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doc-harry
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der Tonewheel-Generator nutzt zur Erzeugung der einzelnen Töne ein elektromechanisches Verfahren,
bei dem die Töne dadurch erzeugt werden, dass sich einzelne Tonräder vor einem elektromagnetischen Tonabnehmer
(im Prinzip ähnlich einer Elektrogitarre) drehen. Wie das genau funktionert, kann man u.a. hier nachlesen:
http://de.wikipedia.org/wiki/Hammondorgel#Klangformung
Das bedeutet aber auch, dass die Tonhöhe der erzeugten Töne abhängig ist von der Rotationsgeschwindigkeit der
Tonewheels. Drehen sich diese zu langsam, klingt die Orgel insgesamt zu tief, drehen sie sich zu schnell, ist
die Orgel zu hoch gestimmt.
Die korrekte (genau genommen - fast korrekte) Stimmung (bei einer amerikanischen Orgel) erhält man, wenn sich der Antriebsmotor des Tonewheel-Generators
mit exakt 1800 U/min (Ausnahme Modell X-66: 3600 U/min) dreht.
Bei diesem Antriebsmotor handelt es sich um einen Synchronmotor, dessen Drehzahl proportional zur Netzfrequenz ist.
Wird nun eine Tonewheel-Orgel, die für die amerikanische Netzfrequenz von 60 Hz konzipiert ist, nur mit einem Vorschalttrafo
am europäischen 50 Hz-Netz betrieben, dann läuft der Synchronmotor nur mit 1500 U/min und die Orgel klingt ca 3 Halbtöne zu tief.
Eine andere nette Variante ist eine Hammond, die an einem Stromerzeuger ohne elektronische Frequenzstabilisieurng
betrieben wird. Bei solchen Aggregaten ändert sich die Drehzahl mit der Belastung, was sich in einer Änderung der Netzfrequenz
und bei einer angeschlossenen Orgel in fürchterlichem Jaulen bemerkbar macht.
Ich erinnere mich mit Schrecken an einen Auftritt bei einem Waldfest vor vielen Jahren. Damals stand für die Versorung des
ganzen Festplatzes nur ein völlig überlasteter Stromerzeuger zur Verfügung. Das Ganze war so schlimm, dass wir bei unserem
Auftritt kurzerhand auf die Orgel verzichten mussten.
Um nun eine Hammond unabhängig von solchen äußeren Einflüssen zu machen, muss man den Run-Motor des Generators mit einer
stabilen 60Hz-Wechselspannung versorgen. Ob es sich dabei um eine echte Sinusspannung, eine Rechteckspannung, oder eine
treppenförmig angenäherte Sinusspannung handelt, ist eher von untergeordneter Bedeutung - dem Motor ist das ziemlich egal.
Hier möchte ich nun den Bau eines solchen Frequenzwandlers beschreiben.
Ein Wort vorweg: in der Leistungsendstufe des Freuqenzwandlers liegt eine Gleichspannung von ca. 170V an. Die
Berührung beider Pole ist in jedem Fall sehr unangenehm - bei empfindlichen Menschen kann das auch gravierende
Folgen haben - von daher: V O R S I C H T !!! wo man hingreift, wenn das offene Modul in Betrieb ist.
Der Autor übernimmt keine Gewährleistungsansprüche wenn irgendetwas schiefgeht.
Der Frequenzwandler kann als Lochrasterprojekt aufgebaut werden, wobei es sich empfiehlt, die Leistungselektonik
(Netzteil und Endstufe) - Bild 1 - von der Steuererlektronik - Bild 2 - zu trennen. Um Störeinstreuungen zu vermeiden, sollte
die Leistungselektronik in ein geerdetes und mit Masse verbundenes Metallgehäuse eingebaut werden.
Die Leistungselektronik
Bild 1 - die Leistungselektronik
Diese Platine beheimatet das Netzteil für die Steuerelektronik und die Leistungsendstufe.
Im Grunde handelt es sich um eine sehr einfache Schaltung:
Die heruntertransformierte Netzspannung von 115V wird dem kleinen Trafo zugeführt, der am Ausgang die
Betriebsspannung für die Steuerungsplatine bereitstellt. Da es
schwierig sein wird, einen Transformator 115V / 15V zu besorgen, verwendet man einen Trafo 230V/30V mit einer
Leistung von ca. 6VA. Die Ausgangsspannung des Trafos wird gleichgerichtet, über einen Elko gepuffert und dann mit
einem integrierten Spannungsregler 7812 stabilisiert.
