Antenski rotatori SkyKing SU-4000 i MasterRotor Syro AR-300

Danas su nabavljena dva tipa upravljačkog uređaja za kontrolu antenskog rotatora vjerojatno iz 1980-tih godina. Na jednom stoji oznaka SU-4000, a riječ je o brandu SkyKing pod kojim se prodavalo više modela antenskih rotatora japanskog porijekla. Na drugom stoji oznaka Syro, a ovdje je riječ o brandu MasterRotor, odnosno generičkom proizvodu (moguće kineskom) koji se prodavao širom svijeta pod različitim nazivima branda i oznakama modela (AR-300).

Komplet svakog antenskog roratora sastoji se od upravljačkog (kontrolnog) uređaja i samog antenskog rotatora. Upravljački uređaj osigurava napon za pogon elektromotora rotatora, sadrži kontrole za okretanje rotatora (lijevo i desno) i indikaciju položaja (azimuta) antene. Antenski rotator se sastoji od elektromotora koji se može okretati u oba smjera, zatim od sistema zupčanika koji rotaciju sa elektromotora prenose na antenski nosač, a ovisno od modela mogu sadržavati i senzore trenutne pozicije antenskog nosača.

Za naše rotatore nemamo nikakvih podataka, no svi antenski rotatori u načelu dijele svega nekoliko načina funkcioniranja. Već samim izgledom upravljačkih uređaja najčešće je odmah jasno o kakvom sistemu je riječ. Tako rotator Syro funkcionira na principu sinkroniziranog rada dva elektromotora, onog koji okreće antenu i onog koji okreće azimutni marker na upravljačkom uređaju. Rotator SU-4000 pak funkcionira na posve drugom principu gdje je pokazivanje azimuta na upravljačkom uređaju kontrolirano preko potenciometarskog senzora ugrađenog u sam rotator. No, da krenemo nekim redom, prvo ćemo reći par riječi o samim rotatorima.

U rotatorske glave, ovisno o rotarskom sistemu, može biti ugrađen izmjenični ili istosmjerni pogonski elektromotor. Ukoliko se radi o izmjeničnom motoru, onda je to obično mali izmjenični kavezni 2-fazni elektromotor za nominalni napon cca 24 V. Takav elektromotor se sastoji od kaveznog (indukcijskog) rotora i od četiri namotaja statora gdje se na dva namotaja dovodi jedna faza, a na druga dva namotaja druga faza izmjeničnog napona. Jedna faza izmjeničnog napona dobiva se izravno preko mrežnog transformatora i dovodi se na jedan par namotaja. Strujni fazni pomak (cca 90°) za drugu fazu, odnosno za drugi par namotaja dobiva se preko serijski spojenog bipolarnog kondenzatora. U takvom krugu u svakom trenutku rade sva četiri namotaja elektromotora, no smjer vrtnje će ovisiti o tome na koje namotaje je dovedena koja faza. Najbolje je to prikazati na shemi.

Shema izmjeničnog dvofaznog kaveznog elektromotora gdje se smjer okretaja mijenja zamjenom poretka faza na namotajima statora.

Ukoliko se izmjenični napon dovede na priključnice 3-2 tada će namotaji A-B dobivati izravnu fazu, a namotaji C-D strujno pomaknutu fazu preko serijski vezanog kondenzatora. U drugom slučaju, ako se izmjenični napon dovede na priključnice 3-1 tada će namotaji C-D dobivati izravnu fazu, a namotaji A-B strujno pomaknutu fazu preko serijski vezanog kondenzatora. Zaostajanje struje između faza je u tom slučaju suprotnog smjera pa će se i rotor pokrenuti u suprotnom smjeru.

Neki rotatori imaju ugrađene istosmjerne elektromotore kod kojih se smjer rotacije mijenja promjenom polariteta napona, no izmjenični motori su tiši, nemaju četkice i ne zahtijevaju ispravljanje napona te su jednostavniji (jeftiniji) kako po vlastitoj konstrukciji tako i po sklopovlju za upravljanje.

Najskuplji dio svakog rotatorskog sistema je vanjska jedinica rotatora koja mora podnijeti sve vremenske uvjete i težinu samog antenskog sistema. O konstrukciji i kvaliteti reduktora ovisi kojom brzinom će se antene zakretati i koju snagu kočenja će reduktor pružati neželjenoj vrtnji antena uslijed vjetra i slično. O robusnosti kućišta, reduktora, ležajeva i antenskih nosača ovisi koja će biti najveća dozvoljena težina antena. Bez obzira na specifikacije treba uvijek težiti da antena ili antenski sistem postavljen na osovinu rotatora bude u balansu (težište što bliže centru rotacije), osim ako se ne koriste puno lakše antene od dozvoljenih.

