Пристрій управління поворотом антени
Радіоаматори в своїй практиці проведення радіозв'язку використовують різні типи антен. Найкращі результати виходять з спрямованими антенами. Але є одне "але": як повернути антену на кореспондента? Існує величезна кількість різних конструкцій, які дозволяють це робити.
Вони діляться на три основних типи:
- антени з перемикається діаграмою спрямованості;
- поворотні механізми на вершині щогли;
- поворотна щогла з жорстко закріпленою антеною.
Перший тип в даній статті розглядати не будемо.
Другий тип механізмів має сенс застосовувати, якщо маємо громіздку і важку антену. Радіоаматори для обертання таких антен застосовують редуктори від приводів старих армійських радіолокаційних станцій, які забезпечують поворот антени без обмеження. Що забезпечується високочастотними кільцевими струмознімачами, за якими передається ВЧ-потужність.
Третій тип, якщо антена відносно невелика, - на високочастотні КВ-діапазони або УКХ. Можна використовувати легку обертову щоглу з жорстко закріпленою антеною.
На нашій радіостанції для управління поворотом спрямованої антени застосовується наступна спрощена схема третього типу. Всі пристрій складається з наступних основних частин: блок управління антеною, поворотного механізму, власне щогли з антеною. Блок редуктор + сельсин встановлений на даху, де встановлена щогла з антеною.
Відтягнення кріпляться до щогли через простий пристрій. Відтяжок бажано застосовувати чотири (досвід показав, що так надійніше). Пристрій для кріплення відтяжок обертається щогли є відрізком сталевої труби, внутрішній діаметр якої трохи більше зовнішнього діаметра щогли. До цього відрізку сталевої труби проварено 4 гайки, за які кріпляться відтягнення. Впирається цей пристрій в інший такий же шматок труби, жорстко зафіксований на трубі щогли.
Щогла з жорстко закріпленою антеною своїм підставою стоїть на радіально-конічним роликопідшипником [1]. Завзятий підшипник зверху закритий склянкою, що забезпечує захист пристрою від попадання вологи (дощу, снігу, сконденсованої води) в нього.
Схема управління поворотом антени наведена на рис.1.
Схема працює в такий спосіб. На пульті управління (див. Фото) встановлено три кнопки SA1 - "Включення мережі", SA2 - "Обертання за годинниковою стрілкою", SA3 - "Обертання проти годинникової стрілки" і тумблер SA4 - "Включення мережі". Тумблер SA4 дублює кнопку SA1 при необхідності. Як датчик положення використовується сельсин. При натисканні на кнопку SA1, подається напруга живлення 220 В на схему. Притому тільки на сельсини, обмотки збудження яких з'єднані послідовно, так як кожна з них розрахована на 110 В. Якщо напруга живлення сельсинов 220 В, обмотки збудження включаються паралельно. Трифазні обмотки (схема "зірка") з'єднуються один з одним. Сельсини працюють в індикаторному режимі. При одночасному натисканні на кнопку SA1 і SA2 або SA3 підключений до джерела живлення на електродвигун і відбувається обертання антени через редуктор.
У описуваної конструкції застосований виконавчий механізм типу ДР-1М. На вихідному валу швидкість дорівнює 1 об / хв, споживана потужність 50 Ватт [2]. Максимальний крутний момент на вихідному валу становить 100кг * см при часу повороту вала виконавчого механізму на повний оборот за 60 сек і більше. Електродвигун пристосований для роботи тільки при горизонтальному положенні вала ротора [3]. Але практика показала, що і в вертикальному положенні ДР-1М успішно працює не один десяток років.
У механізмах ДР-1М використаний реверсивний конденсаторний електродвигун, зміна напрямку обертання якого здійснюється перемиканням конденсатора в ланцюзі однієї обмотки в ланцюг інший. На вихідному валу редуктора є виступ, який керує кінцевими вимикачами, він при повороті антени через 0 ° або 360 ° натискає на кінцевий вимикач. При цьому знімається напруга живлення з електродвигуна. Загальноприйнята через північ не обертати (для збереження ВЧ-кабелю).
Схема має блокування від одночасного вибору протилежних напрямків обертання. Кнопки SA1, SA2 з двома групами контактів на перемикання. Друга група використовується для запобігання одночасної подачі напруги на обмотки двигуна при помилковому натисненні на дві кнопки одночасно. Для спрощення ці групи контактів на схемі не показані. Роботу системи (напрямок повороту антени) контролюють по светодиодам VD1 (за годинниковою стрілкою), VD2 (проти годинникової стрілки) і сельсином приймачем.
Сельсин - це пристрій для перетворення кутових величин в електричні величини (напруга і струм). Принцип роботи такого пристрою дуже простий: магнітні потоки сельсина-датчика і сельсина-приймача, намагаючись компенсувати один одного, змусять ротор сельсина-приймача повернутися саме в те положення, яке займає ротор сельсина-датчика, встановленого в блоці біля основи антени. При повороті ротора сельсина-датчика в ланцюзі синхронізації виникають відмінні від нуля сумарна ЕРС і струм. За рахунок взаємодії магнітних потоків обмоток збудження зі струмом в обмотках синхронізації виникають обертаючі моменти. У сельсину-приймачі цей момент прагне повернути ротор на кут, рівний куту повороту ротора сельсина-датчика, т. Е. Перевести ротор в такий стан, при якому ЕРС, що наводяться в обмотках синхронізації, знову вирівнюються. Більшість сельсинов випускається з трьома обмотками синхронізації. Точність показань сельсина залежить від його конструкції, напруги харчування, коефіцієнта тертя в підшипниках і, що важливо, - від збалансованості і маси стрілки - покажчика на осі сельсина-приймача. При номінальній напрузі живлення і відсутності заїдань осі сельсина-приймача найчастіше точність вказівки положення не гірше 3 - 5 градусів, що для радіоаматорських спрямованих антен цілком достатньо. Стрілка на пульті управління показує азимут напрямку антени. Сельсини при роботі дуже часто і настирливо "гудуть", провиною чому є люфт в підшипниках і дещо більша, ніж потрібно для обертання стрілки потужність сельсина. Мастило в підшипниках знижує гул, але разом з тим і точність показань. У пульті управління змонтовані сельсин приймач, шкала, конденсатор С1, кнопки SA1, SA2, SA3, тумблер SA4, запобіжник FU1, роз'єм XS1, схема зі світлодіодами. Безпосередньо на вісь сельсина-приймача в пульті управління насаджена стрілка, яка показує азимут напрямку антени. Масштабування карти під діаметр шкали можна зробити на ксероксі, за допомогою фото способу або віддрукувати на принтері. Шкала пульта управління сельсина-приймача має діаметр 70 мм, на ній по колу також зроблена розмітка через 5 градусів. Між собою пульт управління і редуктор з сельсином-датчиком з'єднані 10 жильним кабелем.
