Все бюджетные варианты УШМ имеют несколько недостатков. Во-первых, не имеется системы плавного пуска. Это очень важная опция. Наверняка все из вас включали этот мощный электроинструмент в сеть, и при запуске наблюдали, как падает накал лампочки, которая также подключена к этой сети.
Такое явление происходит по той причине, что мощные электродвигатели в момент запуска потребляют огромные токи, из-за которых проседает напряжение сети. Это может вывести из строя сам инструмент, особенно китайского производства с ненадежными обмотками, которые могут в один прекрасный день сгореть во время пуска.
То есть система мягкого старта защитит и сеть, и инструмент. К тому же в момент запуска инструмента происходит мощная отдача или толчок, а в случае внедрения системы мягкого старта такого, разумеется, не будет.
Во-вторых, отсутствует регулятор оборотов, который позволит долго работать инструментом, не нагружая его.
Схема, представленная ниже, от промышленного образца:
Она внедряется производителем в дорогие приборы.
К схеме можно подключать не только «болгарку», но и, в принципе, любые приборы – дрель, фрезерные и токарные станки. Но с учетом того, что в инструменте должен стоять именно коллекторный двигатель.
С асинхронными двигателями такое не пройдет. Там необходим частотный преобразователь.
Итак, необходимо сделать печатную плату и приступить к сборке.
В качестве регулирующего элемента задействован сдвоенный операционный усилитель LM358, который с помощью транзистора VT1 управляет силовым симистором.
Итак, силовым звеном в этой схеме является мощный симистор типа BTA20-600.
Такого симистора не оказалось в магазине и пришлось купить BTA28. Он чуть мощнее того, что по схеме. В общем, для двигателей с мощностью до 1 кВт можно использовать любой симистор с напряжением не ниже 600 В и током от 10-12 А. Но лучше иметь некоторый запас и взять симисторы на 20 А, все равно они стоят копейки.
Во время работы симистор будет греться, поэтому на него необходимо установить теплоотвод.
Чтобы не было вопросов по поводу того, что двигатель при пуске может потреблять токи, которые значительно превышают максимальный ток симистора, и последний может попросту сгореть, помните, что схема имеет мягкий старт, и пусковые токи можно не принимать во внимание.
Наверняка всем знакомо явление самоиндукции. Этот эффект наблюдается при размыкании цепи, к которой подключена индуктивная нагрузка.
То же самое и в этой схеме. Когда резко прекращается подача питания на двигатель, ток самоиндукции с него может спалить симистор. А снабберная цепь гасит самоиндукцию.
Резистор в этой цепи имеет сопротивление от 47 до 68 Ом, а мощность от 1 до 2 Вт. Конденсатор пленочный на 400 В. В данном варианте самоиндукция как побочный эффект.
Резистор R2 обеспечивает токогашение для низковольтной цепи управления.
Сама схема в какой-то мере является и нагрузкой, и стабилизирующим звеном. Благодаря этому после резистора можно не стабилизировать питание. Хотя в сети есть такие же схемы с дополнительным стабилитроном, использовать его бессмысленно, поскольку напряжение на выводах питания операционного усилителя в пределах нормы.
Возможные варианты замен для маломощных транзисторов можно увидеть на следующей картинке:
Печатная плата, которая упоминалась ранее, представляет собой только плату для устройства плавного пуска, и в ней нет компонентов для регулировки оборотов. Это сделано специально, поскольку в любом случае регулятор нужно выводить с помощью проводов.
Настройка регулятора выполняется с помощью многооборотного подстроечного резистора на 100 кОм.
Если нужен более мощный регулятор, то его можно собрать по следующей схеме:
Если все в порядке, то после отключения от сети сразу же нужно проверить симистор на ощупь – он должен быть холодным.
Если все работает нормально – «болгарка» запускается плавно, и регулируются обороты, - то пора приступать к тестам под нагрузкой.
Прикрепленные файлы :
Схема подключение аналоговой камеры видеонаблюдения к телевизору, компьютеру Подключение цифровой камеры видеонаблюдения
Итак, статья Алексея Сидоркина:
Думаю, у каждого человека в жизни происходило не одно событие или случай, которому он никак не смог найти подходящее объяснение, оставаясь секретом на долгое время. Так произошло с моей дрелью.
Этой дрелью Bosch PSB 500 RE мой зять Дмитрий обзавелся в мае 1998 года для обустройства своей новоприобретенной квартиры. По тем временам такой престижный инструмент (мощность 500 Вт, регулировка оборотов, реверс вращения, возможность ударного режима – «перфоратор») в хозяйстве был не у каждого. Покупка вызывала тихую зависть – у меня была простая советская дрель без всяких «наворотов». Дрель Bosch отдала моя дочь позже после трагической гибели зятя во время ДТП в 2002 году.
