Используемые радиолюбителями опорно-поворотные устройства от старых радиолокационных станций типа П-10 (П-12) содержат установленные в одном корпусе с редуктором сельсины.

Сельсин – это устройство для преобразования угловых величин в электрические величины (напряжение и ток).

Использовать сельсины можно в двух вариантах:

• Индикаторное устройство азимутального положения антенны
• Устройство управления положением антенны.

Индикаторное устройство азимута антенны.

Этот вариант наиболее простой и не требует практически никаких элементов, кроме сельсинов и источника их питания.

 

Нумерация выводов соответствует двум наиболее распространенным типам сельсинов.

Соедините сельсины как показано и стрелка, закрепленная на валу индикаторного сельсина будет четко указывать положение антенны.

Роторные обмотки сельсинов на схеме соединены последовательно. Если напряжение питания сельсинов 220 вольт, роторные обмотки включаются параллельно.

Принцип работы такого устройства очень прост: Магнитные потоки сельсина-датчика и сельсина-индикатора пытаясь скомпенсировать друг друга, заставят ротор сельсина-индикатора повернуться именно в то положение, которое занимает ротор сельсина-датчика, установленного на антенне.

В этом случае один сельсин работает в трансформаторном режиме, другой - в режиме синхронного двигателя, положение оси ротора которого зависит от соотношения фаз питающего напряжения.

Точность показаний сельсина зависит от его конструкции, напряжения питания, коэффициента трения в подшипниках и что немаловажно – от сбалансированности и массы стрелки – указателя на валу конструкции. При номинальном напряжении питания и отсутствии заеданий оси сельсина-индикатора чаще всего точность указания положения не хуже 3 - 5 градусов, что для КВ антенн более чем достаточно.

Достоинства конструкции: Простота, возможность использования практически любых сельсинов, даже с частотой питания 400 герц (при пониженном в 6-8 раз напряжении питания).

Недостатки такой системы: Сельсины при работе очень часто и назойливо “гудят”, виной чему является люфт в подшипниках и несколько большая, чем требуется для вращения стрелки мощность сельсина. Смазка в подшипниках снижает гул, но вместе с тем и точность показаний. Неудобны габаритные размеры и форма сельсина.

Небольшие рекомендации по практическому изготовлению такого варианта:

Как правило, в корпусе редуктора установлено четное число сельсинов, это было необходимо не только для использования в РЛС, но и для работы сопрягаемых с ней систем. Практически все сопрягаемые с РЛС системы - двухканальные: есть канал точного (ТО) и канал грубого отсчета (ГО). Для использования в радиолюбительских устройствах понадобиться только один сельсин любого канала ГО. Определить такой сельсин очень просто: При вращении на каждый оборот выходного вала редуктора ротор сельсина ГО сделает только один оборот, в то время как ротор сельсина ТО сделает 18, 23 или 36 оборотов в зависимости от типа редуктора.

Некоторые редукторы имеют набор из двух больших (НД-511) и двух маленьких (БС404, БД-404) сельсинов. Для нас удобнее пользоваться маленькими сельсинами, поэтому сельсин канала ГО оставим в блоке редуктора, а сельсин канала ТО можно аккуратно удалить из редуктора. Большие сельсины (если они есть) тоже можно удалить и сохранить “на черный день”. На работу редуктора это не повлияет.

Не пытайтесь изобрести на коленках хороший, красивый корпус для индикатора сельсина, это не всегда получиться. Чтобы индикатор выглядел эстетично – возьмите подходящий по дизайну корпус от старых настольных часов (желательно с большим диаметром циферблата), аккуратно удалите весь часовой механизм и закрепите сельсин изнутри так, чтобы ось выступала над циферблатом. Теперь закрепите минутную стрелку часов на оси сельсина и индикатор готов.

Для надежности в задней стенке сделайте отверстие по диаметру сельсина и установите ее на место. Мной использовался корпус и подставка от часов “Весна”

Для коллективных станций и больших помещений очень удачно подходят корпуса от больших “Вокзальных” часов. Три – четыре таких индикатора украсят помещение любой коллективки.

Если вас смущают цифры – не расстраивайтесь, очень скоро вы привыкните к ним, и будете пересчитывать положение антенны “из часов в градусы” мгновенно.

Если циферблат по дизайну вас не устраивает – наложите сверху раскрашенную азимутальную карту мира с центром в вашем QTH и теперь ваш индикатор покажет в какую сторону света и на какой континент смотрит ваша антенна.

Масштабирование карты под диаметр вашего циферблата можно сделать на ксероксе или с помощью фотоспособа.

Если вы используете сельсины на 400 Гц, запитать их можно напряжением, сниженным в 6-8 раз по сравнению с номинальным, а можно включить последовательно с роторными обмотками конденсаторы, подобрав их под конкретные сельсины. При этом обмотки роторов могут быть включены как последовательно, так и параллельно. Подбор напряжения питания или конденсаторов ведется по двум критериям: Сельсин не должен нагреваться при длительной работе и вместе с тем должна обеспечиваться достаточная точность указания положения антенны.

Сельсины в паре лучше всего использовать одного типа. При последовательном соединении роторных обмоток сельсинов разных типов следует подобрать сельсины по одинаковому току роторных обмоток.

Вариант 2. Устройство управления положением антенны.

Устройство представляет собой замкнутую одноканальную систему управления непрерывного действия.

