Схема управления дрелью. Как устроен регулятор оборотов дрели: схема. Малые и высокие обороты вращения

Многие электродрели, особенно старых выпусков, не имеют регулятора частоты вращения (РЧВ), что является не только неудобством в эксплуатации электроинструмента, но и приводит к травматизму.

РЧВ можно собрать по несложной схеме и снабдить им старенькую дрель. А если вышел из строя РЧВ (штатный) у новой дрели, то взамен дефектного (хотя бы временно) можно использовать самодельный РЧВ. Об этом пойдет речь в данной статье.

Современный ручной электроинструмент снабжают РЧВ. Однако, как показывает практика эксплуатации таких инструментов, штатные РЧВ довольно часто выходят из строя. Причин выхода из строя РЧВ имеется несколько.

Во-первых, изменения сетевого напряжения частот выходят за границы каких-то разумных пределов. Чем дальше от областного центра предстоит работа с электроинструментом, тем шире диапазон изменения сетевого напряжения. Нынче изменение в пределах 170...250 В многие уже не считают худшим вариантом.

Но быстрее выводят из строя технику всплески сетевого напряжения, превышающие 300 В. Именно из-за них чаще всего и выходят из строя штатные РЧВ.

Во-вторых, малогабаритные РЧВ, которыми снабжены коллекторные двигатели электроинструмента, не так надежны, как хотелось бы. К примеру, надежность самодельного РЧВ на дискретных элементах не столь зависит от всплесков сетевого напряжения, особенно при использовании кондиционных (проверенных) компонентов. Важнее всего, чтобы коммутирующий силовой элемент (симистор или тиристор) имел надлежащий запас по напряжению.

В-третьих, участились случаи комплектации электроинструментов заводами-изго-товителями менее мощными экземплярами РЧВ. К примеру, электродрель 1035 Э-2 У2 мощностью 600 Вт укомплектована РЧВ от дрели ИЭ-1036Э мощностью 350 Вт. После непродолжительной эксплуатации (как еще владельцу повезет, может и через минуту нагрузки на полной мощности) штатный РЧВ выходит из строя.

В-четвертых, нарушение правил эксплуатации электроинструмента. Работа в жару требует перерывов в эксплуатации. Перегрев приводит не только к дефекту РЧВ, но и к неисправности двигателя и редуктора.

У инструмента выпуска прошлых лет вообще не предусмотрено использование РЧВ, то есть двигатель всегда работает на полной мощности. Старые дрели очень надежны, поэтому есть смысл снабдить их РЧВ, тем самым продлив срок службы и обезопасив себя от травм.

Самый простой способ уменьшения числа оборотов - использование ЛАТРа или любого автотрансформатора, способного обеспечить требуемую мощность в нагрузке (дрели). Удобно использовать дрель от трансформатора безопасности (коэффициент трансформации 1:1). Так фактически можно исключить вероятность поражения электрическим током.

Чтобы не потерять в мощности дрели, желательно использовать трансформатор с двойным запасом мощности. Иначе при включении дрели несколько снижается напряжение вторичной обмотки трансформатора (особенно при мощности дрели 600 Вт). Хороший результат получается при эксплуатации перемотанного ТС-270 (намоточные данные приведены в ).

Все вторичные обмотки сматывают и наматывают новые проводом 00,9...1 мм. На каждой катушке ТС-270 размещают по 300 витков (в сумме 600 витков). В этом варианте во вторичной обмотке можно сделать десяток отводов для управления мощностью.

Трансформатор безопасности особенно необходим при работе в сырых помещениях (гаражах, сараях, подвалах).

Обезопасить дрель от неисправности по причине увеличения напряжения в электросети можно также несложным способом, проверенным на практике . Суть его заключается в параллельном включении надежных сетевых феррорезонансных стабилизаторов.

Принципиальная схема

Так решается проблема малой мощности таких стабилизаторов. Приобрести в наше время фабричный (си-мисторный) сетевой стабилизатор по цене хорошего компьютера большинству из нас недоступно. Рассмотрим практическую конструкцию РЧВ, схема которого показана на рис.1.

Рис. 1. Принципиальная схема регулятора оборотов вала электродрели с питанием от 220В.

Основа схемы взята из , так как сама схема на практике оказалась неработоспособной. Проблемы заключаются в номиналах элементов схемы и их разбросе. Чтобы "оживить" эту схему, необходимо сначала заменить стабилитрон VD5 типа КС156А стабилитроном типа Д814Д (то есть низковольтный заменить высоковольтным).

