Motorsteuerung für Plattenspieler mit Synchronmotoren

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Wastel63
Neuling
#1 erstellt: 23. Mrz 2016, 12:00
Hallo,

ich bin neu hier im Forum und möchte mich kurz vorstellen. Ich bin 52Jahre, Lebe in Hilchenbach im Siegerland und beschäftige mich mit Audio-Technik. Ich bin vor allem im Bereich Lautsprecher, Schallplattenspieler und Restauration älterer Geräte unterwegs.
Ich wende mich hier ans Forum, in der Hoffnung den ein oder anderen zu finden, der das Können, die Zeit und die Lust hat mich bei einem Projekt unterstützen.
Ich bin kein Elektroniker und schon gar kein Elektronikentwickler. Ich habe zwar in diesem Bereich eine ordentliche Ausbildung, bin somit nicht unbedarft und habe auch eine zielgenaue Vorstellung von dem Projekt, jedoch von Entwicklung, Platinenlayout, Bauteileigenschaften usw. habe ich kaum eine Ahnung.
Bei dem Projekt soll es sich um eine „einfache“ (das klingt witzig aus meinem Munde) Motorsteuerung für Plattenspieler handeln. Genauer gesagt, eine Steuerung für 2 Phasen Synchronmotoren. Diese sollte sowohl zum Einbau in steuerungslose Laufwerke (Thorens TD-14x-16x) geeignet sein, als auch zum Aufbau eigener Projekte.
Das ist bei Leibe keine neue Idee, auch gibt es einige ordentliche Angebote auf dem Markt.
Zum Beispiel die Project Speedbox oder die Dr. Fuß Steuerung, die wirklich gute Ergebnisse liefern.
Auch wurde schon in diversen Foren eine komplett Microcontroller gesteuerte Lösung verwirklicht, absolut tolle Sache.
Was in meinen Augen gegen die angebotenen Lösungen spricht, ist die einerseits geringe Flexibilität und zum anderen die Komplexität. Das bedeutet, eine solche Steuerung lässt sich zum Beispiel nicht in einen Thorens TD-160 integrieren, man benötigt also immer das Zusatzgerät.
Ich stelle mir eine Steuerung vor, die in drei Baugruppen unterteilt ist. Netzteil, Frequenzgenerator und Endstufe so wie das Bedienteil. So bekäme man die größte mögliche Freiheit zum Einbau in ein bestehendes Gerät oder in der Gestaltung eines Zusatzgerätes. Ich denke auch, es ist vollkommen ausreichend wenn man die Steuerung einphasig auslegt und die zweite Phase über einen Kondensator generiert. Mit dieser Lösung läuft beispielsweise jeder Thorens TD-160 hervorragend ab Werk (die Gleichlaufschwankung als solches ist sein Problem), und es bedeutet weniger Aufwand und Baugröße.
Die Steuerung sollte zwischen 2 Frequenzen umschaltbar sein um die Geschwindigkeit 33,3 und 45 zu Wählen. Das Wichtigste ist natürlich das sich die beiden Frequenzen um 1-2% +- regulieren lasen.
Ich denke zum Aufbau des Frequenzgenerators, der ein ordentliches Sinussignal liefern sollte, könnte der Baustein LM741 eine gute Wahl sein. Sehe ich das Richtig, oder gibt es bessere oder einfacher Lösungen?
Ein Zweiter entscheidender Punkt ist natürlich die Endstufe. Die meisten Plattenspieler Motoren laufen Zwischen 16, 24 und 110V.
Die 110V sind natürlich mit einer Endstufe nicht zu Realisieren, das müsste man im Einzelfall mit einem Ausgangsübertrager machen.
Doch an die 20V-22V mit entsprechender Leistungsreserve heran zu kommen wäre schon Klasse.
Damit lässt sich ein 24V Motor betreiben, zumal ich die Erfahrung gemacht habe, dass die Motoren erheblich laufruhiger sind, wenn Sie ein Stück unter Ihrer Nennspanung betrieben werden.
Lässt sich das mit der LM3886 realisieren, oder gibt es alternativen in punkto Leistung und Schaltungsaufwand.
Dabei sind natürlich auch die Punkte Betriebssicherheit und Wärmentwicklung, bzw. deren Abführung zu berücksichtigen.
Soweit in groben Zügen meine Gedanken, ich hoffe ich kann den ein oder anderen damit Infizieren.
TheByte
Stammgast
#2 erstellt: 28. Mrz 2016, 15:04
Hallo und herzlich Willkommen, Klaus

