Принципиальная схема регулятора оборотов
Современные схемы регуляторов оборотов УШМ построены по принципу пропускания полупроводниковым ключом только части мощности одной или обеих полуволн переменного тока. В качестве регулятора длины полуволн в таких устройствах используют симисторы (симметричные тиристоры), поэтому их иногда называют симисторными регуляторами. На рисунке ниже приведена упрощенная схема такого устройства, достаточная для объяснения принципа его действия, а справа от нее — диаграммы полного периода переменного тока до и после регулирования. Здесь заштрихованные области соответствуют мощности, которая передается электродвигателю от источника питания через симисторный регулятор.
На схеме волновым значком обозначен источник переменного напряжения, а буквой «М» — двигатель болгарки. В упрощенном виде регулятор включает в себя две RC-цепочки, динистор и симистор. При нажатии выключателя К1 происходит подача переменного напряжения на электродвигатель M и схему регулятора. Протекающий через переменный резистор R1 ток начинает заряжать конденсатор C1. Время его заряда определяется сопротивлением резистора R1, зависящим от положения его движка, которое, по сути, задает временные параметры работы регулятора. После полного заряда конденсатора напряжение в точке его подключения к динистору возрастает до номинального, динистор открывается и подает напряжение на управляющий электрод симистора. Конденсатор C1 при этом разряжается. Данный момент на диаграмме работы регулятора показан жирной вертикальной чертой. После открытия симистора происходит подача напряжения на двигатель болгарки в первом полупериоде.
При смене полярности переменного тока происходит переход напряжения через ноль, поэтому динистор и симистор закрываются. В отрицательном полупериоде все повторяется, и включение симистора также происходит с задержкой, определяемой параметрами цепочки R1C1. Регулятор даже на холостом ходу работает с некоторой задержкой включения симистора. Это связано с тем, что, хотя момент подачи тока сопротивлением R1 на конденсатор C1 соответствует переходу напряжения через ноль, оно еще должно вырасти до уровня напряжения пробоя динистора. На рисунке ниже показана зависимость мощности, подаваемой на двигатель болгарки, от временных сдвигов управляющих импульсов динистора. В первом случае сопротивление резистора R1 минимальное, поэтому заряд C1 происходит быстро, а во втором — максимальное, поэтому конденсатор заряжается медленнее.
Для чего вообще регулировать скорость вращения диска болгарки?
- При резке металла разной толщины, качество работы сильно зависит от скорости вращения диска. Если резать твердый и толстый материал – необходимо поддерживать максимальную скорость вращения. При обработке тонкой жести или мягкого металла (например, алюминия) высокие обороты приведут к оплавлению кромки или быстрому замыливанию рабочей поверхности диска;
- Резка и раскрой камня и кафеля на высокой скорости может быть опасной. К тому же диск, который крутится с высокими оборотами, выбивает из материала мелкие куски, делая поверхность реза щербатой. Причем для разных видов камня выбирается разная скорость. Некоторые минералы как раз обрабатываются на высоких оборотах;
- Шлифовальные работы и полировка в принципе невозможны без регулирования скорости вращения. Неправильно выставив обороты, можно испортить поверхность, особенно – если это лакокрасочное покрытие на автомобиле или материал с низкой температурой плавления;
- Использование дисков разного диаметра автоматически подразумевает обязательное наличие регулятора. Меняя диск Ø115 мм на Ø230 мм, скорость вращения необходимо уменьшить практически вдвое. Да и удержать в руках с 230 мм диском, вращающимся на скорости 10000 об/мин практически нереально;
- Полировка каменных и бетонных поверхностей в зависимости от типа используемых коронок производится на разных скоростях. Причем при уменьшении скорости вращения крутящий момент не должен снижаться;
- При использовании алмазных дисков необходимо уменьшать количество оборотов, так как от перегрева их поверхность быстро выходит из строя. Разумеется, если ваша болгарка работает только в качестве резака для труб, уголка и профиля – регулятор оборотов не потребуется. А при универсальном и разностороннем применении УШМ он жизненно необходим.
