Не каждая современная дрель или болгарка оснащена заводским регулятором оборотов, и чаще всего регулировка оборотов не предусмотрена вовсе. Тем не менее, как болгарки, так и дрели построены на базе коллекторных двигателей, что позволяет каждому их владельцу, маломальски умеющему обращаться с паяльником, изготовить собственный регулятор оборотов из доступных электронных компонентов, хоть из отечественных, хоть из импортных.
В данной статье мы рассмотрим схему и принцип работы простейшего регулятора оборотов двигателя электроинструмента, и единственное условие — двигатель должен быть коллекторным — с характерными ламелями на роторе и щетками (которые порой искрят).
Приведенная схема содержит минимум деталей, и подойдет для электроинструмента мощностью до 1,8 кВт и выше, для дрели или болгарки. Похожая схема используется для регулировки оборотов в автоматических стиральных машинах, в которых стоят коллекторные высокоскоростные двигатели, а также в диммерах для ламп накаливания. Подобные схемы, в принципе, позволят регулировать температуру нагрева жала паяльника, электрического обогревателя на базе ТЭНов и т. д.
Потребуются следующие радиоэлектронные компоненты:
Резистор постоянный R1 - 6,8 кОм, 5 Вт.
Переменный резистор R2 - 2,2 кОм, 2 Вт.
Резистор постоянный R3 - 51 Ом, 0,125 Вт.
Конденсатор пленочный C1 - 2 мкф 400 В.
Конденсатор пленочный C2 - 0,047 мкф 400 вольт.
Диоды VD1 и VD2 - на напряжение до 400 В, на ток до 1 А.
Тиристор VT1 - на необходимый ток, на обратное напряжение не менее 400 вольт.
В основе схемы — тиристор. Тиристор представляет собой полупроводниковый элемент с тремя выводами: анод, катод, и управляющий электрод. После подачи на управляющий электрод тиристора короткого импульса положительной полярности, тиристор превращается в диод, и начинает проводить ток до тех пор, пока в его цепи этот ток не прервется или не сменит направление.
После прекращения тока или при смене его направления, тиристор закроется и перестанет проводить ток, пока не будет подан следующий короткий импульс на управляющий электрод. Ну а поскольку напряжение в бытовой сети переменное синусоидальное, то каждый период сетевой синусоиды тиристор (в составе данной схемы) станет отрабатывать строго начиная с установленного момента (в установленной фазе), и чем меньше во время каждого периода тиристор будет открыт, тем ниже будут обороты электроинструмента, а чем, соответственно, дольше тиристор будет открыт, тем выше будут обороты.
Как видите, принцип прост. Но применительно к электроинструменту с коллекторным двигателем, схема работает хитрее, и об этом мы расскажем далее.
Итак, в сеть здесь включены параллельно: измерительная цепь управления и силовая цепь. Измерительная цепь состоит из постоянного и переменного резисторов R1 и R2, из конденсатора C1, и диода VD1. Для чего нужна эта цепь? Это делитель напряжения. Напряжение с делителя, и что важно, противо-ЭДС с ротора двигателя, складываются в противофазе, и формируют импульс для открывания тиристора. Когда нагрузка постоянна, то и время открытого состояния тиристора постоянно, следовательно обороты стабилизированы и постоянны.
Как только нагрузка на инструмент, и следовательно на двигатель, увеличивается, то величина противо-ЭДС уменьшается, поскольку обороты снижаются, значит сигнал на управляющий электрод тиристора возрастает, и открывание происходит с меньшей задержкой, то есть мощность подводимая к двигателю возрастает, увеличивая упавшие обороты. Так обороты сохраняются постоянными даже под нагрузкой.
В результате совместного действия сигналов от противо-ЭДС и с резистивного делителя, нагрузка не сильно влияет на обороты, а без регулятора это влияние было бы существенным. Таким образом при помощи данной схемы достижима устойчивая регулировка оборотов в каждом положительном полупериоде сетевой синусоиды. При средних и малых скоростях вращения этот эффект более выражен.