Zu Beginn: das ist tatsächlich kein "kleines" Projekt, aber durchaus zu schaffen.
Vor allem aber ist es interessant, deswegen will ich mal ein paar Zeilen dazuschreiben.

Wastel63 schrieb:
Ich denke zum Aufbau des Frequenzgenerators, der ein ordentliches Sinussignal liefern sollte, könnte der Baustein LM741 eine gute Wahl sein. Sehe ich das Richtig, oder gibt es bessere oder einfacher Lösungen?

Einen OpAmp als Sinusgenerator kann man nehmen, es gibt aber, so man es denn benötigt, genauere Möglichkeiten. Meiner Meinung nach könntest du hier einen Mikrocontroller schön einsetzen. Also irgendetwas Kleines wie ATmega8 oder MSP430G2553. Warum? Da kannst du deine zwei Sinüsse gleichzeitig und quarzgenau erzeugen und das ohne großen Aufwand. Frequenzeinstellung gibt's quasi gratis dazu.
Für die Endstufe kannst du den LM3886 nehmen, das geht ohne Probleme. Allerdings benötigst du da eine bipolare Spanungsversorgung. Wenn du einen entsprechenden Verstärker nimmst, der eine BTL treiben kann (also gegenphasige Ansteuerung), dann sparst du dir evtl. etwas. Weiß ich leider gerade keinen Typen auswendig. Im Geiste spukt mir der TDA7294 herum...

Also, jedenfalls interessant! Ich würde gerne mehr davon erfahren

MfG
Wastel63
Neuling
#3 erstellt: 31. Mrz 2016, 14:27
Hallo TheByte ,
mir ist schon bewusst dass man mit Hilfe eines Mikrocontoller ganz wunderschöne Sachen machen kann, und dass sich eine Vielzahl von Möglichkeiten ergeben. Ich bin auch zutiefst beeindruckt von Leuten die die Anwendung solcher Teile drauf haben.
Allerdings ist das nicht meine Welt. Von programmierbaren Bausteinen versehe ich soviel wie ein Metzger von Brot backen .
Auch sollte die Steuerung ganz bewusst erst einmal nur einphasig arbeiten. Ich werde zu einem späteren Zeitpunkt auf den Grund zurückkommen.
Also bin ich das Projekt mal ganz konventionell nach alter Schule angegangen. Ich habe mal einen Bücken Oszillator aufgebaut und habe die Schaltung erst einmal auf den Frequenzbereich bereich um die 50Hz hin eingegrenzt. Ich denke das kommt der Genauigkeit entgegen und nur den Bereich brauchen wir ja auch.
Was soll ich sagen, die Schaltung liefert einen Blitz sauberen Sinus, genau so wie es sein soll.

http://cdn04.trixum....566b27c036859e4f.jpg

Soweit so gut, doch wie sieht es mit der Frequenzstabilität aus, meiner größten sorge.
Um davon ein Bild zu erlangen habe ich die Schaltung einfach mal eines extremen Tests unterzogen.
Ich habe dem ganzen Versuchsaufbau mal ordentlich eingeheizt. Die Schaltung war bei 15° genau auf die Frequenz von 50Hz eingestellt. Im ersten Schritt habe den Aufbau mit den Heißluftföhn langsam bis auf 35° erwärmt, ohne das ich mit meinen mitteln ein Abweichung der definierte Frequenz feststellen konnte. Erst ab ca. 48° ist ein Abfall von ca. 0,2% feststellbar. Der härtetest geht weiter. Bei 75° geht die Frequenz in Richtung 49Hz.
Das dürfte hörbar sein, also ist Steuerung ist nicht geeignet für Hörer die jenseits der 70° Marke Musik hören.