Die Leistungsendstufe besteht aus den 4 Power-MosFET Transistoren vom Typ IRF830 in Brückenschaltung. Diesen wird die gleichgerichtete und
mit einem Elko geglättete Netzspannung direkt zugeführt. Über 4 Treibertransistoren vom Typ MPSA44 und BF393 wird die
Endstufe von der Steuerelektronik so angesteuert, dass am Ausgang des Frequenzwandlers eine treppenförmige Spannung anliegt.
Der Run-Motor hat eine Leistungsaufnahme von knapp 40W - daher müssen die Endstufentransistoren isoliert auf einen Kühlkörper
montiert werden.
Die Steuerelektronik
Bild 2 - die Steuerelektronik
Auch hier verwende ich ein sehr einfaches Prinzip: ein Doppeltimer-IC erzeugt am Ausgang eine in Frequenz und Tastverhältnis
(P2) einstellbare Rechteckschwingung, die mit dem Flipflop CD4013 in verschiedene Phasenlagen aufbereitet wird. Die 4 Ausgangssignale
des CD4013 dienen nun direkt dazu, die Treibertransistoren der Endstufe anzusteueren. Frequenzbestimmende Bauteile sind
der Kondensator Cx und das Poti P1. Mit der angegebenen Bestückung lässt sich die Ausgangsfreuqenz der Frequenzwandlers
in einem Bereich von 45Hz bis 65Hz einstellen, so dass die Orgel sogar stimmbar wird.
In diesem Zusammenhang ist es sinnvoll, das Potentiometer P1 mit einem dünnen Kabel anzuschließen und es so anzubringen,
dass man es später erreichen kann, ohne die Orgel zu öffnen.
Nachdem man alles aufgebaut und kontrolliert hat, kann nun ein erster Test des Moduls stattfinden.
Grundsätzlich muss !! immer ein Transformator vorgeschaltet sein, der die deutsch Netzspannung auf die erforderliche
Eingangsspannung von 115V heruntertransformiert. Aus Sicherheitsgründen ist es Sinnvoll, dass es sich um einen echten Transformator
handelt, der die galvanische Trennung sicherstellt. Ich benutze eine Kombination aus einem 30VA 230V/12V Trafo (am 230V-Netz),
dessen Ausgangsspannung von 12V ich mit der Sekundärwicklung eines Trafos 230V/24V verbunden habe. An der Primärwicklung
des 24V Trafos liegen dann die gewünschten 115V an.
Im ersten Schritt bleibt die Sicherung der Leistungsendstufe noch draußen. Es wird nun überprüft (Oszilloskop),
ob an den PINs 5,8, und 10 des NE556 die Pulsfrequenz im Bereich von 90 bis 130 Hz einstellbar ist und ob die
Steuerelektronik die gewünschten Rechtecksignale am Ausgang produziert. Ist das der Fall, überprüft man noch,
ob die Signale auch an den Kollektoren der Treibertransistoren (resp. Gates der Endstufentransistoren) auf der
Endstufenplatine noch anliegen.
Nun kann die Sicherung der Endstufe eingesetzt werden. Das Potentiometer P2 (Ausgangsspannung) wird auf
Mittelstellung gebracht. In der Regel sollte das passen, der Run Motor ist bei der Höhe der Betriebsspannung
recht flexibel. Wer im Besitz eines True-RMS-Voltmeters oder eines Voltmeters mit Drehspulinstrument ist,
kann natürlich die Ausgangsspannung auf einen gemessenen Wert von 110-117V einstellen. Ein normales Digital-Voltmeter
wird bei der komplexen Ausgangsspannung einen falschen Wert anzeigen.
Für den ersten Test unter Last empfiehlt sich der Anschluss einer 230V/40W Glühbirne (wer eine besitzt, kann besser
noch eine 115V/25W Glühbiren verwenden).
Nachdem auch dieser Test erfolgreich abgeschlossen wurde, kann man nun den Frequenzwandler in ein passendes Gehäuse einsetzen
und gemäß .... in der Orgel montieren.
Für die erste Inbetriebnahme empfiehlt es sich, die Ausgangsfreuqenz auf Maximum einzustellen und dann auf den passenden
Wert herunterzuregeln. Die Startprozedur der Orgel bleibt wie gewohnt, da hat sich nichts verändert.
In seltenen Fällen, kann es passieren, dass der Run-Motor es in Minimalstellung (45Hz) nicht mehr schafft, den Generator
anzutreiben - in diesem Fall die Orgel ausschalten, die Freuqenz ein wenig erhöhen und dann die Orgel wie gewohnt wieder starten.