Как правило, бюджетные угловые шлифовальные машины (УШМ), в народе называемые болгаркой, не имеют в своей конструкции регулируемые электронные модули, к которым относятся регулятор оборотов двигателя и плавный пуск. Владельцы таких болгарок со временем начинают понимать, что их отсутствие резко снижает функциональность инструмента. В этом случае можно произвести доработку УШМ, установив на нее самодельные приспособления.
При подаче питания на двигатель шлифмашины происходит скачкообразное повышение оборотов
с нуля до 10 тыс. и более. Кто работал УШМ, хорошо знают, что порой сложно удержать ее в руках при запуске, особенно, если установлен алмазный диск большого диаметра.
Также во время запуска огромная нагрузка прилагается к обмотке ротора и статора электромотора. Поскольку в болгарке установлен коллекторный двигатель, то он стартует в режиме короткого замыкания: электромагнитное поле уже “пытается” провернуть ротор, но он еще некоторое время остается неподвижным, поскольку сила инерции не дает это сделать. В результате в катушках двигателя резко повышается пусковой ток. Несмотря на то, что производитель вложил некий запас прочности для катушек, учитывая перегрузки при старте, рано или поздно изоляция не выдерживает, что приводит к межвитковому замыканию.
Кроме проблем с запуском, отсутствие регулировки оборотов вызывает некоторый дискомфорт. Например, регулятор оборотов болгарки может пригодиться при определенных видах работ
- при шлифовке или полировке каких-либо поверхностей;
- при установке инструмента большого диаметра;
- для резки некоторых материалов.
Кроме того, при обдирочных работах корщетками велика вероятность заклинивания проволоки в какой-либо щели. Если обороты шпинделя были большими, то болгарку может просто вырвать из рук.
Если к УШМ подключить регулятор мощности (оборотов) с модулем плавного пуска, то все вышеописанные проблемы исчезнут, увеличится срок службы аппарата и повысится безопасность его использования.
Устройство УШМ
Любая болгарка состоит из следующих деталей:
- ротор – часть электродвигателя, которая вращается при работе и регулируется по скорости, ещё называется якорем;
- коллектор – место на роторе, где находятся управляющие обмоточные провода;
- щётки – детали, которые служат проводниками тока от кабеля до обмотки коллектора;
- редуктор – механизм, выполняющий роль привода от вращающегося ротора к кружащемуся диску, состоит из шпинделя, подшипника, из двух шестерёнок (большая и шестерня вала);
- статор – часть электродвигателя, в которой работает ротор;
- крыльчатка охлаждения болгарки;
- кнопка запуска;
- сетевой кабель с электрическим приводом;
- кожух защиты;
- корпус болгарки;
- дополнительная рукоятка.
Все указанные детали можно поделить на две части:
- электрическую;
- механическую.
Виды неисправностей электрической и механической частей дрели
Ремонт датчика движения своими руками
Наиболее распространенными проблемами с электрической составляющей являются случаи, когда дрель искрит на щетках вследствие их значительного стачивания или износа. Прибор с сильно износившимися щетками не включится вообще. Признак проблем с двигателем – отсутствие знаков его включения (звук, вибрация и прочее). У дрели с регулировкой оборотов могут перестать функционировать реверс и управление скоростью.
Механические неисправности – поломка подшипника или редукторного механизма, выход вала из строя. Проявляются они гудением, периодическими остановками прибора, замедленным вращением. Иногда возникают проблемы с патроном: трудности при отсоединении сверла, выкручивания патрончика относительно вала.
Для чего вообще регулировать скорость вращения диска болгарки?