Однако, при повышении оборотов, то есть при повышении напряжения, снимаемого с переменного резистора R2, стабильность поддержания скорости постоянной снижается.
Лучше на этот случай предусмотреть шунтирующую кнопку SA1 параллельно тиристору. Функция диодов VD1 и VD2 - обеспечение однополупериодного режима работы регулятора, так как напряжения с делителя и с ротора сравниваются лишь в отсутствие тока через двигатель.
Конденсатор C1 расширяет зону регулирования на малых скоростях, а конденсатор C2 снижает чувствительность к помехам от искрения щеток. Тиристор нужен высокочувствительный, чтобы ток менее 100 мкА смог бы его открыть.
Для выполнения многих видов работ по обработке древесины, металла или других типов материалов требуются не высокие скорости, а хорошее тяговое усилие. Правильнее будет сказать - момент. Именно благодаря ему запланированную работу можно выполнить качественно и с минимальными потерями мощности. Для этого в качестве приводного устройства применяются моторы постоянного тока (или коллекторные), в которых выпрямление питающего напряжения осуществляется самим агрегатом. Тогда для достижения требуемых рабочих характеристик необходима регулировка оборотов коллекторного двигателя без потери мощности.
Особенности регулирования скорости
Важно знать, что каждый двигатель при вращении потребляет не только активную, но и реактивную мощность. При этом уровень реактивной мощности будет больше, что связано с характером нагрузки. В данном случае задачей конструирования устройств регулирования скорости вращения коллекторных двигателей является уменьшение разницы между активной и реактивной мощностями. Поэтому подобные преобразователи будут довольно сложными, и самостоятельно их изготовить непросто.
Своими руками можно сконструировать лишь некоторое подобие регулятора, но говорить о сохранении мощности не стоит. Что такое мощность? С точки зрения электрических показателей, это произведение потребляемого тока, умноженное на напряжение. Результат даст некое значение, которое включает активную и реактивную составляющие. Для выделения только активной, то есть сведения потерь к нулю, необходимо изменить характер нагрузки на активную. Такими характеристиками обладают только полупроводниковые резисторы.
Следовательно, необходимо индуктивность заменить на резистор , но это невозможно, потому что двигатель превратится во что-то иное и явно не станет приводить что-либо в движение. Задача регулирования без потерь заключается в том, чтобы сохранить момент, а не мощность: она все равно будет изменяться. Справиться с подобной задачей сможет только преобразователь, который будет управлять скоростью за счёт изменения длительности импульса открытия тиристоров или силовых транзисторов.
Обобщенная схема регулятора
Примером регулятора, который осуществляет принцип управления мотором без потерь мощности, можно рассмотреть тиристорный преобразователь. Это пропорционально-интегральные схемы с обратной связью, которые обеспечивают жесткое регулирование
характеристик, начиная от разгона-торможения и заканчивая реверсом. Самым эффективным является импульсно-фазовое управление: частота следования импульсов отпирания синхронизируется с частотой сети. Это позволяет сохранять момент без роста потерь в реактивной составляющей. Обобщенную схему можно представить несколькими блоками:
- силовой управляемый выпрямитель;
- блок управления выпрямителем или схема импульсно-фазового регулирования;
- обратная связь по тахогенератору;
- блок регулирования тока в обмотках двигателя.
Перед тем как углубляться в более точное устройство и принцип регулирования, необходимо определиться с типом коллекторного двигателя. От этого будет зависеть схема управления его рабочими характеристиками.