Чаще всего (но не всегда) схема "оживает", но нестабильна в работе. Чтобы РЧВ устойчиво работал на любых оборотах и при разной нагрузке на валу, нужно в несколько раз (!) увеличить некоторые номиналы резисторов. Облегчить и ускорить налаживание схемы позволяет замена резисторов R5 и R6 подстроечными. С указанными на рис.1 номиналами резисторов схема работает всегда, независимо от разброса параметров комплектующих.

В схему рис.1 дополнительно введены два тумблера SA1 и SA2. Первый из них предназначен для оперативного отключения самого РЧВ, второй - для выключения режима стабилизации оборотов.

Тумблер SA1 позволяет работать с дрелью при неисправности РЧВ, SA2 - когда стабилизация оборотов мешает работе (например, при намотке катушек индуктивности). Для повышения стабильности работы симистора VS1 в схему введен конденсатор С4 (в оригинале его нет).

Преимуществом данного РЧВ является то, что он выполнен двухполюсником (в разрыв цепи питания электроинструмента), поэтому его легко подключить и отключить.

При замыкании резисторов R9 и R10 РЧВ превращается в обычный регулятор без стабилизации оборотов, так как эти резисторы являются датчиком обратной связи. Режим с обратной связью неприменим при намотке катушек тонким эмальпроводом (0,07...0,1 мм).

Детали

Резисторы R2 и R3 могут быть любого типа (регулировочная характеристика А), но лучше использовать повышенной надежности, ведь крутить их приходится часто. Автор использовал ПП2-12, ППБ-2А, ППБ-3. Резисторы R1 и R8 типа МЛТ-2, R7 - МЛТ-0,125.

Резисторы R9, R10 могут быть любого типа и исполнения, важно, чтобы они выдерживали режим максимальной мощности электроинструмента: Р=I2R, где I - максимальный ток, потребляемый дрелью, а R - сопротивление параллельной пары R9, R10. Стабильность их сопротивления гарантирует и стабильность числа оборотов РЧВ.

Автор использовал как ПЭВ-7,5 (2 шт. по 9,1 Ом для дрели мощностью 350 Вт), так и С5-35, С5-36, С5-37 и др. Хорошо себя зарекомендовали и самодельные резисторы, изготовленные из кусков нихромового провода, намотанные на негодном резисторе ПЭВ.

При эксплуатации дрели удобно, когда в схеме установлены два переменных резистора R2 (1,5 кОм) и R3 (6,8 кОм). Неизвестный фабричным РЧВ режим стабилизации оборотов таит в себе скрытые возможности его применения (например, точная установка требуемого числа оборотов на валу двигателя при увеличении механической нагрузки).

Плата (рис.2) рассчитана на установку подстроечных резисторов типа СП3-1б или СП3-27а, б, конденсаторов типа МБМ (С1, С3), К50-16 (С2), К73-17 на напряжение 63 В (С4).

Рис. 2. Печатная плата для схемы регулировки частоты вращения двигателя электродрели 220В.

Диоды VD1-VD4, VD6 можно заменить другими выпрямительными, например КД105 (с любым буквенным индексом), КД102, КД104 (с обратным напряжением более 100 В). Хорошо подходят импортные малогабаритные 1N4004-1N4007.

В данной схеме транзистор КТ117 своим биполярным вариантом (КТ315+КТ361, КТ3102+КТ3107) не заменялся, поэтому рекомендаций в этом плане автор не дает.

У многих возникали вопросы из-за неверной цоколевки КТ117, которая приведена в схемах телевизора 3-4УСЦТ, поэтому на рис.1 приведена правильная цоколевка. Транзистор VT2 можно заменить любым биполярным структуры n-p-n кремниевым с икэ.макс>15 В и h21 >50.

Импульсный трансформатор намотан на ферритовом кольце М2000НМ1 типоразмера К20х10х5. Наматывать его двойным проводом стоит только в том случае, если используется провод с двойной изоляцией, например, ПЭЛШО 00,25...0,3 мм. Для обычного эмальпровода (ПЭЛ, ПЭВ и др.) лучше, если обмотки хорошо изолированы между собой.

Сначала наматывают одну обмотку, затем прокладывают несколько слоев лакоткани, и только тогда - вторую обмотку. Обе обмотки содержат по 100 витков. О расчете тороидальных катушек на ферритовых сердечниках рассказано в .

