0215 Rotátor Skymaster - druhý život 05.04.2022

Před patnácti roky jsem popsal Rotátor Skymaster, s jeho výhodami i problémy. Tehdy si tento typ rotátorů koupilo asi víc lidí a časem je odložilo. Myslím,že je škoda rotátory nevyužít a nepokusit se jim vdechnou nový život. Ona ta motorová část nevypadá zase tak špatně. Otáčel jsem s ním i anténu Moxon na 14MHz. Pravda je že si musíme odpustit věci, které by šly udělat při použití stejnosměrného motoru. Například plynulý rozjezd a brzdění (rampování), nemožnost skenování zvoleného segmentu sníženou rychlostí, není možné udělat motorovou brzdu. Pro malou anténu anténu na dvoumetrové pásmo s délkou ráhna do tří metrů ale rotátor bez problémů vyhovuje.

Mechanické úpravy

Před začátkem práce je nutné celý rotátor rozebrat očistit,řádně petrolejem vymýt ztvrdlou vazelínu. Kuličky v ložisku ø 0,15" šly bez problémů nahradit cyklistickými kuličkami Yarrow ø 3.9 mm pro hlavové složení. Zkontrolujeme také zasunutí mezikola motoru. Mezikolo má mít maximální záběr při lehkém chodu.
Při nové montáži je třeba vše znovu ošetřit vazelínou, mně se nejlépe osvědčilo něco s litiem. Třeba Mogul LV2-3 z Parama.
Dobré je nepoztrácet šrouby desky a matice třmenů. Nejsou totiž metrické, jejich závit je Whitworth 1/4 UNC. Těsnící manžetu ošetříne glycerinem.
Rozsah otáčení. Místo 360° se rotátor otáčel jen o 327°, 33°zůstávalo slepých. Pro příjem TV ze satelitů to možná není na závadu. Pro závody na VKV je to nepřijatelné. Náprava byla jednoduchá. Flexou jsem zkrátil přivařenou zarážku z kulatiny.

Potenciometr pro snímání polohy

Kdysi jsem uvažoval o ovládání rotátoru podle OK1VPZ. Ale celý projekt zapadl. Z té doby mi ale zůstal těsný potenciometr Tesla WN 691 85 s odporem dráhy 220Ω/2W. Málokdy ale seženeme odpovídající převody k potenciometru. V mém případě je při převodu 32/50 zubů využitých pro 360° otáčení jen 230° (79%) z natočení potenciometru které je 290°. Potenciometr je poháněný přes převod ozubenými koly. Plastová kola jsem hned z počátku zavrhnul. Špatně se lepí,časem křehnou a praskají. Použil jsem kovová ozubená kola z ruských inkurantů. Abych vyloučil vliv nepřesného opracování je potenciometr umístěný na segmentu. Na jedné straně je segment kyvně uložený na šroubu s osazením,na druhé straně je vedený kulisou. Ozubená kola do záběru táhne vinutá pružina. Je to lepší řešení než pružná spojka.
Do tělesa rotátoru se rozměrný potenciometr na výšku nevejde. Ve víku výřez zakrytý horní polovinou krabičky KP39. Krabička nezaručuje těsnost,proto její dosedací plochy podmažeme vhodným tmelem.

Propojovací kabel

Propojení mezi motorovou a ovládací částí je ze stíněné křížové čtyřky. U třech párů jsou vždy dva vodiče spojené mezi sebou a slouží pro napájení motoru. Poslední pár ze čtyřky je propojení proudové smyčky. Stíněním jsou propojené i pláště konektorů. Kabel je ukončený na obou stranách šroubovacími konektory. Na horním konci kabelu je závěs pro odlehčení konektoru a tři odrušovací naklapávací ferity, jeden ferit je na spodní straně. Délka kabelu je 11m.

Napájení

Přímo z trafa je napájený střídavý motor rotátoru. Stabilizátor MAA7812 je při montáži na zadní stěnu skříně vlažný. Umístění v nevětrané skříni mu nevyhovuje. Za stabilizátorem je 12V pro napájení relé a stabilizátor 5V= pro elektroniku. Napájení ze sítě mi nevadí. Pro delší pobyt na kopci mám agregát a kratší provoz zvládne měnič 12/230V. Měnič musí mít výstupní kmitočet 50 ÷ 60 Hz, jinak to synchronní motor nezvládne.

Obvody motoru

Relé G5V-2 jsou spínaná Arduinem přes tranzistory N-MOSFET AO3400. Bipolární kondenzátor 100M/50V jsem použil původní. Směr CR je točení po směru hodinových ručiček,CCR platí pro opačné otáčení.