Разновидности коллекторных двигателей
Известно, как минимум, два типа коллекторных двигателей. К первому относятся устройства с якорем и обмоткой возбуждения на статоре. Ко второму можно отнести приспособления с якорем и постоянными магнитами. Также необходимо определиться , для каких целей требуется сконструировать регулятор:
Конструкция мотора
Конструктивно двигатель от стиральной машины «Индезит» несложен, но при проектировании регулятора управления его скоростью необходимо учесть параметры. Моторы могут быть различными по характеристикам, из-за чего будет изменяться и управление. Также учитывается режим работы, от чего будет зависеть конструкция преобразователя. Конструктивно коллекторный мотор состоит из следующих компонентов:
- Якорь, на нем имеется обмотка, уложенная в пазы сердечника.
- Коллектор, механический выпрямитель переменного напряжения сети, посредством которого оно передается на обмотку.
- Статор с обмоткой возбуждения. Он необходим для создания постоянного магнитного поля, в котором будет вращаться якорь.
При увеличении тока в цепи двигателя, включенного по стандартной схеме, обмотка возбуждения включена последовательно с якорем. При таком включении мы увеличиваем и магнитное поле, воздействующее на якорь, что позволяет добиться линейности характеристик. Если поле будет неизменным, то получить хорошую динамику сложнее, не говоря уже о больших потерях мощности. Такие двигатели лучше использовать на низких скоростях, так как ими удобнее управлять на малых дискретных перемещениях.
Организовав раздельное управление возбуждением и якорем, можно добиться высокой точности позиционирования вала двигателя, но схема управления тогда существенно усложнится. Поэтому подробнее рассмотрим регулятор, который позволяет изменять скорость вращения от 0 до максимальной величины, но без позиционирования. Это может пригодиться , если из двигателя от стиральной машины будет изготавливаться полноценный сверлильный станок с возможностью нарезания резьбы.
Выбор схемы
Выяснив все условия, при которых будет использоваться мотор, можно начинать изготавливать регулятор оборотов коллекторного двигателя. Начинать стоит с выбора подходящей схемы, которая обеспечит вас всеми необходимыми характеристиками и возможностями. Следует вспомнить их:
- Регулирование скорости от 0 до максимума.
- Обеспечение хорошего крутящего момента на низких скоростях.
- Плавность регулирования оборотов.
Рассматривая множество схем в интернете, можно сделать вывод о том, что мало кто занимается созданием подобных «агрегатов». Это связано со сложностью принципа управления, так как необходимо организовать регулирование многих параметров. Угол открытия тиристоров, длительность импульса управления, время разгона-торможения, скорость нарастания момента. Данными функциями занимается схема на контроллере, выполняющая сложные интегральные вычисления и преобразования. Рассмотрим одну из схем, которая пользуется популярностью у мастеров-самоучек или тех, кто просто хочет с пользой применить старый двигатель от стиральной машины.
Всем нашим критериям отвечает схема управления скоростью вращения коллекторным двигателем, собранная на специализированной микросхеме TDA 1085. Это полностью готовый драйвер для управления моторами, которые позволяют регулировать скорость от 0 до максимального значения, обеспечивая поддержание момента за счёт использования тахогенератора.
Особенности конструкции
Микросхема оснащена всем необходимым для осуществления качественного управления двигателем в различных скоростных режимах, начиная от торможения, заканчивая разгоном и вращением с максимальной скоростью. Поэтому ее использование намного упрощает конструкцию, одновременно делая весь привод универсальным
, так как можно выбирать любые обороты с неизменным моментом на валу и использовать не только в качестве привода конвейерной ленты или сверлильного станка, но и для перемещения стола.
Характеристики микросхемы можно найти на официальном сайте. Мы укажем основные особенности, которые потребуются для конструирования преобразователя. К ним можно отнести: интегрированную схему преобразования частоты в напряжение, генератор разгона, устройство плавного пуска, блок обработки сигналов Тахо, модуль ограничения тока и прочее. Как видите, схема оснащена рядом защит, которые обеспечат стабильность функционирования регулятора в разных режимах.
На рисунке ниже изображена типовая схема включения микросхемы.