http://cdn04.trixum....7e6bff8cc379882f.jpg

http://cdn04.trixum....731be1d6e3aae785.jpg

alles in allem bin ich über die Stabilität sehr erfreut, und denke das ist eine mehr als brauchbare Basis um sich langsam an die Endverstärkung heran zu tasten.

Schöne Grüße,
Klaus
jehe
Inventar
#4 erstellt: 31. Mrz 2016, 16:56

Was soll ich sagen, die Schaltung liefert einen Blitz sauberen Sinus, genau so wie es sein soll.


ohne mich da groß einklinken zu wollen, aber ein blitzsauberer Sinus sieht anders aus. Das hier geht mehr in Richtung Dreieck.
Was für eine Schaltung ist das denn ?
Mimamau
Inventar
#5 erstellt: 31. Mrz 2016, 17:34
Wastel63
Neuling
#6 erstellt: 31. Mrz 2016, 18:38
@ Hallo jehe,

ich bekomme den Sinus auch noch etwas schöner, die Bilder sind bei der Temperaturmessung entstanden.
Zur Schaltung werde ich Später noch kommen.

@Mimamau,
ja das kenne ich, habe alles mit großer Aufmerksamkeit verfolgt. Das Projekt ist faszinierend.
Die Steuerung die ich im Sinn habe ist eindeutig einfacher gestrickt.

Schöne Grüße,
Klaus
TheByte
Stammgast
#7 erstellt: 31. Mrz 2016, 22:12
Hallo,

das Signal sieht zwar wirklich nicht nach sauberem Sinus aus, aber schaut man sich an, was aus
"stinknormalen" Eisentrafos rauskommt, so würde ich bezweifeln, dass das einen Einfluss auf den Motor hat.
Schön, mach bitte weiter Das passt doch.

MfG

Edit: ist das ein Wien-Robinson-Oszillator? Das Lämpchen sieht stark danach aus.
Falls ja, dann könnte man damit noch etwas an der Signalform drehen. Oder ein einfaches
Tiefpassfilter dahinter. Wenn es sein muss...


[Beitrag von TheByte am 31. Mrz 2016, 22:15 bearbeitet]
Hmeck
Inventar
#8 erstellt: 01. Apr 2016, 11:07
Hi,
habe mich schon paar mal mit ähnlichen Projekten beschäftigt und möchte folgendes anmerken:
1) Motoren haben eine viel höhere Induktivität als Lautsprecher; wegen der evtl zerstörerischen Spannungsspitzen deshalb Sorgfalt beim Anschließen / Einschalten.
2) Mit einem freilaufenden RC-Generator bist du auf jeden Fall ungenauer als die Netzfrequenz. Vorteil ist dennoch die Einstellbarkeit, wenn man die will oder braucht.
3) Es gibt quarzgesteuerte Signalgeneratoren (DDS) fertig als Module, die fein genug einstellbar sind, wenn man die Quarzgenauigkeit will.

Wenn es sich um einen Synchron-Motor mit 2 Wicklungen handelt, könnte man so ein 4-Fach-Verstärker-IC mit jeweils 2 brückbaren Verst. nehmen, z.B. den 7377, falls die Spannung genügt. An die Eingänge dann einen Phasenschieber per OpAmp, das Ganze per DDS angesteuert, fertig. Naja, der Teufel hockt dann bekanntlich im Detail ...