Ovládání

Volil jsem z několika alternativ ovládání a indikace.

  1. Kombinaci ovládání tlačítky a indikaci voltmetrem jsem zavrhnul jako první.
  2. Další verze byla také s tlačítky, ale s indikací natočení antény třemi sedmisegmentovými číslovkami.
  3. Třetí kombinace má ovládání tříotáčkovým potenciometrem a indikaci dvouřádkovým LCD displejem.
  4. Konečně poslední návrh byl s encoderem a grafickým displejem.
Jako nejgramotnější jsem vybral třetí variantu. Deník HamRacer, který používáme, počítá azimut mezi stanicemi ze vzájemné polohy lokátorů. Znázornění směru v deníku je nejen grafické, ale i ve stupních. Směrování antény zadáním úhlu pomocí potenciometru je jednoduché. Pro uklidnění místa jednotek ve volbě i azimutu je získaná hodnota přepočítaná na řadu s krokem 5°. Je tím vytvořená i přiměřená hystereze pro vazbu mezi volbou a motorem.

Proudová smyčka

Proud smyčky jde regulovat v rozmezí 13,5÷56 mA. Na krajích rozsahů proud není stabilní. Optimální nastavení je přibližně ve středu rozsahu. Při nastaveném proudu 24 mA se se změnou snímacího odporu v intervalu z 0÷220 Ω je změna proudu menší než je chyba měřícího přístroje. Úbytek napětí na snímacím odporu se pohybuje v závislosti na natočení od 0V do 5,28V. Napětí při rozpojené smyčce je 11,7V. Bližší nastavení bude se zapojeným A/D převodníkem Arduina.

Procesor

Odpor R9 a D4 je ochrana A/D převodníku při rozpojené proudové smyčce. Je to podstatně spolehlivější než ochrana Zenerovou diodou. Chrání nejen před velkým napětím na vstupu převodníku, ale i před překročením rozdílu maximálního napětí mezi vstupem A/D převodníku při napájení ze dvou zdrojů (Ucc a proudová smyčka).
Původně mělo mít ovládání encoderem, místo encoderu jsem nakonec použil netypický tříotáčkový potenciometr. Je to spolehlivé a jednoduché. Dvouřádkový displej je připojený přes sériové rozhraní I2C. Pokud se vám displej rozsvítí a neobjeví se žádné znaky, seřiďte jas potenciometrem na desce převodníku. Displej bude zřejmě přesvícený. Displej tvoří s procesorem jeden montážní celek. Pokud možno, vyhněte se modrému displeji. Ten můj je příšerně líná mrcha.
Arduino Pro Mini nemá převodník pro USB. Programuje se přes převodník USB/UART. Pozor, ne všechny převodníky mají vyvedený signál pro přerušení (DTR). Pokud budete upravovat program s napájením Arduina ze zařízení, nezapojujte napájení +5V mezi převodníkem a Arduinem. To je asi všechno k nahrávání programu. Bližších informací o této záležitosti je ve všech jazycích plný internet. Třeba na stránkách Robo Doupě. Stačí zagůglit.

Program

Předpokládám, že největším problémem budou ozubená kola převodu. Každý kus bude zřejmě originál a popis je proto trochu podrobnější.
Pokud máte dost místa, asi bude nejjednodušší udělat převody ozubeným řemenem. Řemenů i kol je na trhu poměrně slušné množství.
Převody jsou potřeba v každém případě. Iluze je použít přímý náhon na snímací potenciometr s dráhou 360°. Tyto potenciometry mají dost značný slepý úhel na přechodu mezi minimální a maximální hodnotou.
Snímací potenciometr bez převodu na hřídel rotátoru natočíme postupně do obou krajních poloh. Na obrázku je krátký prográmek, který na monitoru ukáže minimální a maximální hodnotu výstupu z A/D převodníku. Při převodu 1:1,56 je rozsah snímání 450°.
Na spodním konci je oblast označená jako pásmo. Je to prostor který tvoří rezervu pro bezpečné zastavení rotátoru před dorazem potenciometru.
Trimrem smyčky jsem nastavil při natočení na 360° výstup A/D převodníku na vypočítanou hodnotu 927. Při poloze snímacího potenciometru na minimum je výstup převodníku 6, na maximu 1014. Pro převod z údajů A/D převodníku je použitá konstanta 2,35.

rozsahpásmopřesahotáčení
požadovaný rozsah [deg]1420360
vypočítaný rozsah A/D[-]3447846
vypočítaná pozice A/D[-]3481927
změřené A/D[-]4179929
odchylka A/D[-]7-22
odchylka absolutně[deg]3-0,90,9
odchylka z rozsahu[%]0,72-0,210,21