Конечно, моя эксплуатация инструмента не была «каждый день с утра до вечера», дрель использовалась по бытовой необходимости, как и в большинстве обычных семей, плюс летний сезон на даче.
Рис.1. Общий вид дрели BoschPSB 500 RE.
Дрель работала исправно, успешно выполняя все свои опции и функции…, и вдруг лет 5-6 назад перестал «слушаться» регулятор скорости оборотов – при любом положении/уставке колесика/маховичка регулятора при нажатии на курок дрель сразу давала полные обороты безо всякой плавности. Первое, что пришло в голову, почему нет малых оборотов – «сгорела» схема регулировки оборотов дрели. Но к тому времени в хозяйстве появились другие инструменты, включая шуруповерт и еще одну дрель в деревне, и работа дрели Bosch в режиме малых оборотов была не столь актуальна, руки до устранения неисправности так и не доходили.
Совсем недавно пришлось аккуратно поработать дрелью, и ее высокие обороты оказались очень некстати, а других инструментов с патроном под рукой не оказалось. Неподалеку от дома есть мастерская по ремонту бытовой техники. Мне там сказали, что регулятор оборотов (далее РО) для дрели Bosch только «под заказ», ждать не менее 2-х месяцев, стоимость работы 500 рублей.
Я решил разобраться самостоятельно, как-никак наладчик энергетического оборудования , хоть и на пенсии.
Сам наладчик, а пошел в мастерскую? Если срочно, да за пару сотен (раньше это называлось «за бутылку»), то и нет смысла «расчехлять свою винтовку», другим тоже надо давать жить.
Вскрыл дрель, отсоединил РО (два электроконтакта разъёмные ножевого типа, два «под винт» и один шуруп крепления силового провода – рис. 2).
Рис. 2. Подсоединение регулятора оборотов в дрели.
Регулятор оборотов дрели представляет собой отдельный узел. На рис.3 практически в натуральную величину две половинки (крышка и корпус) уже вскрытого РО, материал – пластик, между собой половинки фиксируются «на защелках».
Рис. 3. Регулятор оборотов дрели со снятой крышкой
На рис.3 обозначены: 1 – контактная группа; 2 – скользящие контакты; 3 – резисторные полоски; 4 – маховичок регулировочного винта; 5 – возвратно-отжимная пружина курка.
В корпусе регулятора оборотов для дрели размещены контактная группа 1 и скользящие контакты 2 в виде двух пружинных пластиночек, приводимых в движение по нажатию курка и приходящих в исходное положение под воздействием возвратно-отжимной пружины 5.
В крышке располагаются конденсатор (внизу) и плата (вверху) с элементами электроники и двумя резисторными полосками 3, по которым при нажимании курка скользят контакты 2 для плавного изменения оборотов инструмента. На резисторные полоски нанесена специальная смазка для защиты полосок, снижения трения и предотвращения искрения скользящих контактов.
Регулировочный винт с маховичком 4 на курке ограничивает глубину нажатия курка и расстояние/длину скольжения контактов 2 по резисторным полоскам 3, определяя тем самым диапазон регулирования и максимальные обороты дрели. Если регулировочный винт вывернут полностью, то курок при полном нажатии замыкает контактную группу на прямое включение двигателя дрели, минуя электронные регулировочные элементы, и двигатель работает на максимально возможных оборотах (3000 об/мин).
Схема регулятора оборотов дрели практически идентична . Различия есть только в конструкции и габаритах.
В объем моих работ вошла проверка четкости работы курка при нажатии, взаимодействия частей контактной группы, вращения регулировочного винта, выравнивание распределения смазки на резисторных полосках, очистка доступных мест от накопившейся пыли-грязи. Никаких неполадок, неисправностей или подозрительных моментов обнаружено не было. Иными словами – провел небольшую ревизию, после чего собрал дрель, включил и… заработал регулятор оборотов , как ни в чем не бывало!
Таким образом, ремонт регулятора оборотов дрели Бош свелся к банальной чистке!
Много можно было делать предположений относительно причин временного недуга дрели – от удара или незамеченного падения инструмента до неполадок в элементах электроники. Однако анализ ситуации все же склоняет к нарушению работы пары «скользящие контакты – резисторные полоски» по непонятной причине, достаточно, чтобы просто попала соринка (частица) под один из скользящих контактов – и всё, регулировки не будет. За это же говорит и включение инструмента сразу на полные обороты, что возможно только при срабатывании контактной группы.