Схема несложная, поэтому вполне воспроизводима своими руками. Есть некоторые особенности, к которым относятся предельные значения и способ регулирования скоростью:
Если потребуется организовать реверс двигателя, то для этого придется дополнить схему пускателем, который будет переключать направление обмотки возбуждения. Также потребуется схема контроля нулевых оборотов, чтобы давать разрешение на реверс. На рисунке не указано.
Принцип управления
При задании скорости вращения вала двигателя резистором в цепи вывода 5 на выходе формируется последовательность импульсов для отпирания симистора на определенную величину угла. Интенсивность оборотов отслеживается по тахогенератору, что происходит в цифровом формате. Драйвер преобразует полученные импульсы в аналоговое напряжение, из-за чего скорость вала стабилизируется на едином значении, независимо от нагрузки. Если напряжение с тахогенератора изменится, то внутренний регулятор увеличит уровень выходного сигнала управления симистора, что приведёт к повышению скорости.
Микросхема может управлять двумя линейными ускорениями, позволяющими добиваться требуемой от двигателя динамики. Одно из них устанавливается по Ramp 6 вывод схемы . Данный регулятор используется самими производителями стиральных машин, поэтому он обладает всеми преимуществами для того, чтобы быть использованным в бытовых целях. Это обеспечивается благодаря наличию следующих блоков:
Использование подобной схемы обеспечивает полноценное управление коллекторным мотором в любых режимах. Благодаря принудительному регулированию ускорения можно добиваться необходимой скорости разгона до заданной частоты вращения. Такой регулятор можно применять для всех современных двигателей от стиралок, используемых в иных целях.
В любом современном электроинструменте или бытовом приборе используется коллекторный двигатель. Это связано с их универсальностью, т. е. способностью работать как от переменного, так и от постоянного напряжения. Ещё одно преимущество заключается эффективном пусковом моменте.
Однако высокая частота оборотов коллекторного двигателя устраивает далеко не всех пользователей. Для плавности пуска и возможности менять частоту вращений был изобретён регулятор , который вполне возможно изготовить своими руками.
Принцип работы и разновидности коллекторных двигателей
Каждый электродвигатель состоит из коллектора, статора, ротора и щёток. Принцип его работы довольно прост:
Помимо стандартного устройства также существуют:
Устройство регулятора
В мире существует множество схем таких устройств. Тем не менее всех их можно разделить на 2 группы: стандартные и модифицированные изделия.
Стандартное устройство
Типичные изделия отличаются простотой в изготовлении идинистора, хорошей надёжностью при изменении оборотов двигателя. Как правило, такие модели основываются на тиристорных регуляторах. Принцип работы подобных схем достаточно прост:
Таким образом, происходит регулировка оборотов коллекторного двигателя. В большинстве случаев подобную схему используют в зарубежных бытовых пылесосах. Однако следует знать, что такой регулятор оборотов не обладает обратной связью. Поэтому при изменении нагрузки придётся настраивать обороты электродвигателя.
Изменённые схемы
Конечно, стандартное устройство устраивает многих любителей регуляторов оборотов «покопаться» в электронике. Однако, без прогресса и улучшения изделий мы бы до сих пор жили в каменном веке. Поэтому постоянно изобретаются более интересные схемы, которые с удовольствием применяют многие производители.
Чаще всего используются реостатные и интегральные регуляторы. Как понятно из названия, первый вариант основан на реостатной схеме. Во втором же случае применяется интегральный таймер.
Реостатные отличаются эффективностью в смене количества оборотов коллекторного двигателя. Высокая эффективность обусловлена силовыми транзисторами, которые забирают часть напряжения. Таким образом, снижается поступление тока и двигатель работает с меньшим усердием.
Видео: устройство регулятора оборотов с поддержанием мощности
Главный недостаток такой схемы заключается в большом объёме выделяемого тепла. Поэтому для бесперебойной работы, регулятор должен постоянно охлаждаться. Притом охлаждение устройства должно быть интенсивным.