Grüße, Hmeck
Wastel63
Neuling
#9 erstellt: 05. Apr 2016, 17:45
TheByte@ Es handelt sich in der Tat um einen Wienbrückenoszillator. An dem ich auch noch ordentlich Hand angelegt habe. Ich habe alles noch einmal überarbeitet, auch mit Blick auf eine einheitliche Spannungsversorgung mit der Endstufenlösung die mir vorschwebt.
Der Oszillator läuft super. Der Sinus ist wie er besser nicht sein könnte. Die Frequenz ist sehr stabil und am Ausgang liegen immerhin 1,7V an.
Was auf dem Schaltbild noch nicht endgültig ist, sind die Widerstandswerte zur Feineinstellung, hier muss ich später noch Feintunig machen.

http://cdn01.trixum....cd985d5d6da34625.jpg

Hmeck@ Mir ist die Problematik mit der Induktivität sehr wohl bewusst, daran sind ja auch schon einige gescheitert. Vor allen Dingen wenn man mit einer hohen Ausgangsspannung fahren will. Wenn man einen Thoren TD 147 antreiben muss braucht es 16V.
Ich denke da in Richtung Ausgangsübertrage, wo die als Primer genutzte Seite von der ohmschen Last dem Einsatzbereich eines z.B. TDA 2030 nahe kommt.
Ich habe mir mal die Steuerung von Akustik Signatur näher angeschaut (ich habe zufällig eine hier). Sehr ordentlich aufgebaut. Dort verwendet man den TDA 2030 in Brückenschaltung. Auch schön.
http://cdn01.trixum....02ff91be0a93fcf4.jpg

Schöne Grüße,
Klaus
Wastel63
Neuling
#10 erstellt: 13. Apr 2016, 13:57
Ich war fleißig und habe mich mit der Endstufe beschäftigt.
Ich bin vor einiger Zeit im Netz auf einen Schaltplan gestoßen, in dem ein TDA 2030 zum Treiben einer Röhre, an einem Übertrager betrieben wurde.

http://cdn04.trixum....880834e2ed12afdc.jpg

Das ist eigentlich genau das, was mir für die Steuerung vorschwebt. Der Betrieb der Endstufe mit Ausgangsübertrager. Je nach dem wie man den Ausgangstransformator auswählt, ist man im Punkt Ausgangsspannung sehr flexibel.
Die Frage ist, wie sich die Schaltung an der hier schon angesprochen induktiven Last verhält.

http://cdn01.trixum....1318581bcf935b72.jpg


Die Endstufe ist ja mit sehr wenigen Bauteilen aufgebaut, aber der Teufel steckt im Detail. Mein erster Aufbau neigte zu hochfrequenten Auto-Oszillation. Also das ganze etwas durchdachter und vor allem enger am TDA noch mal aufgebaut, und siehe da die Endstufe lauft einwandfrei.

http://cdn04.trixum....155e88297aad6a16.jpg

Nun habe ich mal alles aufgebaut und einen Ausgangstrafo aus der Bastelkiste drangehangen.
Leider passt der nicht ganz genau, um auf 110V für den zum Versuch angetretenen Airpax Motor (Rega) zu kommen. Die Endstufe macht am Ausgang sauber 7,5V. Der Verwendete Transformator 230V/18V hat ein Übertragungsverhältnis von ca. 1:13, so kommen am Ausgang ca.100V im Lehrlauf an. Im Lastbetrieb liegt eine Spannung von ca.75V an. Damit läuft der Motor schon wirklich kräftig. Die Laufruhe ist beeindruckend. Ich bin mit dem Ergebnis mehr als zufrieden.javascript:insert(' ','')

http://cdn04.trixum....14c6ad2825823308.jpg


Die Wärmeentwicklung an der Endstufe ist im Versuchsaufbau minimal und an dem großen Kühler kaum wahrnehmbar.
Ich bin gespannt ob sich das auch mit einem Ausgangstransformator von 230V/60 so gestaltet.