Antenski rotator MasterRotor Syro AR-300

Ovaj rotator funkcionira na principu sinkroniziranog rada dva 2-fazna izmjenična elektromotora. Elektromotor u upravljačkoj jedinici obično je nešto manje snage i manjeg nominalnog napona napajanja od onog u rotatoru, no konstrukcijski i principijelno su identični. Oba rade preko redukcijskih zupčanika kako bi se smanjila brzina vrtnje (na cca 1 okret u minuti) i povećala snaga na izlaznoj osovini reduktora, no ta izlazna brzina okretaja kod oba motora mora biti ista.

Prilikom postavljanja sistema motor u upravljačkoj jedinici i motor u reduktoru moraju se postaviti tako da pokazuju isti smjer (azimut na pokazivaču kontrolera i stvarni azimut antene na rotatoru moraju biti isti). Kad želimo pomaknuti antenu na neki drugi azimut, prvo se kotač na upravljačkoj jedinici kojim se namješta željeni azimut okrene na tu poziciju. U tom trenutku se zatvara sklopa za napajanje oba motora i oni se počinu sinkrono okretati prema postavljenoj poziciji. Kad se pozicija dostigne, sklopka se isključuje i oba motora prestanu s radom.

Pošto nam treba lijeva i desna rotacija, sklopka za uključivanje napajanja motora je obično kombinirana i se sastoji od dva dijela: jedan segment uključuje/isključuje zajedničko napajanje oba namotaja motora, a drugi segment istovremeno prebacuje napajanje i kondenzator na preostala dva kontakta namota motora, ovisno o smjeru vrtnje.

Reduktorski zupčanici i mehanika sklopki uvijek su kritični elementi podložni trošenju, pucanju i sličnim neispravnostima. Vidimo da je i kod našeg uređaja jedan plastični zupčanik na kraju svojeg životnog vijeka. To su obično zupčanici koji se namjerno rade od mekše plastike kako bi reduktor bio što tiši, no takva plastika se i brže dezintegrira tijekom vremnena.

Unutar upravljačke jedinice nalazi se još mrežni transformator 2 x 22V kojima se napajaju elektromotori (svaki preko svojeg sekundarnog namota) i naravno bipolarni elektrolitski kondenzator 100µF/50V kojim se stvara strujni fazni pomak, odnosno druga faza izmjeničnog napajanja oba elektromotora.

Izmjenični dvofazni kavezni elektromotor kakav se koristi u većini antenskih rotatora i u kontrolnim jedinicama rotatora koje rade na principu sinkroniziranog rada dva elektromotora.

Elektronička shema rotatorskog sistema MasterRotor Syro AR-300.

Mrežni transformator kod upravljačke jedinice MasterRotor Syro AR-300 ima dva sekundana namota, svaki nominalnog napona 22 V. Preko jednog sekundara se napaja elektromotor upravljačke jedinice, a preko drugog elektromotor rotatora. Uobičajeno je da je elektromotor unutar upravljačke jedinice manje snage i nižeg napona napajanja, no moguće je da se u ovom slučaju radi pojeftinjenja proizvodnje koriste isti izmjenični motori za obje komponente rotatorskog sustava. 

Vidimo da je princip rada ovog sistema vrlo jednostavan, no upravljačka jedinica mora sadržavati elektromotor, sistem redukcijskih zupčanika, i sklopne kontakte spregnute s mehaničkom kontrolom uključivanja. Ovo upravljačku jedinicu čini relativno teškom, bučnom i podložnom trošenju i kvarovima zbog puno mehaničkih komponenti. Također, znamo da se zbog poveznih kablova rotatori ne mogu okretati kontinuirano u krug već samo za 360° u jednom smjeru, što početnu sinkronizaciju istog sa upravljačkom jedinicom čini nešto složenijom, a u slučaju nekog kvara na bilo kojoj komponenti lako dođe do desinkronizacije. Dobra strana ovakvih rotatora je što mogu pokretati bilo koje rotatore sa 2-faznim motorom, odnosno ne treba im povratni senzorski krug, a to znači da je i za samo povezivanje dovoljan kabao sa 3 žice.

Antenski rotator SkyKing SU-4000

Upravljačka jedinica rotatora SU-4000 je posve drugačije konstrukcije od MasterRotor Syro AR-300. U unutrašnjosti se uočava se mrežni transformator koji na sekundarima daje izmjenične napone reda 11V i 26V. Također je dobro uočljiv bipolarni elektrolitski kondenzator 130µF/40V vezan na mikrosklopke za uključivanje lijeve ili desne vrtnje motora. Tu je i pločica sa dva tranzistora te nekoliko pasivnih komponenti.

Ovakve sisteme koriste i rotatori nekih renomiranih proizvođača poput Yaesu (tipovi G400, G500, G600), a mi smo pronašli shemu rotatora Kenpro KR-500 koja je električki identična našem rotatoru, osim što su vrijednosti elemenata nešto drugačije pa smo ih prepravili prema našem SU-4000.

