Практически у всех моделей болгарок нижнего ценового диапазона отсутствуют такие полезные опции, как регулировка скорости вращения шпинделя и плавный пуск. При наличии желания и некоторых навыков регулятор оборотов для болгарки можно изготовить своими руками, хотя гораздо проще приобрести готовый электронный блок за несколько сотен рублей. Регулировка частоты вращения расширяет возможности УШМ и позволяет выполнять с помощью нее обработку мягких материалов на пониженных скоростях резания. Помимо регулятора числа оборотов для УШМ очень полезной функцией является плавный пуск, который сглаживает резкое нарастание тока в обмотках электродвигателя в момент подачи на него напряжения. Этим предотвращается скачкообразное увеличение крутящего момента и «проседание» питающей сети. Кроме того, плавный пуск снижает ударные нагрузки на двигатель и редуктор болгарки, что защищает их от преждевременного износа.
Любая болгарка конструктивно «заточена» на работу только с отрезным или зачистным кругом определенного диаметра. Всего существует шесть самых распространенных диаметров в интервале от 115 до 300 мм, которым соответствует шесть групп скоростей вращений шпинделя на холостом ходу. К примеру, болгарки с кругами Ø125 мм имеют частоту вращения порядка 11÷12 тыс. об/мин, а с кругами Ø150 мм - 9÷10 тыс. об/мин. Такие значения числа оборотов шпинделя обусловлены тем, что отрезные диски предназначены для высокопроизводительной обработки твердых материалов (металл, камень, керамика) на скоростях резания до 80 м/сек.
Однако при резке и в особенности шлифовке мягких и вязких материалов требуются совсем другие параметры резания и, соответственно, применение инструмента с регулятором скорости. Причем это касается не только древесины и пластмасс, но также сталей, сплавов титана и алюминия. Например, обработка пластиков и мягких сортов дерева происходит на скоростях резания от 8 до 12 м/сек, шлифовка сплавов титана и нержавейки - в пределах 15÷20 м/сек, и даже обычную сталь шлифуют не более чем при 30 м/сек. Поэтому скорость вращения шлифовальных насадок у болгарок должна быть меньше паспортной в несколько раз. При этом необходимо отметить, что в основной массе регуляторы оборотов УШМ по своей сути являются регуляторами мощности, подаваемой на электродвигатель болгарки. То есть снижение числа оборотов достигается уменьшением мощности источника на величину до 15 % от номинальной. Но для шлифовки и резки мягких материалов это не имеет большого значения, т. к. в этом случае изначально требуется небольшая мощность.
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.
Что такое плавный пуск
Плавный пуск болгарки - это нарастающая подача напряжения на ее двигатель, при которой он разгоняется без скачков пускового тока и с постепенным нарастанием крутящего момента. Такой режим защищает питающую сеть от избыточного отбора мощности и предотвращает ее «проседание». Это особенно актуально при питании болгарки от автономных источников напряжения. Кроме того, он защищает обмотки электродвигателя от сверхнормативных токов, которые могут привести к их пробою. При плавном пуске редуктор болгарки не испытывает ударных нагрузок, что защищает его от преждевременного износа.
Электронная схема, обеспечивающая плавный пуск болгарки, построена на том же принципе, что схема регулятора оборотов. Здесь также используется симистор, ограничивающий подачу мощности на электродвигатель. Но в отличие от регулятора скорости вращения управляющие импульсы на симистор формируются не ручным заданием сопротивления в RC-цепочке, а электронной схемой, формирующей последовательность импульсов с уменьшающейся длительностью задержки. Ниже на диаграмме показано, как сокращается время сдвига импульса и нарастает мощность, подаваемая на двигатель болгарки.
Поскольку плавный пуск и регулятор оборотов работают на одной схемотехнике, выпускаются электронные блоки, сочетающие в себе функции обоих этих устройств.