Налаживание

Несмотря на наличие нескольких подстроечных элементов, проблем при наладке не бывает. Сначала переводят тумблер SA2 в замкнутое положение. Движки подстроечных резисторов R5 и R6 устанавливают в среднее положение.

Движки переменных резисторов R2 и R3 устанавливают в положение, соответствующее минимальному сопротивлению. Уменьшая сопротивление подстроечного резистора R4, добиваются устойчивой работы РЧВ. В некотором положении движка R4 наступает срыв работы задающего генератора и РЧВ, поэтому движок возвращают немного назад, чтобы иметь запас устойчивости.

Проверяют работу РЧВ и при максимальном сопротивлении резисторов R2 и R3. К сожалению, конденсаторы типа МБМ не обладают долговременной стабильностью емкости и имеют не очень хорошую термостабильность. Поэтому если электроинструмент будет использоваться не в помещении, то в качестве С1 лучше сразу поставить К73-17.

Далее движки резисторов R5 и R6 устанавливают в такое положение, при котором в режиме стабилизации оборотов (контакты SA2 разомкнуты) дрель устойчиво работает и на малых и на больших оборотах. Неправильно настроенная схема приводит к "рывкам" при работе дрели, особенно на малых оборотах.

Регулировка резисторами R5 и R6 имеет определенную взаимозависимость, поэтому может понадобиться повторение процедуры настройки. Конечно, после наладки подстроечные резисторы R4-R6 лучше заменить постоянными, так как при вибрации дрели контакты движков со временем начнут сбоить.

Из-за вибрации необходимо повышенное качество сборки РЧВ. Наилучший вариант, когда РЧВ расположен как можно ближе к самой дрели для оперативной регулировки оборотов.

Многолетняя эксплуатация данных РЧВ совместно с дрелями разных типов и мощности подтвердила их высокую надежность и удобство в работе. Особенно ценным оказался режим стабилизации оборотов при выполнении отверстий большого диаметра.

А.Г. Зызюк. г. Луцк, Украина. Электрик-2004-11.

Литература:

1. Зызюк А.Г. Стабилизация сетевого напряжения на се-ле//Рад"юаматор. - 2002. - №12. - С.20.
2. "Радюаматор" - лучшее за 10 лет (1993-2002). - К.: Радіоаматор, 2003. - С.226-228.
3. Титов А. Стабилизированный регулятор частоты враще-ния//Радио. - 1991. - №9. - С.27.
4. Силовые трансформаторы типа ТС//Электрик. - 2003. -№11. - С.19.
5. Зызюк А.Г. Об индуктивности тороидальных катушек на ферритовых сердечниках//Электрик - 2004. - №. - С.

При перегрузке (сверлении большого числа отверстий в бетоне например) у электродрели FIT часто выходит из строя регулятор скорости, совмещённый с кнопкой включения. Для его ремонта необходимо сначала аккуратно разобрать дрель, извлечь из неё регулятор и отключить от него провода, предварительно записав, какой провод к какому контакту подключен.

Разбирается корпус регулятора отгибанием боковин и выводом крышки из фиксаторов, без клея. Надо соблюдать осторожность и неторопливость - там находятся 2 пружинки, которые соскучились по свету и полётам))).

С механикой всё несложно - чистим контакты и промываем спиртом от грязи. Плату со схемой легко вынимаем, предварительно выдвинув из пазов медные квадратики зажимов-контактов. Единственный элемент схемы, который выходит из строя - симистор. Находим его и "обезвреживаем", выпаяв подходящие к нему проводники (хороним на месте).

От управляющего электрода делаем отвод тонким многожильным проводком (чтобы вместился под крышку) и выводим при сборке в существующее отверстие. Обратная сборка регулятора проблем не составляет (при наличии аккуратности и неторопливости!). От зажимов регулятора (не от фазного) делаем 2 доп. отвода гибким проводом, для подключения симистора. Он становится вынесенным элементом регулятора. (места в ручке, для его расположения, вполне достаточно).

Потребность в регуляторе возникла в связи с необходимостью зачистки разного рода ржавых железяк на даче перед их покраской. Это удобно делать при помощи кордщетки по металлу, устанавливаемой вместо отрезного круга. Однако, поскольку болгарка при этом работает на максимальных оборотах в районе 10000 об./мин., корпус довольно сильно вибрирует, быстро устают руки.