- При резке металла разной толщины, качество работы сильно зависит от скорости вращения диска. Если резать твердый и толстый материал – необходимо поддерживать максимальную скорость вращения. При обработке тонкой жести или мягкого металла (например, алюминия) высокие обороты приведут к оплавлению кромки или быстрому замыливанию рабочей поверхности диска;
- Резка и раскрой камня и кафеля на высокой скорости может быть опасной. К тому же диск, который крутится с высокими оборотами, выбивает из материала мелкие куски, делая поверхность реза щербатой. Причем для разных видов камня выбирается разная скорость. Некоторые минералы как раз обрабатываются на высоких оборотах;
- Шлифовальные работы и полировка в принципе невозможны без регулирования скорости вращения. Неправильно выставив обороты, можно испортить поверхность, особенно – если это лакокрасочное покрытие на автомобиле или материал с низкой температурой плавления;
- Использование дисков разного диаметра автоматически подразумевает обязательное наличие регулятора. Меняя диск Ø115 мм на Ø230 мм, скорость вращения необходимо уменьшить практически вдвое. Да и удержать в руках болгарку с 230 мм диском, вращающимся на скорости 10000 об/мин практически нереально;
- Полировка каменных и бетонных поверхностей в зависимости от типа используемых коронок производится на разных скоростях. Причем при уменьшении скорости вращения крутящий момент не должен снижаться;
- При использовании алмазных дисков необходимо уменьшать количество оборотов, так как от перегрева их поверхность быстро выходит из строя. Разумеется, если ваша болгарка работает только в качестве резака для труб, уголка и профиля – регулятор оборотов не потребуется. А при универсальном и разностороннем применении УШМ он жизненно необходим.
Популярное: Станина для болгарки – настоящая столярная мастерская в вашем гараже или сарае
Устранения мелких неисправностей
Если при нажатии на кнопку «Пуск» болгарка не запускается, вполне возможно, что причина поломки не слишком серьезная и машинку можно починить своими силами. Существует правило ремонта любого электроинструмента — двигаться от простого к сложному.
В приведенной ситуации в 9 случаях из 10 причиной неисправности будет разрыв электрической цепи на участке от источника питания к графитовым щеткам. Первым делом нужно снять кожух и проверить тестером, подводится ли электричество к кнопке «Пуск». Если электрический ток на клеммы кнопки не поступает, то достаточно поменять старый электрический провод на новый, чтобы отремонтировать инструмент.
Если ток поступает на пусковой механизм, но не идет дальше, то проблема в самой кнопке пуска. Ее нужно заменить, но делать это следует не спеша. Сначала требуется аккуратно разобрать пусковой механизм, при этом не поленитесь промаркировать снимаемые контакты. Для замены пришедшей в негодность кнопки подойдет любая, подходящая по размеру и с аналогичными параметрами. Особенно внимательными нужно быть при обратном подключении контактов, поскольку их неправильный монтаж наверняка обернется сгоревшей обмоткой или заклиненным якорем.
Если и электрический провод, и пусковая кнопка в полной исправности, но ток не поступает на графитовые щетки, нужно для начала зачистить прикрепленные к коллектору контактные пластины щеткодержателей. Если же и после выполнения этой процедуры болгарка не включается, то следует поменять сами щетки.
Самодельные варианты
Существует множество схем модернизации электроинструмента при помощи УПП. Среди всех разновидностей широкое применение получили устройства на симисторах. Симистор — полупроводниковый элемент, позволяющий плавно регулировать параметры питания. Существуют простые и сложные схемы, которые отличаются между собой вариантами исполнения, а также поддерживаемой мощностью, подключаемого электроинструмента. В конструктивном исполнении бывают внутренние, позволяющие встраиваться внутрь корпуса, и внешние, изготавливаемые в виде отдельного модуля, выполняющего роль ограничителя оборотов и пускового тока при непосредственном пуске УШМ.
Простейшая схема
УПП с регулированием оборотов на тиристоре КУ 202 получил широкое применение благодаря очень простой схеме исполнения (схема 1). Его подключение не требует особых навыков. Радиоэлементы для него достать очень просто. Состоит эта модель регулятора из диодного моста, переменного резистора (выполняет роль регулятора U) и схемы настройки тиристора (подача U на управляющий выход номиналом 6,3 вольта) отечественного производителя.