Viele Grüße, Harald
bei dem die Töne dadurch erzeugt werden, dass sich einzelne Tonräder vor einem elektromagnetischen Tonabnehmer
(im Prinzip ähnlich einer Elektrogitarre) drehen. Wie das genau funktionert, kann man u.a. hier nachlesen:
http://de.wikipedia.org/wiki/Hammondorgel#Klangformung
Das bedeutet aber auch, dass die Tonhöhe der erzeugten Töne abhängig ist von der Rotationsgeschwindigkeit der
Tonewheels. Drehen sich diese zu langsam, klingt die Orgel insgesamt zu tief, drehen sie sich zu schnell, ist
die Orgel zu hoch gestimmt.
Die korrekte (genau genommen - fast korrekte) Stimmung (bei einer amerikanischen Orgel) erhält man, wenn sich der Antriebsmotor des Tonewheel-Generators
mit exakt 1800 U/min (Ausnahme Modell X-66: 3600 U/min) dreht.
Bei diesem Antriebsmotor handelt es sich um einen Synchronmotor, dessen Drehzahl proportional zur Netzfrequenz ist.
Wird nun eine Tonewheel-Orgel, die für die amerikanische Netzfrequenz von 60 Hz konzipiert ist, nur mit einem Vorschalttrafo
am europäischen 50 Hz-Netz betrieben, dann läuft der Synchronmotor nur mit 1500 U/min und die Orgel klingt ca 3 Halbtöne zu tief.
Eine andere nette Variante ist eine Hammond, die an einem Stromerzeuger ohne elektronische Frequenzstabilisieurng
betrieben wird. Bei solchen Aggregaten ändert sich die Drehzahl mit der Belastung, was sich in einer Änderung der Netzfrequenz
und bei einer angeschlossenen Orgel in fürchterlichem Jaulen bemerkbar macht.
Ich erinnere mich mit Schrecken an einen Auftritt bei einem Waldfest vor vielen Jahren. Damals stand für die Versorung des
ganzen Festplatzes nur ein völlig überlasteter Stromerzeuger zur Verfügung. Das Ganze war so schlimm, dass wir bei unserem
Auftritt kurzerhand auf die Orgel verzichten mussten.
Um nun eine Hammond unabhängig von solchen äußeren Einflüssen zu machen, muss man den Run-Motor des Generators mit einer
stabilen 60Hz-Wechselspannung versorgen. Ob es sich dabei um eine echte Sinusspannung, eine Rechteckspannung, oder eine
treppenförmig angenäherte Sinusspannung handelt, ist eher von untergeordneter Bedeutung - dem Motor ist das ziemlich egal.
Hier möchte ich nun den Bau eines solchen Frequenzwandlers beschreiben.
Ein Wort vorweg: in der Leistungsendstufe des Freuqenzwandlers liegt eine Gleichspannung von ca. 170V an. Die
Berührung beider Pole ist in jedem Fall sehr unangenehm - bei empfindlichen Menschen kann das auch gravierende
Folgen haben - von daher: V O R S I C H T !!! wo man hingreift, wenn das offene Modul in Betrieb ist.
Der Autor übernimmt keine Gewährleistungsansprüche wenn irgendetwas schiefgeht.
Der Frequenzwandler kann als Lochrasterprojekt aufgebaut werden, wobei es sich empfiehlt, die Leistungselektonik
(Netzteil und Endstufe) - Bild 1 - von der Steuererlektronik - Bild 2 - zu trennen. Um Störeinstreuungen zu vermeiden, sollte
die Leistungselektronik in ein geerdetes und mit Masse verbundenes Metallgehäuse eingebaut werden.
Die Leistungselektronik
Bild 1 - die Leistungselektronik
Diese Platine beheimatet das Netzteil für die Steuerelektronik und die Leistungsendstufe.
Im Grunde handelt es sich um eine sehr einfache Schaltung:
Die heruntertransformierte Netzspannung von 115V wird dem kleinen Trafo zugeführt, der am Ausgang die
Betriebsspannung für die Steuerungsplatine bereitstellt. Da es
schwierig sein wird, einen Transformator 115V / 15V zu besorgen, verwendet man einen Trafo 230V/30V mit einer
Leistung von ca. 6VA. Die Ausgangsspannung des Trafos wird gleichgerichtet, über einen Elko gepuffert und dann mit
einem integrierten Spannungsregler 7812 stabilisiert.
