Cs. Kádár Péter - XXI. századi Diszkónika, 339. Motorozzunk!

A magnó legnagyobb hátránya, hogy egy csomó minden mozog benne. A mozgatások jelentős része motorral történik. Persze, nem robbanómotorral, hanem villanymotorral.

Az alábbi fotósorozat rögtön három motorról készült. Kétoldalt a felcsévélő motorok, középen a főmotor látható.

mzk02

E motorok gazdateste a néhai norvég Tandberg cég TD 20A típusú luxuskategóriájú magnója volt.

mzk03

A stúdiómagnók motorjai még nagyobbak voltak.

mzk04

A komolyabb magnókban legalább három elektromos motor volt, de akadt olyan kazettás magnó, amelyikben 5-6 is. Az olcsóbbakban meg csak egyetlen darab, amelyik mindent csinált – többé-kevésbé rosszul. A magnómotorok másik véglete a kazettás sétálómagnók, a walkman-ek motorja volt. A Sony WM10 típusjelű készüléke összecsukva kisebb volt, mint a kazetta.

mzk05

Nagyon nyugodt embernek kellett lennie, aki ezt a – manapság már az ócskapiacon is főként piros színben nagyon ritka – kütyüt javítani akarta.

Jut eszembe, hogy egyszer játszottam egy olyan magnóval is, amelynek felhúzós, kurblis – előkelőbben fogalmazva, óraműves – motorja volt. A Nagra első modelljét, az 1951-tól gyártott, egészen szép hangú dögöt hordozható riportermagnónak szánták, elektroncsövei elemekről kapták a kakaót, s hogy minél kisebb legyen a fogyasztása, nem tettek bele villanymotort.

Nagra1

A következő képen – amit a legendás „Szétszedtem” honlapról loptam – a világ egyik legócskább magnójának, a Grundig csöves TK 120-140 sorozat lengyel változatának motorját csodálhatod meg. Az eredeti Grundig motor is ilyen volt, ugyanis ennek a cégnek az volt az egyik rögeszméje, hogy a motor állórészének lemezelt vasmagját egyszersmind a hálózati transzformátorhoz is használták. Az ötlet nagyon jó volt, kár, hogy a Grundig évtizedeken keresztül csak vacak magnókat gyártott. Igaz, Európa legnagyobb otthoni magnógyártó cége volt. Az is igaz, hogy ezekben a magnókban „még volt anyag”, tehát különösebb javítási igény nélkül sokáig tudtak működni. Csupán az analóg magnók kipusztulása előtti időszakban szedte össze magát a cég a műszaki paraméterek, a hangminőség tekintetében is, de akkor már késő volt.

mzk06

Akkor hát a villanymotorban és a transzformátorban van valami közös? Nemcsak e kettőben, hanem egy harmadikban is, az áramfejlesztőben, vagyis a generátorban. Hármójuk gyűjtőneve a villamos gép. A generátort és a motort villamos forgógépnek hívják. A motor és a generátor elvileg felcserélhető, vagyis a generátor működhet motorként, a motor meg generátorként. Az utóbbira példa, hogy amikor egy hárommotoros magnóban az egyik orsó alatti motor a szalag felcsévélését végzi, akkor a másik orsó alatti motor feszültséget állít elő, vagyis generátor, és fékezi a felcsévélést, megfeszítve a szalagot. Az autókhoz hasonlóan motorféknek is nevezhetjük ezt a jelenséget. A legtöbb esetben a szalagfeszítéshez a motorfék kevés, ezért a másik motor is kap feszültséget, hogy megpróbálja ellenkező irányba húzni a szalagot.

A villanymotor olyan elektromos gép, amely az elektromos energiát mechanikai energiává alakítja. A legtöbb villanymotor a motor mágneses tere és a huzaltekercsben lévő elektromos áram közötti kölcsönhatáson keresztül működik, hogy erőt hozzon létre a motor tengelyére alkalmazott nyomaték formájában. A nyomaték vagy hosszabb nevén forgatónyomaték az a jelenség, amikor erő hatására a testek elfordulnak valamilyen tengely körül. A forgató hatás annál nagyobb, minél nagyobb az erő. Ezen kívül még egy tényező befolyásolja a forgatás nagyságát. Nem mindegy, hogy az erő milyen messze hat a tengelytől. A forgatónyomaték az erőnek – a jele F – és a tengelytől való távolságnak, az erőkar hosszának – a jele k – a szorzata. A forgatónyomatékot M-mel jelöljük, SI szerinti mértékegysége newtonméter, Nm. M=F*k. A forgatónyomaték megértését segíti az alábbi linken levő animáció.

https://www.vascak.cz/data/android/physicsatschool/template.php?f=mech_paka&l=hu

mzk07

A forgatónyomatékot – hiszed, vagy sem – nyomatékmérővel mérik. A kazettás magnók motorjai forgatónyomatékának méréséhez mérőkazettákat gyártottak. Ezeknek bármelyik darabja ma igazi kincs; használtan kb. 200 dollárért lehet egy-egy ritka példány a tied. A fényképen látható példányra cirill betűkkel írták a mértékegységet.