Схема 1. Электросхема внутреннего блока с регулировкой оборотов и плавным пуском (схема электрическая принципиальная)
Благодаря размерам и количеству деталей регулятор этого типа можно встроить в корпус электроинструмента. Кроме того, следует вывести ручку переменного резистора и сам регулятор оборотов можно доработать, встроив кнопку перед диодным мостом.
Основной принцип работы заключается в регулировке оборотов электродвигателя инструмента благодаря ограничению мощности в ручном режиме. Эта схема позволяет использовать электроинструмент мощностью до 1,5 кВт. Для увеличения этого показателя необходимо заменить тиристор на более мощный (информацию об этом можно найти в интернете или справочнике). Кроме того, нужно учесть и тот факт, что схема управления тиристором будет отличаться от исходной. КУ 202 является отличным тиристором, но его существенный недостаток состоит в его настройке (подборка деталей для схемы управления). Для осуществления плавного пуска в автоматическом режиме применяется схема 2 (УПП на микросхеме).
Плавный пуск на микросхеме
Оптимальным вариантом для изготовления УПП является схема УПП на одном симисторе и микросхеме, которая управляет плавным открытием перехода p-n типа. Питается устройство от сети 220 В и ее несложно собрать самому. Очень простая и универсальная схема плавного пуска электродвигателя позволяет также и регулировать обороты (схема 2). Симистор возможно заменить аналогичным или с характеристиками, превышающими исходные, согласно справочнику радиоэлементов полупроводникового типа.
Схема 2. Схема плавного пуска электроинструмента
Устройство реализуется на основе микросхемы КР118ПМ1 и симисторе. Благодаря универсальности устройства его можно использовать для любого инструмента. Он не требует настройки и устанавливается в разрыв кабеля питания.
При пуске электродвигателя происходит подача U на КР118ПМ1 и плавный рост заряда конденсатора С2. Тиристор открывается постепенно с задержкой, зависящей от емкости управляющего конденсатора С2. При емкости С2 = 47 мкФ происходит задержка при запуске около 2 секунд. Она зависит прямо пропорционально от емкости конденсатора (при большей емкости время запуска увеличивается). При отключении УШМ конденсатор С2 разряжается при помощи резистора R2, сопротивление которого равно 68 к, а время разрядки составляет около 4 секунд.
Для регулирования оборотов нужно заменить R1 на резистор переменного типа. При изменении параметра переменного резистора происходит изменение мощности электромотора. R2 изменяет величину тока, протекающего через вход симистора. Симистор нуждается в охлаждении и, следовательно, в корпус модуля можно встроить вентилятор.
Основной функцией конденсаторов C1 и C3 является защита и управление микросхемой. Симистор следует подбирать, руководствуясь следующими характеристиками: прямое U должно составлять 400..500 В и прямой ток должен быть не менее 25 А. При таких номиналах радиоэлементов к УПП возможно подключать инструмент с мощностью от 2 кВт до 5 кВт.
Таким образом, для запуска электродвигателей различного инструмента необходимо использовать УПП заводского изготовления или самодельные. УПП применяются для увеличения срока эксплуатации инструмента. При запуске двигателя происходит резкое увеличение тока потребления в 7 раз. Из-за этого возможно подгорание статорных обмоток и износ механической части. УПП позволяют значительно снизить пусковой ток. При изготовлении УПП самостоятельно нужно соблюдать правила безопасности при работе с электричеством.
Как подключить болгарку без регулятора оборотов
Если болгарка не оснащена регулятором оборотов, можно ли установить его самостоятельно? Большинство угловых шлифовальных машин (УШМ), в простонародье болгарок, имеют регулятор оборотов.
Регулятор оборотов расположен на корпусе УШМ
Рассмотрение различных регулировок нужно начать с анализа электрической схемы болгарки.