Деталі.
Виконавчий механізм ДР-1М, ДР-1, ПР-1М або ПР-М, сельсини на напругу 110 В і частоту 50 Гц типу БД-404НА КЛ2, кнопки SA1,2,3,5,6 типу КМ2-8, тумблер SA4 типу МТ 3, запобіжник на 1А. Роз'єми XS1, XS2 типу РП14-10 і ШР-32У123Г1 відповідно. Стрілка на пульті управління від старого годинника будильника.
Конденсатор МБГО 2мкФ х400В, резистори МЛТ-2 номіналом 240 кОм.
Світлодіоди можна застосувати будь-які, що є в наявності, підібравши при цьому значення струму в ланцюзі в межах 10 мА опорами резисторів R1, R2. Діоди VD3, VD4 будь-які на напругу понад 220 Вольт.
Роз'єми також можна застосувати будь-які з наявних у радіоаматора в наявності з відповідним кількістю контактів.
Також корисно мати ремонтний шланг з такими ж роз'ємами, коли блок знятий в радіорубки для профілактики.
Механізми електричні однооборотні типу МЕВ різних модифікацій також підходять для цих цілей [4].
Блок повинен бути пиловологозахищений і забезпечувати достатню вандалоустойчивость.
Болти М6 прикручувати кришку блоку з різними головками, є з шестигранником на 10 мм, 8 мм, з напівсферичної головкою і внутрішнім шестигранником, щоб не було можливості відкрутити пассатижами.
Для підігріву в холодні зими, всередині блоку, де змонтовано поворотний пристрій, знаходиться електрична лампочка XL3 на 220 Вольт, включена в розетку XS3. При необхідності в дану розетки можна включити будь-які електричні прилади на 220 Вольт (паяльник, Ел.дрелі і т.д.). Усередині блоку для зручності знаходиться внутрішній пульт управління. Кнопки SA5, SA6 підключені паралельно кнопок SA1, SA2. Внутрішній пульт управління використовується при пуско-налагоджувальних роботах і при обслуговуванні антени.
Практика показала, що сельсини весь час тримати під напругою немає необхідності і навіть шкідливо. Відбувається нагрів, а потім охолодження і конденсується волога. Сельсин приймач гуде, що живиться напруга з частотою 50 Гц. Додаткові латунні прокладки на підшипник сельсина слабо допомагають. Від вологи сталеві деталі починають іржавіти. Взимку вода замерзає. Що призводить до складнощів і проблем. Так, при тривалій експлуатації іржа на роторі і статорі сельсина датчика утворилася така, що сельсин-датчик перестав обертатися. Вихід, правда був знайдений. Ротор сельсина-датчика був проточен на токарному верстаті, діаметр його був зменшений. Клас точності при цьому звичайно зменшився, але для наших радіоаматорський справ цілком достатній. З огляду на, що передній пелюстка антен досить широкий.
Блок редуктора + сельсин на базі ДР-1М був модифікований. Вилучені блокуючий вимикач і реостат зворотний зв'язок, а на їх місце встановлено сельсин-датчик. Спочатку в кришку, що закриває сельсин, був уварений аргонной зварюванням стакан. Але практична експлуатація показала, що це робити зовсім не обов'язково. Тому, що сконденсована волога у вигляді води в склянці взимку замерзає, і сельсин не обертається. І ще гірше, при обертанні призводить до механічних поломок. Довелося в склянці просвердлити дренажні отвори. Взагалі від кришки зі склянкою можна відмовитися. Дренажні отвори також зроблені в корпусі ПР-1М для виведення сконденсованої води з шестеренчатого редуктора.
Якщо у радіоаматора в наявності сельсини на 400 Гц (їх габарити менше 50-ти герцових) живити їх можна напругою, зниженим в 6 ... 8 разів у порівнянні з номінальним, або можна включити послідовно з обмотками збудження конденсатори, підібравши їх під конкретні сельсини. При цьому обмотки збудження можуть бути включені як послідовно, так і паралельно. Підбір напруги живлення або конденсаторів ведеться за двома критеріями. Сельсин не повинен нагріватися при тривалій роботі, і, разом з тим, має забезпечуватися достатня точність вказівки положення антени. Сельсини в парі найкраще використовувати одного типу. При послідовному з'єднанні обмоток збудження сельсинов різних типів слід підібрати сельсини за однаковим струму обмоток збудження.
Правильно зібрана з справних деталей схема не потребує налаштування. За компасу виставляємо стрілку на пульті управління. Дальніх Вам зв'язків!
Леонід Вербицький (UR5LAK),
Максим Вербицький (US4LP),
Балаклея, Харківська область