Иной подход реализован в интегральном регуляторе, где за нагрузку отвечает интегральный таймер. Как правило, в подобных схемах используются транзисторы практически любых наименований. Это связано с тем, что в составе имеется микросхема, обладающая большими значениями выходного тока.
Если нагрузка меньше 0,1 ампера, то всё напряжение поступает прямо на микросхему в обход транзисторов. Однако для эффективной работы регулятора необходимо, чтобы на затворе было напряжение 12В. Поэтому электроцепь и напряжение самого питания должно соответствовать этому диапазону.
Обзор типичных схем
Регулировать вращения вала электродвигателя малой мощности можно посредством последовательного соединения резистора питания с отсутствие. Однако у такого варианта имеется очень низкий КПД и отсутствие возможности плавного изменения скорости. Чтобы избежать такой неприятности, следует рассмотреть несколько схем регулятора, которые применяются чаще всего.
Как известно, ШИМ имеет постоянную амплитуду импульсов. Кроме того, амплитуда идентична напряжению питания. Следовательно, электродвигатель не остановится, даже работая на малых оборотах.
Второй вариант аналогичен первому. Единственное отличие, что в качестве задающего генератора используется операционный усилитель. Этот компонент имеет частоту 500 Гц и занимается выработкой импульсов, имеющих треугольную форму. Регулировка также осуществляется переменным резистором.
Как сделать своими руками
Если нет желания тратиться на приобретение готового устройства, его можно изготовить самостоятельно. Таким образом, можно не только сэкономить деньги, но и получить полезный опыт. Итак, для изготовления тиристорного регулятора потребуется:
- паяльник (для проверки работоспособности);
- провода;
- тиристор, конденсаторы и резисторы;
- схема.
Как видно по схеме, регулятором контролируется только 1 полупериод. Однако для тестирования работоспособности на обычном паяльнике этого будет вполне достаточно.
Если знаний по расшифровке схемы недостаточно, можно ознакомиться с текстовым вариантом:
Использование регуляторов позволяет более экономично использовать электродвигатели. В определённых ситуациях такое устройство можно изготовить самостоятельно. Однако для более серьёзных целей (например, контроля оборудования для отопления) лучше приобрести готовую модель. Благо, на рынке есть широкий выбор таких изделий, а цена вполне демократичная.
У вас есть болгарка, но нет регулятора оборотов? Вы можете изготовить его своими руками.
Регулятор оборотов и плавный пуск для болгарки
И то и другое необходимо для надёжной и удобной работы электроинструмента.
Что такое регулятор оборотов и для чего он нужен
Это устройство предназначено для управления мощностью электродвигателя. С его помощью можно регулировать скорость вращения вала. Цифры на регулировочном колесе означают изменение частоты вращения диска.
Регулятор устанавливается не на все болгарки.
Болгарки с регулятором оборотов: примеры на фото
Отсутствие регулятора сильно ограничивает применение шлифовальной машины. Скорость вращения диска влияет на качество работы болгарки и зависит от толщины и твёрдости обрабатываемого материала.
Если скорость не регулируется, то обороты постоянно держатся на максимуме. Такой режим подходит только для твёрдых и толстых материалов, таких как уголок, труба или профиль. Причины, по которым наличие регулятора необходимо:
- Для тонкого металла или мягкого дерева нужна более низкая скорость вращения. Иначе кромка металла оплавится, рабочая поверхность диска замылится, а дерево почернеет от высокой температуры.
- Для резки минералов необходимо регулировать обороты. От большинства из них на высокой скорости откалываются мелкие кусочки и место реза становится неровным.
- Для полировки автомобилей не нужна самая высокая скорость, иначе лакокрасочное покрытие испортится.
- Чтобы поменять диск с меньшего диаметра на больший, надо уменьшить обороты. Практически невозможно удержать руками болгарку с большим диском, вращающимся на огромной скорости.