Odchylky jsou měřené na samotném procesoru a vyjadřují chyby při výpočtu vzniklé zaokrouhlováním. Samotný rotátor polohuje s přesností cca ± 2° v celém rozsahu 0÷360°. Přesnost závisí na mechanickém stavu rotátoru a linearitě potenciometru. Pokud se na displeji objeví u antény údaj 390°, není zapojený kabel rotátoru, nebo je přerušená měřící smyčka. Pokud vznikne další verze programu, bude tam i chybové hlášení. Natočení jsem kontroloval úhloměrem přilepeným k rotátoru oboustrannou lepící páskou. Úhloměr umožňuje čtení pozice s přesností 0,5°. Horší je to se zastavováním rotátoru, ten s přesností 0,5° nezastavíte, je nutné nastavení zkusmo. Navíc při zkoušce nepravidelně "zamrzal" sériový monitor programu IDE pro Arduino. Vadily mu napěťové špičky vzniklé při spouštění a zastavování motoru, na rádiu jsem žádné rušení neslyšel.
Program je velice malý, zabírá pouze 5792 bytů (18%) úložného místa pro program. Globální proměnné zabírají 526 bytů (25%) dynamické paměti. Je ke stažení verze V_1,2.ino pro Arduino.

Provedení

Ovládání je vestavěné do skříňky F radiostanice RF10. Ve skříni je umístěná zdrojová část, ve víku potom LCD displej, potenciometr volby a deska s procesorem. Na displeji je mimo údaji o úhlech také indikovaný pohyb antény. CR je po směru a CCR proti směru hodinových ručiček. Dosažení požadované polohy je na displeji signalizované pímeny OK.



Poznámky

  1. V průběhu zkoušek odešel bipolární elektrolyt C8. Protože je to součástka kterou nemám běžně doma, nahradil jsem ho dvěma elektrolyty TESLA TE988 100M/70V s diodami BA157 400V/1A zapojenými podle schematu vpravo.
  2. Důležité jsou odrušovací kondenzátory C9, C10 na motoru a kondenzátor C12 u snímacího potenciometru. Naindukované napěťové špičky při vypnutí indukčností motoru značné a mohou dosahovat několikanásobku napájecího napětí. Arduino je skutečně nemá rádo. Rušení s projevuje tak, že se na displeji objeví místo textu "rozsypaný čaj" nebo se Arduino začne samo restartovat. Velice vhodné je také propojovac kabel opatřit odrušovacími naklapávacími ferity.

  3. Na můj profesionální měnič 12DC/230VAC-600VA se rotátor nerozeběhne a měnič odebírá proud větší než 5A. Víc ho nepustí proudová ochrana zdroje. Tak zvaná "modifikovaná sinusovka" nedokáže vytvořit potřebné točivé magnetické pole. Při napájení rotátoru synchronním generátorem není problém.

Po dvou letech provozu

  1. Psal jsem, že byl nahrazený bipolární kondenzátor dvěma elektrolytickými kondenzátory v sérii s paralelními diodami. Neuvažoval jsem ale nad tím, jestli elektrolyt dokáže přenést proud pomocné fáze motoru. Nedokáže. Proto jsem opět použil bipolární elektrolytický kondenzátor. Navíc se zkratovým proudem připekly kontakty relé. Místo nich jsou v rotátoru robusní RP220 vyrobené v dnes již neexistujících ZPA. Cívka je na 24V= a kontakty relé jsou paralelně spojené. Proto už není potřeba stabilizátor 7812.
  2. Uvažoval jsem spínání triakem ovládaným malým SSR relé se spínáním v nule. Na tranzistorovém přijímači jsem nezjistil na žádném rozsahu známky rušení. Problém byl ve malé hysterezi a kmitání motoru v dojezdové poloze. Ono poměrně velké napětí potřebné k sepnutí tranzistoru MOSFET a pomalé spínání mechanického relé jsou někdy k nezaplacení.
  3. Pro provoz z akumulátoru jsem koupil skutečně sinusový měnič 12V/230V u kterého není žádný problém. Neruší dokonce ani na KV pásmech.
  4. Anténa není připevněná přímo na rotátoru. Z rotátoru vychází anténní trubka Al ø25x2 s axiálně radiálním ložiskem které je připevněné ke stožáru. Tím se podstatně sníží namáhání rotátoru.

Nebezpečí úrazu! Zařízení spojené s rozvodnou sítí. Může ho stavět nebo opravovat pouze osoba s příslušnou elektrotechnickou kvalifikací.