Elektronička shema rotatorskog sistema SkyKing SU-4000.

Kao što se vidi shema se sastoji od dva električna kruga: jedan za napajanje elektromotora rotatora i drugi za indikaciju položaja osovine rotatora. Krug za napajanje elektromotora je električki istovjetan već opisanom za 2-fazne izmjenične motore. Elektromotor rotatora napaja se preko sekundarnog namota od 26 V, a prebacivanje smjera okretanja vrši se ručno pomoću dvije mikrosklopke kojim se zapravo prebacuje napajanje i kondenzator na preostala dva kontakta namota motora, ovisno o smjeru vrtnje.

Za indikaciju dostignutog azimuta kod ovakvih sistema je nužno da sam rotator daje neku povratnu informaciju prema upravljačkoj jedinici o trenutno dostignutom azimutu. Obično je sa izlaznom osovinom elektromotornog reduktora unutar rotatora spregnut (žičani) potenciometar tako da se njegov klizač okreće paralelno sa osovinom rotora. Na taj način će potenciometar na svakom položaju rotatora u krugu 360° imati drugačiji otpor i ta veličina se koristi kao senzorski signal za indikaciju položaja. Kako bi se spriječilo zaplitanje rotatorskih i antenskih kablova, u sam rotator su ugrađene mikrosklopke koje prekidaju napajanje motora nakon što se dosegnu krajnje točke jedne pune rotacije.

Shema spajanja kontrolne jedinice i rotatora sustava SkyKing SU-4000. Rotatorska glava mora sadržavati pogonski 2-fazni izmjenični elektromotor spregnut sa potenciometrom kao senzorom azimuta.

Indikator položaja kod SU-4000 je klasični mjerni instrument sa zakretnim svitkom (voltmetar). Indikatorski električni krug čini izvor stabiliziranog napona na koji je vezan djelitelj napona sa potenciometrom motora. Ovisno o otporu potenciometra, na instrument se dovodi različita vrijednost napona (0 – 8,2 V), a skala je baždarena u azimutskim stupnjevima.

U SU-4000 je ugrađen jednostavan tranzistorski stabilizator napona kontroliran zener diodom 8,6 V. Tako se izmjenični napon 11 V iz transformatora prvo ispravlja diodom 1S1588, zatim filtrira kondenzatorom 470 µF, te regulira serijskim tranzistorskim stabilizatorom na stabilnih 8,6 V. Preko otpornika za ograničenje struje od 100 Ω na krajevima senzorskog potenciometra dobivamo mjerni napon od 8,2 V. Potenciometar je na osovinu motora postavljen tako da pokazivanje sjevera odgovara središnjem položaju klizača, dakle naponu od 4,1 V. Naravno, omogućena je kalibracija instrumenta preko serijski vezanog  potenciometra od 10 kΩ tako da se pokazivanje mjernog sistema može prilagoditi širem rasponu senzorskih potenciometara.

Prednost ovakvog sistema rotatora u odnosu na onaj sa dva sinkronizirana elektromotora svakako je u puno jednostavnijoj upravljačkoj jedinici koja praktično ne sadrži nikakve mehaničke komponente podložne kvarovima i u jednostavnijoj početnoj kalibraciji. Indikacija pomoću analognog voltmetra je pri tome vrlo praktična i kao što vidimo može izgledati vrlo efektno pa stoga ne čudi da mnogi proizvođači imaju modele rotatora sa upravo ovakvim sistemima. Nedostatak bi bio taj što je potreban kabao sa 5 ili 6 žica, a sama rotatorska glava mora biti opremljena spregnutim potenciometrom.

Vidjeli smo dva, možemo reći najčešća sistema kontrole i indikacija usmjerenja antene kod antenskih rotatora. Ukoliko imamo osnovne električne informacije često nije veliki problem prilagoditi različite modele upravljačkih jedinica sa različitim modelima rotatorskih glava. Također, danas nije veliki problem analognu naponsku veličinu pretvoriti u digitalni oblik te programirati digitalni prikaz na kakvom displeju, a jednako tako istim mikrokontrolerom upravljati relejima ili sklopnim poluvodičima za lijevu i desnu vrtnju ukoliko primjerice želimo automatsko pozicioniranje rotatora na neki upisani ili memorirani azimut. Ove preinake bi svakako bilo zabavno raditi na rotatorima sa kakvim neuglednim ili pokvarenim mehaničkim kontrolerima, poput našeg MasterRotor Syro AR-300, dok je za razliku od njega Sky King SU-4000 dovoljno kompaktan, praktičan i vizualno efektan da ga se ostavi i koristi u svojem izvornom obliku 🙂