mzk08

Az alábbi rajzon három rúdmágnest látsz. A két szélsőt valamihez rögzítették, a középső képes egy tengely körül forogni.

mzk09 13

Az ellentétes pólusok vonzása miatt a középső mágnes addig forog, ameddig a másik kettővel egy vonalba nem kerül.

mzk10

A középső mágnes nem azonnal nyugszik meg, hanem a tehetetlensége miatt először túlfordul, majd a másik irányba lő túl, de előbb-utóbb megáll a forgó mozgás. Képzeld el, hogy a folyamatba beavatkozik egy tündér.

mzk11

A fenti képen ugyan nem látható, mert szemérmesen eltakarja, hogy mit csinál, de amikor a középső mágnes először lendül túl az egyensúlyi helyzeten, felcseréli annak északi és déli pólusát. Ezért ahelyett, hogy a mágnes visszafordulna, pörög tovább, hiszen az azonos pólusok taszítják egymást.

mzk12

A forgó mágnes elérné azt a helyzetet, ami gyanúsan hasonlít a kiindulási állapothoz.

mzk09 13

Ha ezt a póluscserét a tündér minden alkalommal végrehajtaná, amikor a középső mágnes éppen túllépi az egy vonalba eső pozíciót, akkor ez a mágnes örökkön-örökké forogna. Sajnos, ritkán van szerencsénk tündérhez, és ha találnánk is egyet-egyet, mást csinálnánk vele mindkettőnk örömére, ezért a nagy ötlet a tündér helyettesítése volt. A tündér-helyettes az elektromágnes. A középső állandó mágnest kicseréljük egy elektromágnesre. Ennek általad is jól ismert tulajdonsága, hogy a pólusai a tekercsében folyó áram polaritásával felcserélhetők.

mzk14

Ha a három mágnesből álló rendszerben a középső mágnest elektromágnesre cseréljük, egy villanymotor kezdetét kapjuk.

mzk15

Ez a szerkezet azonban még nem működik, ugyanis egyrészt föltekeredne a tápvezeték, másrészt nincs megoldva a pólusok csereberéje. Nagyon régóta ismerik a motorgyártók azt a megoldást, hogy az elektromágnest az azzal együtt forgó hengerpalásttal veszik körül, amelyet két helyen, az egyensúlyi állapotnál, ahol a középső elektromágnes megállna, megszakítanak. A hengerpalást neve kommutátor. A kommutátor forgó elektromos kapcsoló, és most azonnal pontosítok: a kommutátort, eredeti nevén a villámdelejes önforgonyt 1829 óta ismerjük, a feltalálója a sorozatban már többször említett Jedlik Ányos. Húzd hát ki magad kicsit, az ilyen emberekre és találmányokra dolgokra lehetünk büszkék mindenféle magyarkodás nélkül. Jedlik a vasmagos belső tekercs kivezetéseit osztott, gyűrű alakú, higannyal töltött vályúba lógatta, a higanyszegmenseket pedig állandó módon csatlakoztatta a külső áramforráshoz. Galvánelemmel táplálva a belső tekercs gyors, folyamatos forgómozgást végzett.

mzk16

A kommutátorhoz két csúszó drótvégződés, két kefe csatlakozik. Ezek a kefék vezetik az áramot a kommutátorhoz, és a jobb érintkezés érdekében rugókkal szorítják őket ehhez a forgó kapcsolóhoz. Az ábrán a keféket két vastag nyíl jelzi; valójában e kefék nem pontszerűek.

mzk17 20

A következő fotót egy szénkefe párról készítették, de gyártanak bronzból is kefét.

mzk18

Az előző rajzon látható állapotban az elektromágnest a két állandómágnes taszítja, az elektromágnes az óramutató járásának irányában forog. Miután majdnem félig megfordult, a következő rajzon látható állapotba kerül.

mzk19

Amikor az elektromágnes elérné a nyugalmi állapotot, a kommutátorban lévő rés átmegy a kefék alatt, majd az elektromágnesen áthaladó áram megfordul, ami visszavisz az előző állapotba. Ennek eredményeként az elektromágnes tovább forog.

mzk17 20

Ez az elvileg egyszerű motor kétpólusú, kéthornyú (kétrésű), állandó mágneses, egyenáramú (DC) motor névre hallgat. A forgó elektromágnest forgórésznek, rotornak, armatúrának is nevezik. A kétpólusú kifejezés arra utal, hogy a motor működésében két állandó mágneses pólus vesz részt, a bal oldali mágnes déli és a jobb oldali mágnes északi pólusa. Egy igazi kétpólusú motorban a két pólus gyakran ugyanannak a mágnesnek a két vége. Bár úgy tűnhet, hogy a motor két különálló mágnest tartalmaz, az acél motorház összeköti őket, hogy egyetlen mágnesként működjenek. A két horony azt jelenti, hogy az armatúra egyetlen huzaltekercsből áll egyetlen rúd körül, amelynek csak két vége van (A "rés" kifejezés az armatúra végei közötti hézagra utal.) Az állórészt egyébként sztátor néven is szokták emlegetni.

