Hintergrund
Plattenspieler-Motoren: warum 90° nicht genügen
Die Motoren der Transrotor-Plattenspieler sind Synchronmotoren mit zwei Wicklungen. Damit sie rund laufen, speist man sie mit zwei sinusförmigen Spannungen gleicher Frequenz, die um 90° gegeneinander versetzt sind. Das ist die Regel, die man überall findet. Sie stimmt, setzt aber einen perfekten Motor voraus, und den gibt es nicht.
Warum zwei Wicklungen?
Ein Synchronmotor braucht ein umlaufendes Magnetfeld: Der Läufer hängt sich daran und folgt ihm mit derselben Drehzahl. Eine einzelne, mit Wechselstrom gespeiste Wicklung erzeugt dieses Feld nicht. Sie erzeugt ein Feld, das auf der Stelle pulsiert und bei jeder Halbwelle die Richtung wechselt. Das entspricht zwei gleich großen Drehfeldern, die in entgegengesetzte Richtungen laufen. Der Läufer hängt sich an das eine, das andere bremst ihn. Der Motor läuft schlecht an, wenn überhaupt.
Die zweite Wicklung löst das Problem. Sie sitzt 90° von der ersten entfernt um den Läufer (90° elektrisch; bei einem Motor mit mehreren Polpaaren ist der mechanische Winkel kleiner, die Überlegung bleibt dieselbe). Speist man sie mit einem um eine Viertelperiode versetzten Strom, setzen sich die beiden pulsierenden Felder zu einem einzigen Feld mit konstanter Amplitude zusammen, das umläuft. 90° im Raum, 90° in der Zeit: Daher kommt die Zahl.
Bei einem Motor am Netz entsteht der Versatz meist durch einen Kondensator in Reihe mit einer Wicklung. Bei einem elektronischen Zweikanal-Netzteil wird er berechnet: eine Sinuskurve und dieselbe Kurve, um eine Viertelperiode verzögert.
Wenn der Winkel nicht stimmt
Ist der Versatz nicht genau 90° oder sind die beiden Ströme unterschiedlich groß, ist das Feld kein Kreis mehr, sondern eine Ellipse. Eine Ellipse lässt sich zerlegen in ein kreisförmiges Feld, das in die richtige Richtung läuft, und ein schwächeres, das rückwärts läuft. Das erste treibt den Läufer an. Das zweite überholt ihn mit doppelter Synchrondrehzahl und erzeugt ein Drehmoment, das mit der doppelten Speisefrequenz pulsiert.
Dieses wechselnde Drehmoment treibt den Plattenteller nicht voran. Es rüttelt leicht an ihm, und der Strom, der es erzeugt hat, hat den Motor erwärmt, ohne etwas Nützliches zu leisten. Ein schwerer Plattenteller filtert einen großen Teil davon, aber nicht unbedingt alles: Ein Teil kann über den Riemen und das Lager übertragen werden.
Die theoretischen 90° sind nicht unbedingt die Realität des Motors
Die Rechnung setzt zwei identische, genau rechtwinklig angeordnete Wicklungen in einem gleichmäßigen Luftspalt voraus. Ein echter Motor weicht davon ab. Windungszahl, Widerstand und Induktivität sind von Wicklung zu Wicklung nicht exakt gleich, die Wicklungen sind nicht auf den Mikrometer genau gewickelt und platziert, der Luftspalt ist nicht perfekt konstant. Jede Toleranz ist winzig. Zusammen verschieben sie den Winkel, der ein perfekt rundes Feld ergäbe.
Der ideale Winkel liegt also um einige Grad unter oder über 90°. Er ist bei zwei Motoren desselben Modells nicht gleich, und bei ein und demselben Motor kann er sich mit Last und Erwärmung verschieben. Ein Netzteil mit fest auf 90° eingestellter Phase passt zu einem durchschnittlichen Motor. Zu jedem einzelnen passt es nicht gleich gut.
Nicht zu verwechseln mit dem Versatz zwischen zwei Motoren, der im Artikel zur Synchronisation behandelt wird: Hier geht es um die Phase zwischen den beiden Wicklungen eines einzelnen Motors. Bei einem Plattenspieler mit zwei Motoren hat jeder Motor seinen eigenen optimalen Winkel.
Wie man den richtigen Winkel findet
Man kann ihn nicht berechnen, und auf dem Typenschild des Motors steht er nicht. Man muss ihn suchen: die Phase variieren und eine Messgröße beobachten. Die zugänglichste ist die Stromaufnahme. Bei gleicher Last nimmt der Motor den geringsten Strom auf, wenn sein Feld am rundesten ist, denn kein Anteil davon geht in das Störfeld. Das Stromminimum markiert den gesuchten Winkel.
Die Schwierigkeit liegt im sauberen Messen. Zwischen zwei benachbarten Winkeln ändert sich der Strom nur um wenige Zehntelprozent. Erstreckt sich die Messung nicht über eine ganze Zahl von Perioden, kann der Abschneidefehler größer sein als der gesuchte Effekt.
Ein Vorbehalt: Das ist eine elektrische Messgröße, kein Hörtest. Sie sagt, dass der Motor sauber arbeitet, nicht, was das Ohr davon hält.
Der Ansatz von Isostase
Isostase erzeugt die beiden Spannungen jedes Motors getrennt, mit einstellbarer Phase. Es startet bei 90°, probiert einen etwas größeren und dann einen etwas kleineren Winkel, misst den Motorstrom über eine ganze Zahl von Perioden und wandert in die Richtung, in der er sinkt. Die Schrittweite, zunächst 2°, geht auf 0,7° und dann auf 0,25° zurück, je näher es dem Minimum kommt; liegt der gefundene Punkt zwischen höheren Werten, legt Isostase eine Parabel durch die drei Messungen, um den Tiefpunkt anzupeilen. Als Sicherheitsgrenze ist die Abweichung von 90° auf 15° nach jeder Seite begrenzt.
Bei einem Plattenspieler mit zwei Motoren läuft die Suche Motor für Motor, der jeweils andere ist während der Messung abgeschaltet; anschließend werden beide zueinander abgeglichen. Die Suche lässt sich am Bildschirm neu starten, zum Beispiel nach einem Motorwechsel.
Die Vorserien-Geräte der Platine werden derzeit gemessen und validiert: Die Kurven Strom über Phase werden veröffentlicht, sobald die ersten Versuche vorliegen.
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