Die Leistungsendstufe besteht aus den 4 Power-MosFET Transistoren vom Typ IRF830 in Brückenschaltung. Diesen wird die gleichgerichtete und
mit einem Elko geglättete Netzspannung direkt zugeführt. Über 4 Treibertransistoren vom Typ MPSA44 und BF393 wird die
Endstufe von der Steuerelektronik so angesteuert, dass am Ausgang des Frequenzwandlers eine treppenförmige Spannung anliegt.
Der Run-Motor hat eine Leistungsaufnahme von knapp 40W - daher müssen die Endstufentransistoren isoliert auf einen Kühlkörper
montiert werden.
Die Steuerelektronik
Bild 2 - die Steuerelektronik
Auch hier verwende ich ein sehr einfaches Prinzip: ein Doppeltimer-IC erzeugt am Ausgang eine in Frequenz und Tastverhältnis
(P2) einstellbare Rechteckschwingung, die mit dem Flipflop CD4013 in verschiedene Phasenlagen aufbereitet wird. Die 4 Ausgangssignale
des CD4013 dienen nun direkt dazu, die Treibertransistoren der Endstufe anzusteueren. Frequenzbestimmende Bauteile sind
der Kondensator Cx und das Poti P1. Mit der angegebenen Bestückung lässt sich die Ausgangsfreuqenz der Frequenzwandlers
in einem Bereich von 45Hz bis 65Hz einstellen, so dass die Orgel sogar stimmbar wird.
In diesem Zusammenhang ist es sinnvoll, das Potentiometer P1 mit einem dünnen Kabel anzuschließen und es so anzubringen,
dass man es später erreichen kann, ohne die Orgel zu öffnen.
Nachdem man alles aufgebaut und kontrolliert hat, kann nun ein erster Test des Moduls stattfinden.
Grundsätzlich muss !! immer ein Transformator vorgeschaltet sein, der die deutsch Netzspannung auf die erforderliche
Eingangsspannung von 115V heruntertransformiert. Aus Sicherheitsgründen ist es Sinnvoll, dass es sich um einen echten Transformator
handelt, der die galvanische Trennung sicherstellt. Ich benutze eine Kombination aus einem 30VA 230V/12V Trafo (am 230V-Netz),
dessen Ausgangsspannung von 12V ich mit der Sekundärwicklung eines Trafos 230V/24V verbunden habe. An der Primärwicklung
des 24V Trafos liegen dann die gewünschten 115V an.
Im ersten Schritt bleibt die Sicherung der Leistungsendstufe noch draußen. Es wird nun überprüft (Oszilloskop),
ob an den PINs 5,8, und 10 des NE556 die Pulsfrequenz im Bereich von 90 bis 130 Hz einstellbar ist und ob die
Steuerelektronik die gewünschten Rechtecksignale am Ausgang produziert. Ist das der Fall, überprüft man noch,
ob die Signale auch an den Kollektoren der Treibertransistoren (resp. Gates der Endstufentransistoren) auf der
Endstufenplatine noch anliegen.
Nun kann die Sicherung der Endstufe eingesetzt werden. Das Potentiometer P2 (Ausgangsspannung) wird auf
Mittelstellung gebracht. In der Regel sollte das passen, der Run Motor ist bei der Höhe der Betriebsspannung
recht flexibel. Wer im Besitz eines True-RMS-Voltmeters oder eines Voltmeters mit Drehspulinstrument ist,
kann natürlich die Ausgangsspannung auf einen gemessenen Wert von 110-117V einstellen. Ein normales Digital-Voltmeter
wird bei der komplexen Ausgangsspannung einen falschen Wert anzeigen.
Für den ersten Test unter Last empfiehlt sich der Anschluss einer 230V/40W Glühbirne (wer eine besitzt, kann besser
noch eine 115V/25W Glühbiren verwenden).
Nachdem auch dieser Test erfolgreich abgeschlossen wurde, kann man nun den Frequenzwandler in ein passendes Gehäuse einsetzen
und gemäß .... in der Orgel montieren.
Für die erste Inbetriebnahme empfiehlt es sich, die Ausgangsfreuqenz auf Maximum einzustellen und dann auf den passenden
Wert herunterzuregeln. Die Startprozedur der Orgel bleibt wie gewohnt, da hat sich nichts verändert.
In seltenen Fällen, kann es passieren, dass der Run-Motor es in Minimalstellung (45Hz) nicht mehr schafft, den Generator
anzutreiben - in diesem Fall die Orgel ausschalten, die Freuqenz ein wenig erhöhen und dann die Orgel wie gewohnt wieder starten.
Viele Grüße, Harald
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