Сама щетка пытается зацепиться за разные неровности и вырвать болгарку из рук, что весьма опасно. Также имеется электроточило, которое перегревает на максимальных оборотах затачиваемые стамески и тонкие сверла. И еще электроплитка, несмотря на то, что имеет терморегулятор, так и норовит превратить в уголь подогреваемую пищу.
Для решения вопроса на Али была приобретена собранная плата сетевого регулятора мощности на 2000ВТ за 100 рублей.
После удачного тестирования регулятора «на соплях» встал вопрос оформления устройства.
Эти платы уже неоднократно описывались на mysku, однако выкладываемый на общее обозрение вид собранных устройств вынудил искать более красивое решение. Хотелось иметь готовую конструкцию максимально компактной. В Леруа Мерлен была куплена с предварительной прикидкой рублей за 30 распределительная коробка TDM 65х65х50 мм.


В настоящий момент в Леруа именно эти распредкоробки отсутствуют, поясню почему выбор пал именно на нее:

• откидывающаяся несъемная крышка
• одна глухая боковая стенка
• подходящий размер основания
• высота достаточная для размещения радиатора.

Наиболее компактной розеткой из предлагаемых оказалась турецкая Makel Siva Ustu, стоящая сегодня 93 руб. В качестве сетевого использован отрезок ненужного компьютерного кабеля.


Для размещения платы были подрезаны выступающие из дна бобышки и просверлено в боковой стенке отверстие под движок регулятора. Фактически крепление платы в коробке осуществляется только за корпус регулятора и штатный усиливающий уголок платы. Розетка крепится на крышке коробки двумя винтами M4.


Сетевой кабель пропушен через отверстие в изолирующей муфте, вставленной в корпус коробки «наоборот». Такая установка муфты исключает ее выдергивание вместе с силовым кабелем при неосторожных движениях. Поскольку проводники силового кабеля касаются радиатора, на него был дополнительно одет кусок разрезанной и стянутой изолентой ПВХ трубки.


На корпусе сделал отметки крайних положений регулятора.


Как показала эпизодическая эксплуатация в течение более чем года с разными потребителями, радиатор особо не нагревается и остается теплым в закрытой коробке в течение долгой работы с мощными потребителями.


Что касается зачистки ржавых железок кордщеткой для болгарки, то такая работа на пониженных оборотах стала однозначно более комфортной и менее опасной. Заметно снижается эффект гироскопа. Пару раз кордщетку закусывало в углу, благодаря пониженной мощности на валу болгарку удается удержать в руках без травм. Да и сама болгарка при этом существенно меньше греется.
PS Модель болгарки BLACK&DECKER (B&D) CD 115, она у меня уже лет 7. Планирую купить +117 Добавить в избранное Обзор понравился +65 +138

При работе с электроинструментом (электродрелью шлифовальным устройством и пр) желательно иметь возможность плавно изменять его обороты. Но простое уменьшение питающего напряжения приводит к снижению развиваемой инструментом мощности В предлагаемой схеме (рис.1) используется регулирование с обратной связью по току двигателя, в результате чего при увеличении нагрузки соответственно увеличивается и крутящий момент

На валу. Резистивно-емкостная цепочка R1-R2-C1 формирует регулируемое опорное напряжение, которое с движка R2 поступает в цепь управляющего электрода тиристора VS1 и компенсирует остаточную противо-ЭДС двигателя М1 Если скорость вращения двигателя падает из-за возрастания нагрузки, уменьшается и его противо-ЭДС. Благодаря этому в очередном полупериоде сетевого напряжения тиристор за счет опорного напряжения открывается раньше. Соответствующее повышение напряжения на двигателе приводит к увеличению мощности на валу двигателя. При увеличении оборотов в случае снижения нагрузки описанный процесс происходит наоборот

Настройка устройства сводится практически к подбору сопротивления R1, чтобы при минимальных оборотах двигатель вращался ровно, без рывков, и, в то же время, обеспечивался полный диапазон изменения оборотов. Возможно, к нижнему по схеме выводу R2 придется подключить небольшой резистор, ограничивающий минимальные обороты двигателя. Если тиристор VS1 будет сильно греться, его нужно установить на теплоотвод.

Упрощенный вариант регулятора показан на рис . 2. Если в патрон электродрели зажать насадку-отвертку, с помощью этой приставки можно закручивать винты и шурупы (саморезы).

Литература

1 И.Семенов. Регулятор мощности с обратной связью. - Радиолюбитель, 1997, N12, С.21.

2 Р.Граф. Электронные схемы 1300 примеров - М Мир, 1989, С 395.

