Miután megjavítottam a zajos pozíciójelet az RCA 10W707 rotátoromon, két dolog még mindig zavart. A relés motorvezérlés nem tud sebességet szabályozni — a K3NG szervóhurok csak ki-be kapcsolgatja a motort. A vezérlő ráadásul 230 V-os transzformátorról üzemel, így szó sem lehet hordozható üzemről a 13,8 V-os tápról vagy LiFePO₄ akkumulátorról.
Aztán jött egy ötlet, ami túlságosan megtetszett ahhoz, hogy elengedjem: mi lenne, ha egy audio erősítő hajtaná a motort? Egy D- vagy AB-osztályú végfok gond nélkül kiad 50 Hz-et; a bemenőjel szabályozásával pedig egyszerre kézben van a frekvencia (fordulatszám) és az amplitúdó (nyomaték). A hálózati trafó helyett 13,8 V bemenet és egy feszültségnövelő konverter — és az akkumulátoros üzem is megoldódik.
Egyik felismerés hozza a másikat
A 10W707 motorja üzemi kondenzátoros egyfázisú váltakozó áramú motor — ami valójában egy álruhás kétfázisú motor. A 120 µF-os üzemi kondenzátor nem más, mint egy fapados 90°-os fázistoló, ami ráadásul csak egyetlen frekvencián pontos.
Ne egy erősítőcsatornát használjunk tehát, hanem kettőt, valódi kvadratúrában: az egyik tekercs szinuszt kap, a másik koszinuszt. Ekkor:
- a fázistolás minden frekvencián pontosan 90° → teljes nyomaték a ~5 Hz-es kúszástól a motor 60 Hz-es tervezési fordulatszámáig;
- az üzemi kondenzátor eltűnik;
- az irányváltó relék is eltűnnek — az irányváltás az egyik csatorna fázisának előjelváltása, szoftverből;
- a tekercsáramok szimmetrikussá válnak.
Egy bökkenő van: a tekercsek közös pontja a meghajtóegységen belül van összekötve (3-vezetékes motor), így a hídkapcsolású (BTL) D-osztályú modulok kiesnek — a kimeneti ágaik nem oszthatnak közös vezetéket. A terv: két TDA7294 AB-osztályú chip aszimmetrikus, egytápos kapcsolásban (~52 V egy boost konverterből), kimeneti csatolókondenzátorokkal, a motor közös pontja a földre. Az AB-osztály ráadásul azt is jelenti: semmi kapcsolóüzemű zaj a 35 m kábelen egy rádiós állomáson.
A firmware-t úgyis újra kellett írni
A K3NG build a Nano flash-ének 99,7%-át tölti ki. Megmértem, mibe kerül csak a változtatható frekvenciájú kimenetek bekapcsolása: 102,3% — nem linkel. És egyetlen kész firmware sem generál két szinkronizált kvadratúra-szinuszt V/f amplitúdószabállyal, úgyhogy az egészet újraírtam nulláról: GS-232A részhalmaz a rotctld-hez, szervóhurok, LCD, nyomógombok, és a kvadratúra DDS — Timer1 kettős PWM 62,5 kHz-es vivővel, 8 kHz-es megszakítás léptet egy 256 elemű szinusztáblát két, egymástól 90°-ra lévő fázison. Az eredmény 6,9 KB: 22% flash a 99,7% helyett.
A mérési elrendezés
Csak a jelutat mértem: egy tartalék Arduino Uno (ugyanaz az ATmega328P, mint a beépített Nano), csatornánként 1,2 kΩ + 100 nF RC-szűrő a PWM-vivő eltávolítására, és az NI VirtualBench VB-8012 mixed-signal szkópom. Az NI szoftver csak Windowson fut, ezért egy VirtualBox VM-ben megy, ami USB-n magához ragadja a műszert — az Uno közben a linuxos oldalon marad, soros porton GS-232 parancsokkal vezérelve. CH1/CH2 a két DDS-kimeneten, két logikai analizátor csatorna pedig az erősítő MUTE/STBY vezérlővonalain.
A mérések
Az RC-szűrők előtt a nyers kimenet csak az üresjárati PWM-vivő: 62,5 kHz, 50% kitöltés mindkét lábon — ezt látná az erősítő szűrő nélkül, és ezért létezik a szűrő:
R parancs (forgás CW): két tiszta 60 Hz-es szinusz, ~5 Vpp, 2,5 V körül,
a koszinusz-csatorna pontosan 90°-kal siet:
L parancs (forgás CCW): a tükörkép — a koszinusz most 90°-kal késik.
A régi terv teljes relépanelje, egyetlen előjelváltással kiváltva:
A szervót a célra állás lassítási zónájába parkolva (M357, rögzített
pozícióbemenettel): ~16 Hz, ~2 Vpp. Ez a V/f szabály, amint láthatóan
állandó fluxust tart kis fordulatszámon:
Lágy indítás: előbb a MUTE/STBY vonalak engednek fel, majd az amplitúdó nulláról teljesre fut fel körülbelül fél másodperc alatt, a kvadratúra végig érintetlen:
Lágy leállás, a lefutó MUTE-élre triggerelve: fél másodpercnyi sima lecsengés a sík 2,5 V-ig, és a némítás csak azután csap le, hogy az amplitúdó nullára ért. Se motorrángás, se erősítőpukkanás:
Verdikt
Minden szám egyezett az előrejelzéssel: frekvencia, amplitúdók, a ±90°-os fázisváltás, a V/f követés, a rámpaidők, a némítás sorrendje. Egy kétfázisú frekvenciaváltós hajtás teljes jelútja — bizonyítva egy próbapanelen, két ellenállással és két kondenzátorral.
A folytatás: a teljesítményfokozat. Két TDA7294 lyukraszteres panelen, egy 13,8 → 52 V boost modul, műterheléses teszt — aztán a motor is szavazhat.