Auch noch endgültig in den Test einfliesen sollt das Netzteil. Davon berichte ich später.

Sollte sich das zufriedenstellend gestallten, kann es eigentlich schon ans Layout einer Leiterplatte gehen. An diesem Punkt stoße ich aber an meine Grenzen. Ich habe in meinem Leben noch kein Layoutprogramm bedient. Eventuell kann ja jemand im Forum Hilfe leisten.
Einen Vorendwurf werde ich liefern.javascript:insert(' ','')

Zum Schluss noch ein Bild, welches den Sinus der Netzspannung mit dem der Steuerung vergleicht. Bei der Netzspannung sieht man deutlich wie die Rundung nicht vorhanden ist. Das heißt, die Motorpole sind über einen längeren Zeitraum voll magnetisiert was einen raueren Lauf zur Folge hat.

http://cdn04.trixum....0bfeaebce13675ef.jpg


Schöne Grüße,
Klaus Hassler
TheByte
Stammgast
#11 erstellt: 13. Apr 2016, 22:34
Na dann, herzlichen Glückwunsch
Sieht alles gut aus und mit Trafo ist die Verletzungsgefahr doch recht gering.
Das ist Basteln im besten Sinne!

Eine Ergänzung vielleicht noch: du benutzt den TDA2030, dabei könnte der TDA7396 eine etwas
stärkere Alternative sein. Nur falls irgendwann nötig...

MfG
Hmeck
Inventar
#12 erstellt: 14. Apr 2016, 08:11
Gefällt mir auch. Endlich mal jemand, der auch mit Lochraster arbeitet. Mit Cu-Lötaugen? (Ohne geht besser, finde ich)

Und solange du Trafo und Motor nicht im Betrieb abklemmst, gibts vermutlich auch keine Problem mit der Induktion.
Wastel63
Neuling
#13 erstellt: 16. Apr 2016, 11:48
Danke für die Blumen, aber die wurden zu früh überreicht.
Den 16V Thorensmotor bekomme ich mit dem 230/60V Trafo 10VA nicht mit ausreichend mit Strom versorgt. Auch hier steckt der Teufel im Detail. Ich habe am Ausgang nur magere ca.80mA zu Verfügung und die Endstufe erwärmt sich übergebührend. Der Motor dreht viel zu schwach.
Das Original Netzteil schmeißst immerhin 800mA raus. Das scheint mir zwar reichlich überdimensioniert zu sein, da der Motor im Betrieb ca. 150 mA verbraucht. Was er im Anlauf zieht, kann ich messtechnisch nicht nachvollziehen. Von einem Fachmann bekam ich die Aussage, dass der Motor zum Start ca. 1/3 mehr Leistung benötigt.
Schwierig macht die ganze Angelegenheit vor allem, dass man von den Standart Transformatoren nur wenig technische Daten zur Verfügung hat.
Fakt ist, ich brauche einen Trafo der an der Endstufenseite einen Re von 8-15Ohm haben sollte. Damit läuft der Verstärker super. An der Priemerseite muss der – vereinfacht gesagt- Draht dick genug sein um den Motor zu treiben.
Also denke ich, ich sollte mich nach einem Trafo umsehen der nicht auf 230V, sondern auf 110V ausgelegt ist. Auch etwas höhere Nennleistung könnte nicht schaden.
Bei Mouser-München wird ein Transformator angeboten, von dem ich mir erhoffe dass er dem Thorens Feuer unter den Hintern macht.
Die Leistungsangabe ist 20VA 115/48V, bei sehr kleinen Abmessungen, was auf einen sehr guten Kern schließen sollte.
Spannungsmäßig passt das genau mit meinen gut 7V am Ausgang der Endstufe, der Trafo hat eine Übersetzung von 2,3 so komme ich am Ausgang auf gut 16V und erhoffe mir eine Leistung von ca. 300mA.
Ich werde weiter berichten.