А что там свежего в группе ВК СамЭлектрик.ру ?
Подписывайся, и читай статью дальше:
Но, что ни говори, а получается, что инструмент оказался сам электрик и отремонтировал сам себя!
Вопрос от читателя
Мне на почту обратился читатель Александр, с такой просьбой:
Добрый вечер. Наткнулся на ваш блог, где вы ремонтируете дрель Bosch. У меня подобная проблема, только к электронике я отношения не имею почти никакого. По глупости разобрал курок дрели bosch gsb 1600 RE. Все работало до этого замечательно, кое-как собрал, теперь плавный пуск не работает. Возможно не в той последовательности и не туда вставляю запчасти. Прилагаю фото разобранного. Надеюсь на помощь, дрель хорошая.
В восьмидесятых годах прошлого века в журнале «Радио» была помещена принципиальная схема регулятора частоты вращения (числа оборотов) дрели, перепечатанная из болгарского журнала по радиоэлектронике. Детали на этой схеме были зарубежного производства. В 1985 году этот регулятор оборотов дрели мной был изготовлен из отечественных деталей и исправно работает до сих пор.
В настоящее время импортные и отечественные дрели выпускают с регуляторами числа оборотов, однако на руках имеется много дрелей раннего выпуска, у которых изменение числа оборотов не предусмотрено, что, понятно, снижает эксплуатационные возможности дрели.
На рис. 1 приведена схема регулятора числа оборотов дрели, изготовленного в виде отдельного блока и пригодного, как показали испытания, для любых дрелей мощностью до 1,8 кВт, а также для любых устройств, в которых применен коллек-
торный двигатель переменного тока, например, в углошлифовальных машинах, так называемых болгарках. Отечественные детали регулятора я подбирал для своей дрели марки С480Б (п=650 об/мин, мощность 270 Вт, напряжение 220 В).
Резисторы:
R, - 7 кОм (собран из двух параллельно соединенных резисторов номиналом 12 кОм и 18 кОм, тип МЛТ2, мощность по 2 Вт\
R 2 - 2,2 кОм тип СП переменный, мощность 1 Вт;
R 3 - 51 Ом тип МЛТ, мощность 0,125 Вт;
Конденсатор С, - 2 мкФ (фактически собран из двух последовательно включенных конденсаторов емкостью по 4 мкФ, тип МБГО-2, рабочее напряжение 160 В).
Диоды: VD1 и VD2 - тип Д7Ж (прямой ток 300 мА и обратное напряжение U^p = 400 В). Аналогичные параметры имеют диоды Д226, Д237Б, КД-221В, МД226.
Тиристор VT1 - тип КУ202Н (обратное напряжение U^ = 400 В, ток в открытом состоянии J oc = 10 А). Такие же параметры имеют тиристоры 2У202М, 2У202Н, КУ202М.
При пуске электродвигателя происходит превышение потребления тока в 7 раз, что способствует преждевременному выходу из строя электрической и механической частей мотора. Для предотвращения этого следует применять регулятор оборотов электродвигателя. Существует много моделей заводского плана, но для того чтобы сделать такое устройство самостоятельно, необходимо знать принцип действия электродвигателя и способы регулирования оборотов ротора.
Общие сведения
Электродвигатели переменного тока получили широкое распространение во многих сферах жизнедеятельности человека, а именно - модели асинхронного типа. Основное назначение двигателя как электрической машины - трансформация электрической энергии в механическую . Асинхронный в переводе означает неодновременный, так как частота вращения ротора отличается от частоты переменного напряжения (U) в статоре. Существует две разновидности асинхронных двигателей по типу питания:
- Однофазные.
- Трехфазные.
Однофазные применяются для домашних бытовых нужд, а трехфазные используются на производстве. В трехфазных асинхронных двигателях (далее ТАД) используются два вида роторов:
- замкнутые;
- фазные.
Замкнутые составляют около 95% от всех применяемых двигателей и обладают значительной мощностью (от 250 Вт и выше). Фазный тип конструктивно отличается от АД , но применяется достаточно редко по сравнению с первым. Ротор представляет собой стальную фигуру цилиндрической формы, которая помещается внутрь статора, причем на его поверхность напрессован сердечник.
Короткозамкнутый и фазный роторы
Впаянные или залитые в поверхность сердечника и накоротко замкнутые с торцов двумя кольцами высокопроводящие медные (для машин большой мощности) или алюминиевые стержни (для машин меньшей мощности) играют роль электромагнитов с полюсами, обращенными к статору. Стержни обмотки не имеют какой-либо изоляции, так как напряжение в такой обмотке нулевое.
