигнала, поэтому выбранная после тщательного отбора интегральная микросхема, генерирует импульсный сигнал с симметрией не ниже 2,5%. При идеальной форме сигнала можно добиться минимальных колебаний вала, сравнимых только с колебаниями вала двойного симметричного синхронного двигателя.

Рисунок 4. Схема электронного устройства для вращения диска с генератором треугольных сигналов («Ленко L851C»)

	Так как схема генератора имеет небольшую выходную мощность (для возбуждения двигателя она недостаточна), выходной сигнал усиливается по мощности интегральной микросхемой ИМСЗ (МА706ВРС, ТВА641В11).
	Установочный потенциометр между двумя интегральными микросхемами позволяет установить пиковое напряжение на зажимах двигателя, равное 14 В, предписанное инструкцией.
	Типичным проигрывателем с электронным приводом, относящимся ко второй группе, является проигрыватель «Филипс 212» (см. рис. 5).
	Простая, в принципе, электронная схема стабилизации обеспечивает постоянную частоту вращения диска, точную подстройку этой частоты и ее изменение при наличии сигнала, зависящего от фактической частоты вращения, а не от зависимости напряжение — частота вращения двигателя постоянного тока и от ее разброса.
	Этот сигнал образуется тахогенератором, укрепленным на валу двигателя постоянного тока с позолоченным коллектором.

Рисунок 5. Внешний вид проигрывателя «Филипс 212»

Тахогенератор вырабатывает сигнал, пропорциональный частоте вращения двигателя, который после выпрямления и сглаживания сравнивается с напряжением опорного сигнала, определяющего номинальную частоту вращения. Затем сигнал сравнения подается на трехкаскадный транзисторный усилитель с гальваническими связями, регулирующий напряжение на двигателе.

	Например, при номинальной частоте вращения 331/3 мин-1 это напряжение равно —2 В. При этом частота вращения двигателя составляет примерно 1000 мин-1; при частоте 45 мин-1 частота вращения двигателя равна 1360 мин-1. Большой пусковой момент двигателя постоянного тока делает возможным быстрое раскручивание относительно легкого диска.
	Если во время работы частота вращения диска снизилась, например, из-за применения устройства для очистки пластинки, то тахогенератор выдаст сигнал с меньшим напряжением. При этом потенциал на базе транзистора T438, а также ток его коллектора уменьшаются.
	Вследствие этого потенциал на базе транзистора Т439 увеличится, ток эмиттера, являющийся и током базы выходного транзистора Т440, возрастает и таким образом двигатель из-за увеличения тока через оконечный транзистор вновь вращает диск с частотой, не выходящей из рамок заданного допуска 0,2%. Естественно, такое регулирование компенсирует также и кратковременные изменения числа оборотов диска, поэтому они не влияют на восприятие звука.
	Опорное напряжение в зависимости от выбранной частоты вращения диска определяется током, протекающим через транзистор Т436 или транзистор Т437. Германиевые диоды предназначены для температурной компенсации. К этой группе относится и фрикционный привод проигрывателя PS600 фирмы «Браун», но его двигатель постоянного тока имеет электронный коммутатор.

Из регуляторов, принадлежащих к третьей группе, рассмотрим три устройства с прямым приводом. Во всех трех случаях вращение двигателя обеспечивает электронная коммутация (высокочастотный вариант или генератор на датчике Холла), а регулирующая цепь, используяющая сигнал, пропорциональный частоте вращения двигателя, поддерживает постоянство частоты вращения.

	Японская фирма «Мацушита» одна из первых изготовила двигатель с очень низким числом оборотов для использования в проигрывателях (1970 г.). Двигатель типа SP-10 состоит из трех обмоток La,Lb,Lc (Рис. 6) и 20-ти полюсного якоря.
	На якоре укреплен десяти полюсный диск, зубья которого подключают сигнал высокочастотного генератора, работающего примерно на частоте 50 кГц, к обмоткам импульсного датчика положений. В соответствии с датчиком высокочастотный сигнал, после выпрямления диодом Д, открывает транзистор переключающего блока, ток которого, протекая через обмотку L1, притягивает магнитное кольцо якоря и вращает двигатель дальше.
	Высокочастотный импульсный датчик положения осуществляет только коммутацию двигателя, поэтому частота вращения включенного двигателя возрастает быстро. Двигатель и диск набирают частоту вращения 331/33 мин-1 примерно за 1 с. В этот момент в катушках датчика частоты вращения статора 10-ти полюсного магнитная цепь якоря индуцирует сигнал частотой примерно 5 Гц, значение которого пропорционально частоте вращения.
	Вычитая после выпрямления этот сигнал из напряжения опорного сигнала, получают сигнал ошибки, пропорциональный отклонению частоты вращения от номинального значения. Этот сигнал после усиления ограничивает ток транзисторов переключающей схемы, т. е. регулирует частоту вращения. Двигатель работает при напряжении питания 15 вольт, потребление тока 50 мА.