Этот вариант несколько сложнее, но зато более удобнее в эксплуатации: Управление вращением антенны осуществляется поворотом ручки-указателя, размещенного на рабочем месте оператора радиостанции. При этом можно не ждать, пока антенна займет нужное положение, как только это произойдет – питание с двигателя будет снято и антенна остановится на нужном азимуте, ожидая дальнейшего поворота ручки-указателя. Такие системы используются в РЛС и принцип работы абсолютно одинаков.

 

Основу устройства составляют все те же сельсины, что и в первом случае. Только теперь датчиком становится сельсин, установленный в помещении, а приемником - сельсин, установленный на антенне.

Ротор сельсина-датчика слегка затормаживается любым фрикционным устройством, а на оси ротора укрепляется ручка управления, совмещенная с указателем направления (стрелкой).

Теперь оба сельсина работают в трансформаторном режиме.

Напряжение, амплитуда и фаза которого пропорциональны разнице в положении роторов сельсинов(рассогласование) снимается с роторной обмотки сельсина-приемника и подается на один вход фазового дискриминатора.

На второй вход фазового дискриминатора подается опорное напряжение питающей сети.

Разница фаз напряжения на роторе сельсина приемника и напряжения питающей сети, пропорциональная углу и знаку рассогласования преобразуется в фазовом дискриминаторе в постоянное напряжение, величина которого пропорциональна величине рассогласования, а полярность напряжения – пропорциональна знаку рассогласования.

Проще говоря, – при вращении ручки управления вправо на выходе дискриминатора появится напряжение одного знака, при вращении ручки влево – другого знака. Величина напряжения будет тем больше, чем на больший угол будет повернута ручка управления.

 

 Если это напряжение усилить и подать в соответствующей полярности на двигатель постоянного тока редуктора, то антенна придет во вращение, причем направление вращения будет соответствовать кратчайшему направлению до искомого азимута, и будет продолжаться до тех пор, пока антенна не займет положение, соответствующее углу поворота ручки управления.

В этом случае рассогласование уменьшится, фазы напряжения на входе фазового дискриминатора будут равны, а на выходе дискриминатора потенциал будет равен “нулю”.

В радиолокаторах для усиления сигнала находят применение различные усилители:

Транзисторные, ламповые, магнитные, электромашинные, электрогидравлические и т.д. применение которых в любительских условиях не оправдывается.

Поэтому есть два варианта дальнейшего построения схемы: При мощности двигателя постоянного тока до 50-100 ватт можно использовать транзисторный усилитель постоянного тока по дифференциальной или мостовой схеме с соответствующей выходной мощностью. Выход усилителя соединяют с обмоткой управления двигателя. Обмотка возбуждения может быть запитана от отдельного источника. К сожалению, большой ассортимент двигателей не позволяет дать конкретных рекомендаций по усилителям постоянного тока, поэтому я не размещаю конкретных схем, надеясь, что взявшийся за изготовление такой системы не только радиомонтажник, но и радиолюбитель.

Если в редукторе применяется двигатель переменного тока, или изготовление усилителя сопряжено с определенными трудностями, выход фазового дискриминатора можно соединить с простейшим узлом реле.

 

Реле включены последовательно с токооограничительным резистором и диодом. Токоограничительный резистор служит для снижения тока через реле при максимальном выходном напряжении фазового дискриминатора, чтобы не превысить значение максимального допустимого тока для реле.

Вместе с тем этот резистор не должен быть слишком большим. Диоды предназначены для того, чтобы каждое из 2-х реле срабатывало только при положительном или только отрицательном значении выходного напряжения фазового детектора.

Стабилитрон включенный параллельно реле защищает последнее от больших значений напряжения на выходе фазового детектора.

От тока срабатывания реле зависит чувствительность системы управления вращением. Чем меньше ток и напряжение срабатывания реле, тем чувствительнее система. В данной схеме хорошо работают поляризованные реле.

Контакты реле могут управлять практически любым двигателем, если они соединены параллельно кнопкам управления вращением.

Достоинства устройства: Удобное управление приводом антенны. Недостатки устройства: Относительная сложность изготовления устройства.

Отсутствие обратных связей по скорости и по ускорению может привести к колебательным движениям антенны вблизи установленного азимута.

Рекомендации по применению этого варианта.

При значительном “выбеге” антенны после снятия питания с двигателя может оказаться, что антенна начинает совершать колебательные движения вблизи установленного азимута. Это происходит из-за чрезмерной чувствительности фазового дискриминатора или значительной инерционности антенной системы. Чтобы этого не происходило, необходимо подобрать напряжение с выхода фазового дискриминатора на дифференциальный усилитель или ток срабатывания поляризованных реле.

При значительной инерционности антенной системы и большом “выбеге” антенны зона чувствительности должна быть несколько больше значения “выбега” антенны.

Трансформаторы для фазового детектора могут применяться самые различные: При релейном исполнении системы коэффициент трансформации должен быть примерно 1:1,при исполнении схемы с усилителями постоянного тока число витков вторичной (со средним выводом) обмотки может быть в несколько раз меньше, чем первичной обмотки.

Для изготовления устройства управления хорошо подходят корпуса от промышленных самописцев кругового типа. В корпусе такого самописца можно разместить и сельсин, и фазовый детектор и схему управления двигателем с источниками питания. Можно использовать и корпус от часов, только придется в центре стекла просверлить отверстие для ручки управления.

И последнее: Я не стал описывать более сложную двухканальную систему управления, поскольку считаю, что она может найти применение только в случае работы с остронаправленными УКВ антеннами. Если возникнут вопросы по этим системам – с удовольствием поделюсь с вами своими знаниями.

Всего вам доброго! Н.Филенко (UA9XBI)