mzk21

Na még egyszer!

mzk22

Jé, forog! Az N az északi, az S a déli pólus.

mzk23a

A gyakorlatban ritkán használnak szimpla kétpólusú motort, mert ha a forgó rész éppen egyensúlyi helyzetben van, nem biztos, hogy elindul, illetve hajlamos megállni. A forgása egyenetlen, a hatásfoka rossz. A valódi motoroknak legalább háromréses armatúrájuk és három szegmensű kommutátoruk van. Azonban a kefék száma csak kettő. A nagyobb feszültségű és nagyobb hatásfokú motorok még több, de mindig páratlan számú rést és több szegmenst tartalmaznak a kommutátoron, valamit több kefét, amelyek száma mindig páros. A következő két képen az armatúra, a kommutátor és a kefék láthatók egy tipikus, olcsó háromréses motorról.

mzk24

A következő rajz egy olyan kétpólusú motort mutat, amelyben három elektromágnes van, a rések száma is három.

mzk25

Ha jobban megnézed, a szénkefék most a valóságnak inkább megfelelően szélesebbek, és olykor a kommutátor két részével, szegmensével is érintkeznek. A 2 jelű elektromágnesen nincs sem északi, sem déli jelölés. Ennek az elektromágnesnek a tekercsén nem folyik áram, nincs ami mágnesezze, mert a tekercs mindkét vége érintkezik a negatív jelű szénkefével a rajz szerinti időpontban. Az armatúra gyakorlatilag egyetlen elektromágnes pár; a 3-ast a jobb oldali állandó mágnes északi pólusa vonzza, az 1-es számút pedig taszítja. Egytizenketted fordulattal, vagyis 30°-kal később mindhárom elektromágnesen áram folyik át.

mzk26

Az 1-es számú elektromágnest a jobb oldali állandó mágnes taszítja, és a bal oldali vonzza. A 2-es számút a bal oldali mágnes taszítja, a 3-ast pedig még mindig vonzza a jobb oldali mágnes. Egy újabb tizenketted fordulattal később az 1-es elektromágnes a bal oldali mágneshez vonzódik, a 2-est pedig még mindig taszítja ugyanez a mágnes. A 3-as számú elektromágnes pihizik. 

mzk27

Az elektromágnesek be- és kikapcsolásának folyamata a motor forgásával folytatódik, és végül visszajutunk a kiinduló állapotba. Elismerem, hogy figyelmesen kell követni ezt a folyamatot, én is csak harmadik nekilódulásra tudtam.

A kefés egyenáramú motor előnye, hogy a fordulatszám a motorra adott feszültséggel elvileg egyenesen arányosan, könnyen változtatható. A motor forgásirányának megfordításához egyszerűen meg kell cserélni a polaritást a motor érintkezőin. Az egyenáramú kismotorokat előszeretettel használták hordozható kazettás magnókban a kis méretük miatt.

mzk28

A kefés motoroknak számos kedvezőtlen tulajdonságuk is van. Pont nekik ne lenne? A kefék kopnak, időnként cserélni kell őket, és nagyobb fordulatszámnál melegednek. Mivel a kefe csúszik a kommutátoron, az érintkezés nem tökéletes, az átmeneti ellenállás rontja a motor hatásfokát. A legnagyobb baj az, hogy amikor a kefe a kommutátor egyes résein áthalad, a rossz érintkezés és a polaritásváltás miatt elektromos kisülések, szikrák keletkeznek. A szikrák szélessávú zavart keltenek, és még igen gondos motor árnyékolás esetén, serlegbe zárva is rontják a jel-zaj viszont. A nagyobb hatásfok és a szikrázás elkerülése érdekében meg kellett szabadulni a keféktől.

Jó fél évszázaddal ezelőtt a Budapesti Műszaki Egyetem Villamosmérnöki Kar híradástechnika szakos hallgatói abban a kivételes áldásban részesültek, hogy Erősáramú ismeretek címen is tanították nekik a villanymotorok működését. Az első előadáson a tanúgy lelkes harcosa vászonra vetítette a villamos gépek un. általános egyenletét, és monoton hangon fölolvasta a saját tankönyvének ideillő részletét. Soha többé nem mentünk be az órára, így az egész évfolyam az igazolatlan hiányzások okán egyből elégtelen vizsgajegyet kapott, és mindenki utóvizsgázott. Pedig mennyivel jobban éreztük volna magunkat, ha - persze, egyetemi szinten - az alábbi videó készítője, egy tündéri tanárnő, Rudolf Tamásné magyarázott volna nekünk.