Доработка двигателя Арктур-006

Автор не несет ответственности за убитые "Арктуры006/005" (а так же другие проигрыватели), кривые руки повторяющих, травмы (в том числе и моральные) и т.д.!

            ВВЕДЕНИЕ
     Собственно не доработка, а почти полная переделка! Дело в том, что меня малость достала длительная нестабильность стандартного польского двигателя. Он требовал получасового прогрева перед прослушиванием, иначе, в течении проигрывания одной стороны винила, скорость неизбежно уходила! Посмотрев схему и устройство двигателя, а он синхронный, я решил поменять это все на что-нибудь цифровое и кварцованное. В общем, я однажды плюнул на все и выдрал с корнями старую плату, катушки обратной связи, лампочки и т.д. И понеслась... То что здесь представлено, это уже вторая итерация (с переделкой схемы, печатки...). Пока я занимался этой переделкой, я наткнулся на такое количество "граблей" хитро скрытых в листве, что был сам уже не рад своей гениальной идее. В один прекрасный момент, я понял, что изначально стоило все переделывать по другому! Тем, кто в состоянии сам разработать схему, плату и ПО для МК, я советую ввести МК в родные цепи управления двигателем (вместо регуляторов оборотов), замерять обороты датчиком холла и вводить поправки... Все это потому, что получив долговременную стабильность оборотов со своей новой схемой, я долгое время боролся с кратковременной (пришлось даже поменять саму идею управления), и я таки своего добился, но результат мог быть достигнут меньшей кровью, а само итоговое решение не отличается красотой.
       
                Фото в студию (Арктур-006 общий вид)
    Еще немного о поставленных задачах. Одной из главных задач, мною поставленных, было, произвести доработки и переделки не изменяя внешнего вида. А поэтому, хотя на проигрывателях высшего класса их нет (за счет кварцевой стабилизации), было решено оставить регуляторы оборотов, и более того, рабочими. Ногами не бить! :)
         Единственное, что я себе позволил - это заменит родной, сетевой стробоскоп на неонке, на кварцованный, светодиодный (у меня белые). Как известно, сетевая частота, мало того, что не равна 50Гц, она еще и "плавает". Изначально, я пробовал сделать стробоскоп на ATtiny13, но встроенный генератор своей стабильностью не порадовал, внешний городить не хотелось, а кварц не вешается. Поэтому новый стробоскоп исполнен на ATmega8 с кварцем (какой был), и выдает меандр 100Гц на ключик (BC857), который коммутит три светодиода, установленные в призму на место неонки. Схема (из-за своей элементарности) приводится здесь не будет. Программа, так же поражает своей гениальностью...

            УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ
         Изнутри система привода выглядит примерно так: на диске проигрывателя изнутри наклеена полоса со 120-ю магнитными полюсами, на столе, в непосредственной близости от этой части диска, расположены три электромагнита и три катушки обратной связи. Электромагниты (как и катушки связи) в пересчете к геометрии диска и расположению магнитных полюсов, развернуты друг относительно друга на 120 градусов. Таким образом двигатель работает в синхронном режиме, а на сверхнизких оборотах может работать в шаговом режиме. В оригинальной схеме катушки связи подключены ко входам усилителей, которые выдают напряжение непосредственно на катушки электромагнитов. За счет фазового сдвига катушек связи электромагнитов (получен геометрически), магнитное поле электромагнитов несколько опережает магнитное поле полюсов диска. Это явление и определяет наличие крутящего момента на диске. В оригинальной схеме привода присутствует RC-генератор перестраиваемый в небольших пределах регуляторами выведенными на переднюю панель. Частота генератора сравнивается с частотой следования импульсов с катушек обратной связи, результат сравнения используется для управления амплитудой напряжения прикладываемого к электромагнитам. Таким образом, при достижении необходимых оборотов мощность привода снижается на столько, что бы, только, компенсировать силы трения. И все бы хорошо, но генератор RC и жутко нестабильный, а схема стабилизации не учитывает температурный режим усилителей.         Все это натолкнуло на идею, сделать двигатель с кварцевой стабилизацией частоты, работающий в чистом синхронном режиме без снижения мощности.
Грабли №1 - Как оказалось в ходе исследований, полюса на диске расположены не равномерно (чуть-чуть), что повлекло за собой кратковременную нестабильность оборотов на каждом обороте диска при работе в чистом синхронном режиме. Нужно что-то делать :)
Грабли №2 - При снижении мощности двигателя в синхронном режиме, общая устойчивость системы резко падает, а она была и так не на высоте. Что это значит? Вращаясь в синхронном режиме диск, при небольшом внешнем воздействии, теряет свой полюс, попадает в тормозящее поле и, из-за нехватки мощности, уже не может вернутся в нормальный режим - потихоньку останавливается. Логичный выход (вообще, как же без этого?) - внесение алгоритма разгона и "подразгона".
Грабли №3 - Для работы двигателя в синхронном режиме на малой мощности, опережение фазы должно быть близким к критическому, т.е. большим. А, вот, в режиме фазового разгона опережение фазы минимально. Следовательно при переходе из режима разгона/подразгона в режим синхронизации, обороты диска должны превышать номинальные. Таким образом, когда, мы разгоняем диск с нуля - все красиво, но когда, мы корректируем сбои синхронизации, ошибка получается "не детская"! :(
        Логичным выходом, было бы отказаться от синхронного режима и использовать (как и в оригинале) фазовый разгон с управлением по мощности. В идеале схема должна иметь регулируемый стабилизатор напряжения питания драйверов электромагнитов и подстраивать его для получения необходимых оборотов. Но в данной итерации проекта, это уже сложно осуществимо. Поэтому на драйверы подано минимальное напряжение необходимое для работы двигателя во всем диапазоне оборотов, а двигатель работает в режиме холодильника (работает/неработает).
Как итог, данная схема обеспечивает кварцевую долговременную стабильность оборотов и кратковременную - НЕ ХУЖЕ оригинального двигателя!