простейшее представление электросхемы шлифовальной машины
Более продвинутые модели автоматически поддерживают скорость вращения вне зависимости от нагрузки, но чаще встречаются инструменты с ручной регулировкой оборотов диска. Если на дрели или электрическом шуруповерте используется регулятор куркового типа, то на УШМ такой принцип регулирование невозможен. Во-первых – особенности инструмента предполагают другой хват при работе. Во-вторых – регулировка во время работы недопустима, поэтому значение оборотов выставляется при выключенном моторе.
Принцип работы регулятора скоростей
Плавный пуск и регулировка оборотов — это добавочные функции. Они отвечают за комфорт при работе и безопасность пользователя. Угловая шлифовальная машина и без регулятора неплохо выполняет широкий спектр задач, однако, диск ее при этом вращается на максимальных оборотах, что не дает возможности выполнить задачи аккуратно и качественно.
В обычной машинке, без регулятора скоростей, две обмотки статора подключаются к электрической сети при включении инструмента. Каждая из них оснащена угольными щетками, они прижимаются к ламелям коллекторного двигателя, замыкая электрическую цепь.
Болгарка с регулятором оборотов — гораздо более совершенна и многозадачна. она дает возможность выполнить распил или шлифовку очень качественно, а главное — безопасно.
Электронный блок регулятора оборотов УШМ — это система переключения. В ее основе заложен полупроводник симистор или тиристор (эта схема действует в большем количестве УШМ). Более дорогие модели болгарок оснащены интегральной микросхемой, это вариант дорогостоящий, но более продвинутый и высокотехнологичный.
Изменение числа оборотов и в том, и в другом случае, происходит путем передвижения переменного резистора. Он установлен внутри корпуса машинки и внедрен в разрыв электроцепи. между клавишей пуска и обмотками статора. Интегральная схема часто располагается отдельно, в разрыве электрического провода.
Переключение частоты вращения выполняется вручную, для чего на корпусе есть соответствующие клавиши (кнопки или колесико).
Поскольку за крутящий момент на шпинделе отвечает сила тока, то, фактически, пользователь, уменьшает или увеличивает ее, переключая скорости. Регулируя, таким образом, силу тока, можно снизить или, наоборот, усилить вращение шпинделя и обороты режущего диска.
Специфика эксплуатации болгарки
Инструмент отличается повышенной функциональностью. Его можно использовать для зачистки поверхностей. Для этого необходимо оснастить болгарку специальными стальными прутками и лепестками наждачной бумаги – такой круг будет выполнять роль очистителя.
Как еще можно применять болгарку:
- для шлифовки – на инструмент навинчивается концентрическая насадка с липучкой. На последнюю крепится абразив. Непосредственно перед началом работ проверяется работоспособность соединения;
- для шлифовки абразивными кругами – последний компонент необходимо использовать крайне аккуратно. Из-за чрезмерного воздействия абразив может сломаться.
Установив специальные отрезные диски, болгарку можно будет использовать и для штробления бетона. За счет своей многофункциональности инструмент пользуется широкой востребованностью при осуществлении любого фронта работ.
Как сделать плавный пуск и регулятор оборотов для болгарки
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
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.
А основная регулировка уже с помощью резистора R5. Стоит сказать, что схема такого рода не позволит осуществлять регулировку от нуля, только от 30 до 100%.
Если нужен более мощный регулятор, то его можно собрать по следующей схеме:
Эта схема позволяет регулировать мощность практически от нуля, но для «болгарки» это не имеет смысла.
Вначале схема обязательно проверяется на работоспособность путем подключения в качестве нагрузки лампочки на 40-60 Вт 220 В.
Если все в порядке, то после отключения от сети сразу же нужно проверить симистор на ощупь – он должен быть холодным.
Далее, плата подключается к «болгарке» и производится запуск.
Если все работает нормально – «болгарка» запускается плавно, и регулируются обороты, — то пора приступать к тестам под нагрузкой.
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.