3. В Щербатюк Заворачиваем шурупы электродрелью. - Радиолюбитель, 1999 N9, С 23

При работе с выводными компонентами приходится изготавливать печатные платы с отверстиями, это, пожалуй, одна из самых приятных частей работы, и, казалось бы, самая простая. Однако, очень часто при работе микродрель приходится то отложить в сторону, то снова взять ее в руки, чтобы продолжить работу. Микродрель лежащая на столе во включенном состоянии создает довольно много шума из-за вибрации, к тому же она может слететь со стола, а зачастую и двигатели прилично нагреваются при работе на полную мощность. Опять же, из-за вибрации довольно трудно точно прицеливаться при засверливании отверстия и нередко бывает так, что сверло может соскользнуть с платы и проделать борозду на соседних дорожках.

Решение проблемы напрашивается следующее: нужно сделать так, чтобы микродрель имела маленькие обороты на холостом режиме, а при нагрузке частота вращения сверла увеличивалась. Таким образом, нужно реализовать следующий алгоритм работы: без нагрузки - патрон крутится медленно, свело попало в кернение - обороты возросли, прошло насквозь - обороты снова упали. Самое главное, что это очень удобно, во-вторых двигатель работает в облегченном режиме, с меньшим нагревом и износом щеток.

Ниже приведена схема такого автоматического регулятора оборотов, обнаруженная в интернете и немного доработанная для расширения функционала:

После сборки и тестирования выяснилось, что под каждый двигатель приходится подбирать новые номиналы элементов, что совершенно неудобно. Также добавили разрядный резистор (R4) для конденсатора, т.к. выяснилось, что после отключения питания, а особенно при отключённой нагрузке, он разряжается довольно долго. Изменённая схема пробрела следующий вид:

Автоматический регулятор оборотов работает следующим образом — на холостых оборотах сверло вращается со скоростью 15-20 оборотов/мин., как только сверло касается заготовки для сверления, обороты двигателя увеличиваются до максимальных. Когда отверстие просверлено и нагрузка на двигатель ослабевает, обороты вновь падают до 15-20 оборотов/мин.

Собранное устройство выглядит следующим образом:

На вход подается напряжение от 12 до 35 вольт, к выходу подключается микродрель, после чего резистором R3 выставляется требуемая частота вращения на холостом ходу и можно приступать к работе. Здесь следует отметить, что для разных двигателей регулировка будет отличаться, т.к. в нашей версии схемы был упразднен резистор, который требовалось подбирать для установки порога увеличения оборотов.

Транзистор Т1 желательно размещать на радиаторе, т.к. при использовании двигателя большой мощности он может довольно сильно нагреваться.

Ёмкость конденсатора C1 влияет на время задержки включения и отключения высоких оборотов и требует увеличения если двигатель работает рывками.

Самым важным в схеме является номинал резистора R1, от него зависит чувствительность схемы к нагрузке и общая стабильность работы, к тому же через него протекает почти весь ток, потребляемый двигателем, поэтому он должен быть достаточно мощным. В нашем случае мы сделали его составным, из двух одноваттных резисторов.

Печатная плата регулятора имеет размеры 40 х 30 мм и выглядит следующим образом:

Скачать рисунок платы в формате PDF для ЛУТ: «скачать» (При печати указывайте масштаб 100%).

Весь процесс изготовления и сборки регулятора для минидрели занимает около часа.

После травления платы и очистки дорожек от защитного покрытия (фоторезиста или тонера, в зависимости от выбранного метода изготовления платы) необходимо засверлить в плате отверстия под компоненты (обратите внимание на размеры выводов различных элементов).

Затем дорожки и контактные площадки покрываются флюсом, что очень удобно делать при помощи флюс-аппликатора, при этом достаточно флюса СКФ или раствора канифоли в спирте.

После лужения платы расставляем и припаиваем компоненты. Автоматический регулятор оборотов для микродрели готов к эксплуатации.

Данное устройство было проверено с несколькими видами двигателей, парой китайских различной мощности, и парой отечественных, серии ДПР и ДПМ - со всеми типами двигателей регулятор работает корректно после подстройки переменным резистором. Важным условием является чтобы он был в хорошем состоянии, т.к. плохой контакт щеток с коллектором двигателя может вызывать странное поведение схемы и работу двигателя рывками. На двигатель желательно установить искрогасящие конденсаторы и установить диод для защиты схемы от обратного тока при отключении питания.