            СХЕМА
         На Рис.2 изображена общая схема (неполная) платы "управления" двигателя.
        Схема
               Рис.2 Схема двигателя
         На данной схеме нет выпрямителя напряжения с трансформатора (~18В на холостом ходу), конденсаторов питания и стабилизатора +12В (L7812) (все есть на плате). На выводы 6 U2, U3, U4 подается напряжение +9В (минимальное напряжение необходимое для работы двигателя во всем диапазоне оборотов) - нужно резать дорожку и ваять отдельный стабилизатор. Последовательно обмоткам двигателя включены резисторы 15 Ом (есть на плате), а параллельно конденсаторы 47 мкФ (можно не ставить, на плате нет).
        Плата, сторона деталей
               Рис.3 Плата, сторона деталей

        Плата, сторона монтажа
               Рис.4 Плата, сторона монтажа
        Собственно печатки (Рис.3 и Рис.4).
        Теперь поговорим о том, что на схеме есть. На схеме IC1 МК фирмы Atmel ATmega8 (без L) в корпусе DIP, тактируется кварцем 16МГц (Y1). J1 - разъем программирования. U2, U3, U4 - драйверы мощных MOSFET IR2110 с выходным током до 2А в корпусах DIP. Выводные детали использовались для упрощения осуществления переходов между сторонами платы.          К точкам DT1, DT2, DT3 подключаются датчики холла с встроенным триггером шмидта, берутся они в большинстве кулеров. Для их подключения, к ним подключается общий провод, питание +5В, а выходы к точкам на схеме. Датчики холла устанавливаются в кожух двигателя на место "выломанных" оттуда катушек обратной связи. Их корпуса имеют такой размер, что разместив их в одну линию боковыми гранями, вы получите необходимый фазовый сдвиг.          К точкам "1", "2", "3" ("4" не задействована) подключаются микропереключатели стола проигрывателя. "1" - кнопка переключения скорости, "2" - переключатель, указывающий положение тонарма по горизонтали, "3" - переключатель микролифта. Вторыми выводами все переключатели подключаются к общему проводу. К выводам LED+1, LED-1 подключается обмотка электромагнита микролифта (исторически), выводы EL не используются.          Светодиод D1 подсвечивает трафарет "45", а D2 - "33". Регуляторы R24, R25 - регуляторы оборотов установленные на верхней панели. R24 - регулятор "33", а R25 - "45". Остальное понятно из схемы и печаток :)

            ПРИНЦИП РАБОТЫ
        Во всех режимах МК постоянно проверяет состояние переключателей и производит измерения напряжений на входах АЦП, а так же подсвечивает трафарет соответствующий выбранной скорости. В случае если тонарм находится на подставке, МК выключает драйвера обмоток пином SD. В случае если тонарм повернут, МК повторяет разрешает фиксацию микролифта, включает алгоритм фазового разгона двигателя и алгоритм стабилизации оборотов. Алгоритм фазового разгона заключается в повторении уровней на выходах датчиков холла на соответствующие драйвера обмоток (илиминтарно :)). Алгоритм стабилизации оборотов, при помощи таймера и датчика холла подключенного к INT1, определяет текущее значение оборотов, и в случае превышения скорости, отключает драйвера (собственно холодильник). Значение требуемой скорости получается путем внесения поправки в расчетную скорость добавлением значения АЦП. Отсчеты АЦП усредняются (во избежание).         Планировалось использовать этот МК еще и в качестве стробоскопа (на схеме и плате заложено), но ввиду загруженности машинного времени прерываниями, он постоянно "глючил" и я его "убил".

            СБОРКА И НАЛАДКА
        Главная проблема, правильно подключить обмотки двигателя и датчики холла (вариантов собственно 9 при правильно фазировке обмоток). У меня это (вроде бы) так: черный провод - U3, желтый - U2, зеленый - U1. Датчики холла подключил как получилось :)
        Настраивать (или подстраивать) больше нечего! Если все подключено правильно - работает, иначе - нет.
       Сторона монтажа печатной платы изготавливалась при помощи POZITIV20, затем сверлилась, и вторая сторона рисовалась маркером (там не много). Плата крепится к столу проигрывателя при помощи двух (можно и трех) точек крепления родной платы двигателя.
         Печатная плата (оригинал) Печатка LAYOUT 73kB
         Прошивка МК Прошивка HEX
         Исходники на СИ Исходник СИ
         Про POZITIV20 почитать можно здесь http://vrtp.ru/index.php?showtopic=3195

        Ожидается версия с регулировкой напряжения питания драйверов, но сроки пока не определены.
ГЛАВНАЯ
ПРОЕКТЫ
ПРОЧЕЕ
ОБ АВТОРЕ
ССЫЛКИ

                         Сайт поддерживается автором в свободное от работы время - регулярные обновления не гарантируются.