- Алмазные диски нельзя перегревать, чтобы не испортить поверхность. Для этого снижаются обороты.
Зачем нужен плавный пуск
Наличие такого пуска - это очень важный момент. При запуске мощного электроинструмента, подключенного к сети, происходит бросок пускового тока, который во много раз превышает номинальный ток двигателя, напряжение в сети проседает. Хотя этот бросок кратковременный, он вызывает повышенный износ щёток, коллектора двигателя и всех элементов инструмента, по которым он протекает. Это может стать причиной выхода из строя самого инструмента, особенно китайского, с ненадёжными обмотками, которые могут в самый неподходящий момент сгореть во время включения. А также идёт большой механический рывок при запуске, что ведёт к быстрому износу редуктора. Такой пуск продлевает жизнь электроинструмента и увеличивает уровень комфорта при работе.
Электронный блок в УШМ
Электронный блок позволяет объединить регулятор оборотов и плавный пуск в одно целое. Электронная схема реализована по принципу импульсно - фазового управления с постепенным увеличением фазы открытия симистора. Таким блоком могут снабжаться болгарки разной мощности и ценовой категории.
Разновидности устройств с электронным блоком: примеры в таблице
Углошлифовальные машины с электронным блоком: популярные на фото
Регулятор оборотов своими руками
Регулятор оборотов устанавливается не во все модели болгарок. Можно сделать блок для регулирования оборотов своими руками или приобрести готовый.
Заводские регуляторы оборотов болгарок: фотопримеры
Регулятор оборотов болгарок Bosh 
Регулятор оборотов болгарок Sturm 
Регулятор оборотов болгарок DWT
Такие регуляторы имеют несложную электронную схему. Поэтому создать аналог своими руками не составит особого труда. Рассмотрим, из чего собирается регулятор оборотов для болгарок до 3 кВт.
Изготовление печатной платы
Простейшая схема предствалена ниже.
Так как схема очень простая, нет смысла из-за неё одной устанавливать компьютерную программу для обработки электросхем. Тем более что для печати нужна специальная бумага. И не у всех есть лазерный принтер. Поэтому пойдём самым простым путём изготовления печатной платы.
Возьмите кусок текстолита. Отрежьте необходимый для микросхемы размер. Поверхность зашкурьте и обезжирьте. Возьмите маркер для лазерных дисков и нарисуйте схему на текстолите. Чтобы не ошибиться, сначала рисуйте карандашом. Далее, приступаем к травлению. Можно купить хлорное железо, но после него плохо отмывается раковина. Если случайно капните на одежду, останутся пятна, которые невозможно до конца вывести. Поэтому будем использовать безопасный и дешёвый метод. Подготовьте пластиковую ёмкость для раствора. Влейте перекись водорода 100 мл. Добавьте пол столовой ложки соли и пакетик лимонной кислоты до 50 г. Раствор делается без воды. С пропорциями можно экспериментировать. И всегда делайте свежий раствор. Медь должна вся стравиться. На это уходит около часа. Промойте плату под струёй колодной воды. Просверлите отверстия.
Можно сделать ещё проще. Нарисовать схему на бумаге. Приклеить её скотчем к вырезанному текстолиту и просверлить отверстия. И только после этого рисовать схему маркером на плате и травить её.
Протрите плату спирто - канифольным флюсом или обычным раствором канифоли в изопропиловом спирте. Возьмите немного припоя и залудите дорожки.
Монтаж электронных компонентов (с фото)
Подготовьте всё, что пригодится для монтажа платы:
- Катушка с припоем.
- Штырьки в плату.
- Симистор bta16.
- Конденсатор на 100 нФ.
- Постоянный резистор на 2 кОм.
- Динистор db3.
- Переменный резистор с линейной зависимостью на 500 кОм.