Более часто используемый для стержней двигателей средней мощности алюминий отличается малой плотностью и высокой электропроводностью.
Для уменьшения высших гармоник электродвижущей силы (ЭДС) и исключения пульсации магнитного поля стержни ротора имеют определенным образом рассчитанный угол наклона относительно оси вращения. Если используется электромотор маленькой мощности, то пазы представляют собой закрытые конструкции, которые отделяют ротор от зазора с целью увеличения индуктивной составляющей сопротивления.
Ротор в виде фазного исполнения или типа характеризуются обмоткой, концы ее соединены по типу «звезда» и присоединены к контактным кольцам (на валу), по которым скользят графитовые щетки. Для устранения вихревых токов поверхность обмоток покрывается оксидной пленкой. Кроме того, в цепь обмотки ротора добавляется резистор, позволяющий изменять активное сопротивление (R) роторной цепи для уменьшения значений пусковых токов (Iп). Пусковые токи отрицательно влияют на электрическую и механическую части электромотора. Переменные резисторы, используемые для регулирования Iп:
- Металлические или ступенчатые с ручным переключением.
- Жидкостные (за счет погружения на глубину электродов).
Щетки, выполненные из графита, изнашиваются, и некоторые модели оборудованы короткозамкнутым конструктивным исполнением, которое поднимает щетки и замыкает кольца после запуска мотора. АД с фазным ротором являются более гибкими в плане регулирования Iп.
Конструктивные особенности
Асинхронный двигатель не имеет выраженных полюсов в отличие от электромотора постоянного тока. Число полюсов определяется количеством катушек в обмотках неподвижной части (статор) и способом соединения. В асинхронной машине с 4-мя катушками проходит магнитный поток. Статор выполняется из листов спецстали (электротехническая сталь), сводящих к нулю вихревые токи, при которых происходит значительный нагрев обмоток. Он приводит к массовому межвитковому замыканию.
Железняк или сердечник ротора напрессовывается непосредственно на вал. Между ротором и статором существует минимальный воздушный зазор. Обмотка ротора выполняется в виде «беличьей клетки» и сделана из медных или алюминиевых стержней.
В электромоторах мощностью до 100 кВт применяется алюминий, обладающий незначительной плотностью - для заливки в пазы сердечника ротора. Но несмотря на такое устройство, двигатели этого типа греются. Для решения этой проблемы используются вентиляторы для принудительного охлаждения , которые насаживаются на вал. Эти двигатели просты и надежны. Однако двигатели потребляют при пуске большой ток, в 7 раз больше номинального. Из-за этого они имеют низкий пусковой момент, так как большая часть энергии электричества идет на нагрев обмоток.
Электромоторы, у которых повышенный момент пуска, отличаются от обыкновенных асинхронных конструкцией ротора. Ротор изготавливается в виде двойной «беличьей клетки». Эти модели имеют сходство с фазными типами изготовления ротора. Он состоит из внутренней и наружной «беличьих клеток», причем наружная является пусковой и обладает большим активным и малым реактивным R. Наружная обладает незначительным активным и высоким реактивным R. При увеличении частоты вращения I переключается на внутреннюю клетку и работает в виде короткозамкнутого ротора.
Принцип работы
При протекании I по статорной обмотке в каждой из них создается магнитный поток (Ф). Эти Ф сдвинуты на 120 градусов относительно друг друга. Полученный Ф является вращающимся, создающим электродвижущую силу (ЭДС) в алюминиевых или медных проводниках. В результате этого и создается пусковой магнитный момент электромотора, и ротор начинает вращаться. Этот процесс называется еще в некоторых источниках скольжением (S), показывающим разность частоты n1 электромагнитного поля стартера, которое становится больше, чем частота, полученная при вращении ротора n2. Вычисляется в процентах и имеет вид: S = ((n1-n2)/n1) * 100%.
Схема 1 - Тиристорная регулировка оборотов коллекторного двигателя без потери мощности.
Эта схема производит регулирование с помощью открытия или закрытия тиристоров (симистора) при фазовом переходе через нейтраль. Для корректного управления коллекторным двигателем применяют следующие способы модификации схемы 1:
- Установка защитных LRC-цепей, состоящих из конденсаторов, резисторов и дросселей.
- Добавление на входе емкости.
- Использование тиристоров или симистора, ток которых превышает номинальное значение силы тока двигателя в диапазоне от 3..8 раз.
Этот тип регуляторов имеет достоинства и недостатки. К первым относятся низкая стоимость, маленький вес и габариты. Ко вторым следует отнести следующие:
- применение для моторов небольшой мощности;
- происходит шум и рывки мотора;
- при использовании схемы на симисторах происходит попадание постоянного U на двигатель.