Schöne Grüße,

Klaus

@Hmeck
Lochraster ist unglaublich anstrengen, vor allen wenn die Augen nicht mehr die neusten sind. Einen Gesamtaufbau noch auf Lochraster, danach will ich ne richtige Leiterplatte habenjavascript:insert(' ','')
Wastel63
Neuling
#14 erstellt: 17. Apr 2016, 10:58
Das Trafoproblem ist gelöst
Ich stand einfach auf der „Leitung“ und bin nicht auf die Lösung gekommen, auf die mich mein Freund Steffan gebracht hat.
Ich nutze von einem Trafo 4,8VA, der Sekundär zwei 15V Anzapfungen hat, nur die Sekundäre Wicklung und betreibe diese als „Spartafo“. So habe ich einerseits die ideale ohmische Last für den TDA 2030, anderseits einen dicken Draht, der genügend Strom liefert um den Motor zu bereiben. Mit dem 1:2 Spannungs-Verhältnis komme ich auch zurecht. Am Ausgang stehen gut 15V, mit dem optimierten Netzteil werde ich auch über 16V kommen
Im Versuchsaufbau hat ein TD-147 Tadellos seine Runden gedreht, die Stoboscheibe steht absolut still. Zu einem Späteren Zeitpunkt werden noch Messungen mit der Messplatt bei 3150Hz folgen.
Aber ich kann jetzt schon sagen, dass dieses Netzteil eine absolute Verbesserung für ein Gerät dieser Art ist.
Schöne Grüße,
Klaus
Wastel63
Neuling
#15 erstellt: 10. Mai 2016, 16:16
Das Projekt ist Motorsteuerung bzw. “Aktivnetzteil-Sinus“ für Thorens TD-147 ist beendet.
Nachdem ich nochmals an der einen oder anderen Stelle Kleinigkeiten geändert habe, ist die Platine nun in ihre endgültige Behausung gezogen.

http://cdn01.trixum....263bc3edb233c33a.jpg

Alles in allem hat das Projekt mich unglaublich viel Arbeit gekostet. Das liegt sicherlich nicht an der Aufgabenstellung allein, sonder auch darin begründet, dass ich in der Entwicklung von Schaltungen nicht sehr geübt bin.
Alles in allem war die Arbeit sehr Lehrreich, und ich denke das Ergebnis kann sich wirklich sehen lassen. Es ist ein Netzteil entstanden, welches man „plug and play“ an jeden Thorens 14x-16x mit 16V anschließen kann. Es liefert einen weitgehend sauberen Sinus, es Liefert die optimale Spannung und die Geschwindigkeit läst sich auf den Punkt einstellen.

http://cdn01.trixum....eefdf9e79600247f.jpg

Eine Anmerkung noch zum Sinusgenerator. Ich kenne diese Art von Generatoren aus älteren Messgeräten. Mit diesen Analogen Schaltungen lassen sich sehr genaue und zeitstabile Generatoren bauen. Sehr bedeutend ist an dieser Stelle allerdings das man auf genaue Bauteilwerte achtet. Der Gesamtwiderstand auf beiden Seiten der Brücke sollte unbedingt gleich sein, genauso wie die beiden Kondensatoren selektiert sein sollten. Ist halt Analog.
Auch ein bisschen Stolz bin ich darauf, dass es mir gelungen ist nicht mit Kanonen auf Spatzen schießen zu müssen. Also das die Endstufe mit nur einem TDA 2030 auskommt, an induktiver Last einwandfrei arbeitet und sich nur moderat erwärmt.

http://cdn01.trixum....a72515eedc1b7ba7.jpg

Ich bedanke mich für Anregungen und Kommentare, und besonders bei einem Forumsmitglied für das Layout einer Leiterplatte.

Schöne Grüße,
Klaus
Hmeck
Inventar
#16 erstellt: 11. Mai 2016, 07:47
Funktioniert und sieht auch noch gut aus - was will man mehr?!
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