Откусите четыре штырька и впаяйте их в плату. Потом установите динистор и все остальные детали, кроме переменного резистора. Симистор припаивайте последним. Возьмите иглу и щёточку. Почистьте промежутки между дорожками, чтобы убрать возможное замыкание. Симистор свободным концом с отверстием крепится на алюминиевый радиатор для охлаждения. Мелкой наждачной бумагой зачистьте область крепления элемента. Возьмите теплопроводящую пасту марки КПТ-8 и нанесите небольшое количество пасты на радиатор. Закрепите симистор винтом и гайкой. Так как все детали нашей конструкции находятся под напряжением сети, для регулировки будем применять ручку из изолирующего материала. Оденьте её на переменный резистор. Кусочком провода соедините крайний и средний выводы резистора. Теперь к крайним выводам припаяйте два провода. Противоположные концы проводов припаяйте к соответствующим выводам на плате.
Можно весь монтаж сделать навесным. Для этого припаиваем детали микросхемы друг к другу непосредственно с использованием лапок самих элементов и проводов. Здесь тоже нужен радиатор для симистора. Его можно сделать из небольшого куска алюминия. Такой регулятор займёт очень мало места и его можно будет разместить в корпусе болгарки.
Если захотите установить светодиодный индикатор в регулятор оборотов, то используйте другую схему.
Схема регулятора со светодиодным индикатором.
Здесь добавлены диоды:
- VD 1 - диод 1N4148;
- VD 2 - светодиод (индикация работы).
Регулятор со светодиодом в собранном виде.
Этот блок рассчитан для маломощных болгарок, поэтому симистор не установлен на радиатор. Но если вы будете использовать его в мощном инструменте, то не забудьте про алюминиевую плату для теплоотдачи и симистор bta16.
Изготовление регулятора мощности: видео
Испытание электронного блока
Перед подключением блока к инструменту испытаем его. Возьмите накладную розетку. Вмонтируйте в неё два провода. Один из них подключите к плате, а второй к сетевому кабелю. У кабеля остался ещё один провод. Его подключите к сетевой плате. Получается, что регулятор включён последовательно в цепь питания нагрузки. Подключите к цепи лампу и проверьте работу прибора.
Тестирование регулятора мощности тестером и лампой (видео)
Подключение регулятора к болгарке
Регулятор оборотов подключается к инструменту последовательно.
Схема подключения указана ниже.
Если в рукоятке болгарки есть свободное место, то туда можно поместить наш блок. Схема, собранная навесным монтажом, приклеивается эпоксидной смолой, которая служит изолятором и защитой от тряски. Переменный резистор с пластмассовой ручкой выведите наружу, чтобы регулировать обороты.
Установка регулятора внутрь корпуса углошлифовальной машины: видео
Электронный блок, собранный отдельно от болгарки, помещается корпус из изоляционного материала, так как все элементы находятся под напряжением сети. К корпусу прикручивается переносная розетка с сетевым кабелем. Наружу выводится ручка переменного резистора.
Регулятор включается в сеть, а инструмент в переносную розетку.
Регулятор оборотов для болгарки в отдельном корпусе: видео
Использование
Существует ряд рекомендаций для правильного использования болгарки с электронным блоком. При запуске инструмента дайте ему разогнаться до установленных оборотов, не спешите резать что-либо. После выключения повторно запускайте его через несколько секунд, чтобы успели разрядиться конденсаторы в схеме, тогда повторный пуск будет плавным. Регулировать скорость можно во время работы болгарки, медленно поворачивая ручку переменного резистора.
Болгарка без регулятора оборотов хороша тем, что без серьёзных затрат вы можете сами сделать универсальный регулятор оборотов для любого электроинструмента. Электронный блок, вмонтированный в отдельную коробку, а не в корпус шлифовальной машины, можно использовать для дрели, бормашины, циркулярной пилы. Для любого инструмента с коллекторным двигателем. Конечно, удобнее, когда ручка регулятора находится на инструменте, и не нужно никуда отходить и наклоняться, чтобы её повернуть. Но тут уже вам решать. Это дело вкуса.
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.