Этот тип регулятора ставится в вентиляторы, кондиционеры, стиральные машины и электродрели. Отлично выполняет свои функции, несмотря на недостатки.
Транзисторный тип
Еще одним названием регулятора транзисторного типа является автотрансформатор или ШИМ-регулятор (схема 2). Он изменяет номинал U по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ) при помощи выходного каскада, в котором применяются транзисторы типа IGBT.
Схема 2 - Транзисторный ШИМ-регулятор оборотов.
Коммутация транзисторов происходит с высокой частотой и благодаря этому можно изменить ширину импульсов. Следовательно, при этом изменится и значение U. Чем длиннее импульс и короче паузы, тем выше значение U и наоборот. Положительные аспекты применения этой разновидности следующие:
- Незначительный вес прибора при низких габаритах.
- Довольно низкая стоимость.
- При низких оборотах отсутствие шума.
- Управление за счет низких значений U (0..12 В).
Основной недостаток применения заключается в том, что расстояние до электромотора должно быть не более 4 метров.
Регулирование за счет частоты
Схема 3 - Частотный регулятор оборотов.
У специализированного ПЧ есть свои преимущества и недостатки. Преимуществами являются следующие:
- Управление АД без участия человека.
- Стабильность.
- Дополнительные возможности.
Существует возможность управлять работой электромотора при определенных условиях, а также защита от перегрузок и токов КЗ. Кроме того, возможно расширять функционал при помощи подключения цифровых датчиков, мониторинга параметров работы и использования PID-регулятора. К минусам можно отнести ограничения при управлении частотой и довольно высокую стоимость.
Для трехфазных АД применяются также устройства регулирования частоты (схема 4). Регулятор имеет на выходе три фазы для подключения электромотора.
Схема 4 - ПЧ для трехфазного двигателя.
У этого варианта тоже есть свои сильные и слабые стороны. К первым можно отнести следующие: низкую стоимость, выбор мощности, широкий диапазон частотной регуляции, а также все преимущества однофазных преобразователей частоты. Среди всех отрицательных сторон можно выделить основные: предварительный подбор и нагрев при пуске.
Изготовление своими руками
Если нет возможности, а также желания приобретать регулятор заводского типа, то можно собрать его своими руками. Хотя регуляторы типа » tda1085 » зарекомендовали себя очень хорошо. Для этого нужно детально ознакомиться с теорией и приступить к практике. Очень популярны схемы симисторного исполнения, в частности регулятор оборотов асинхронного двигателя 220в (схема 5). Сделать его несложно. Он собирается на симисторе ВТ138, хорошо подходящем для этих целей.
Схема 5 - Простой регулятор оборотов на симисторе.
Этот регулятор может быть использован и для регулировки оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт, так как является довольно простым и универсальным. Обороты регулируются благодаря изменению параметров Р1, определяющему фазу входящего сигнала, который открывает переход симистора.
Принцип работы прост. При запуске двигателя происходит его затормаживание, индуктивность изменятся в меньшую сторону и способствует увеличению U в цепи «R2->P1->C2». При разряде С2 симистор открывается в течение некоторого времени.
Существует еще одна схема. Она работает немного по-другому: путем обеспечения хода энергии обратного типа, которое является оптимально выгодным. В схему включен довольно мощный тиристор.
Схема 6 - Устройство тиристорного регулятора.
Схема состоит из генератора сигнала управления, усилителя, тиристора и участка цепи, выполняющего функции стабилизатора вращения ротора.
Наиболее универсальной схемой является регулятор на симисторе и динисторе (схема 7). Он способен плавно убавить скорость вращения вала, задать реверс двигателю (изменить направление вращения) и понизить пусковой ток.
Принцип работы схемы:
- С1 заряжается до U пробоя динистора D1 через R2.
- D1 при пробитии открывает переход симистора D2, который отвечает за управление нагрузкой.
Напряжение при нагрузке прямо пропорционально зависит от частотной составляющей при открытии D2, зависящего от R2. Схема применяется в пылесосах. Она содержит универсальное электронное управление, а также способность простого подключения питания 380 В. Все детали следует расположить на печатной плате, изготовленной по лазерно-утюжной технологии (ЛУТ). Подробно с этой технологии изготовления плат можно ознакомиться в интернете.
Таким образом, при выборе регулятора оборотов электродвигателя возможна покупка заводского или изготовление своими руками. Самодельный регулятор сделать достаточно просто, так как при понимании принципа действия устройства можно с легкостью собрать его. Кроме того, следует соблюдать правила безопасности при осуществлении монтажа деталей и при работе с электричеством.