Рисунок 6. Принципиальная схема прямого привода, работающего с высокочастотным генератором SP-10

	Изменение частоты вращения может быть осуществлено также и путем регулирования напряжения опорного сигнала или его переключением. В этих устройствах колебания частоты вращения, согласно данным завода изготовителя, не превышает 0,04%.
	Электрическая схема двигателя типа EDS1000 проигрывателя с прямым приводом «Dual 701» представлена на рисунке 7, а разрез двигателя — на рисунке 8.
	Двигатель работает на постоянном токе, напряжение питания 15 вольт, необходимую для вращения коммутацию осуществляют два датчика на элементах Холла. Эти датчики в зависимости от положения якоря, открывают коммутирующие транзисторы, которые по очереди пропускают ток на 4-е статорные обмотки двигателя.
	Сформировавшееся над системой обмоток вращающееся магнитное поле поворачивает имеющийся на якоре 8-ми полюсный кольцевой магнит.
	Поле этого кольцевого магнита не только управляет датчиком положения на элементе Холла и обеспечивает магнитное силовое воздействие, необходимое для вращения двигателя, но и одновременно может использоваться для индикации частоты вращения.
	Ибо в тех обмотках, по которым в данный момент ток не протекает, индуцируется напряжение, пропорциональное числу вращения.
	Сравнивая его с отдельно полученным опорным напряжением, получается сигнал ошибки, который после усиления операционным усилителем, регулирует ток ключевых транзисторов.
	В результате регулирования кратковременные колебания частоты вращения двигателя не превышают 0,025%.

Рис. 7. Схема прямого привода с датчиком Холла (« Dual 701»)

Рис. 8. Разрез двигателя «проигрывателя Dual 701»


	1. посадочная поверхность диска;
	2. шпиндель для центрирования пластинки;
	3. металлическая пластинка;

	4. вал, центрирующий диск;
	5. кольцевой магнит;
	6. якорь;
	7. обмотки;
	8. подшипник скольжения;
	9. каркас обмотки

Рисунок 9. Структурная схема прямого привода, работающего с оптическим измерителем частоты вращения диска (ЕМТ950)

	Первый студийный проигрыватель с прямым приводом был разработан фирмой «ЕМТ» в 1976 г.
	Структурная схема привода устройства типа ЕМТ950 представлена на рис. 9.
	Коммутацией управляют датчики на генераторах Холла, а последовательность импульсов с частотой, пропорциональной частоте вращения, выдают щели тахометрического диска, вращающегося между светодиодом, излучающим инфракрасный свет с длиной волны 900 нм, и фототранзистором.
	После преобразования частоты в напряжение из последовательности импульсов получается сигнал, необходимый для работы блока электронной регулировки.
	В этом проигрывателе инерция диска имитируется исключительно электронным устройством, так как сам он изготовлен из эпоксидной смолы, усиленной стеклянными нитями.
	Этот диск с чрезвычайно малой массой позволяет решить вопрос мгновенного запуска студийного проигрывателя без использования вспомогательного диска.
	Опорный диск в проигрывателе может вращаться и в обратную сторону, т. е против часовой стрелки.
	Проигрыватель ЕМТ 950 представленный в 1976 году действительно является профессиональной машиной. Построенный без каких-либо компромиссов, без ограничений в стоимости, в весе, в размере и в эстетике, проигрыватель был произведен двух видов. ЕМТ 950, (ширина 693 мм) с элементами управления расположенными с левой стороны диска.
	У проигрывателя 950 было три скорости (33,33, 45 и 78 об/мин) с автоматическим выбором между 33,33 или 45. У электрофона предусмотрен центральной адаптер.

Можно было заказать любую конфигурацию проигрывателя ЕМТ 950 при условии, что клиент может заплатить чрезвычайно высокую цену за эту машину. В 1976 году проигрыватель стоил 15000 немецких марок, это был только прейскурант на базовую комплектацию модели 950.

			Все права защищены © 2003-2017. Разрешается использование при условии указания живой ссылки на сайт http://inthouse.ru/	jazz012@yandex.ru	+7 (926) 906-6548
				inthouse@list.ru	+7 (495) 771-2800