Способы подключения регулятора внутрь корпуса болгарки
Блок регулятора числа оборотов - это очень компактное устройство, которое без труда помещается внутри корпуса болгарки. В Интернете без труда можно найти схемы и руководства по изготовлению таких регуляторов. Но насколько целесообразно делать его самому - каждый решает сам, ведь в интернет-магазинах готовый блок можно приобрести всего за 300–500 руб. На фото ниже показан электронный регулятор скорости вращения на напряжение до 250 В и номинальный ток 12 А со стандартной для болгарок ступенчатой регулировкой на шесть позиций. Его цена без доставки составляет около 200–300 рублей в зависимости от продавца.
В хватовой части (задней ручке) болгарки для установки регулятора с такими габаритами места более чем достаточно. У маломощных УШМ свободное место находится обычно ближе к его концу, а у более мощных - между ручкой и двигателем или в самой ручке (см. фото ниже). Особых навыков для установки такого регулятора не требуется, т. к. его просто нужно включить в разрыв цепи питания электродвигателя болгарки.
В видеоролике ниже показана реанимация старой болгарки с оснащением ее регулятором скорости вращения. Интересно кнопочное управление числом оборотов с запоминанием значения после выключения напряжения питания.
Подключение плавного пуска
Электронный регулятор оборотов в основном нужен домашним мастерам для расширения возможностей болгарки в части шлифовки и обработки мягких материалов. Профессионалы, как правило, используют для отдельных видов работ специализированный инструмент и используют УШМ только по прямому назначению. С устройством плавного пуска ситуация иная. Для инструмента бытового назначения, имеющего небольшую мощность, эта опция полезна, но необязательна. А вот для профессиональных болгарок с приводами свыше 1000 Вт она жизненно необходима. Кроме приведенных выше улучшений эксплуатационных характеристик, плавный пуск крайне важен для безопасности работы оператора. Болгарка с кругом Ø230 и мощностью 2000 Вт весит 5÷6 кг, и, чтобы удержать ее во время пускового рывка, требуются определенные усилия и устойчивое положение.
Блок плавного пуска можно приобрести в торговых сетях и самостоятельно смонтировать внутри корпуса любой УШМ. В видеоролике ниже показана его установка на новую мощную болгарку, приобретенную автором для зачистных работ. Это видео также интересно тем, что его автор с помощью стрелочного прибора демонстрирует величину скачка тока при включении болгарки сначала без плавного пуска, а затем уже с этим устройством.
Самым совершенным устройством управления болгаркой является система поддержания оборотов под нагрузкой, которая также выполняет функции регулятора скорости вращения и обеспечивает плавный пуск. В Интернете можно найти схему изготовления такого устройства на микросхеме U2010B, но она достаточно сложна даже для тех, кто обладает начальными навыками радиолюбителя. А можно ли приобрести готовый блок поддержания оборотов и сколько он стоит? Если кто-нибудь может ответить на этот вопрос, пожалуйста, поделитесь информацией в комментариях.
На чтение 10 мин. Опубликовано 21.11.2018
Владельцы ручного электроинструмента, как любители так и профессионалы, часто сталкиваются с его поломками. Не всегда это происходит по вине пользователя. Есть особенности, из-за которых это происходит вне зависимости от внешних факторов. Это зависит от технического совершенства изделия, его цены и области применения. Значительной части неисправностей можно избежать даже при использовании недорогих электроинструментов, если выполнить их несложную доработку, например, сделать плавный пуск.
Особенности и срок службы
В ручных электроинструментах, таких как: болгарка(ушм), циркулярная пила, шуруповерт, дрель – используют коллекторные двигатели с последовательным возбуждением.
Они могут работать на постоянном и на переменном токе.
Для их запитки в большинстве случаев используется обычная электросеть 230 В 50 Гц. Раньше для профессионального инструмента использовалась сеть 380 В. Теперь, с ростом мощности потребителей в однофазных сетях (офисы и жилой сектор), появились и профессиональные электроинструменты на 220 В.
Коллекторные двигатели имеют большой крутящий и пусковой моменты, компактны, легко изготавливаются на повышенное напряжение. Крутящий момент здесь является решающим. При невысокой массе машины он как раз подходит для ручного электроинструмента. Но у таких электромоторов имеются недостатки и слабые места. Одно из таких слабых мест – щеточный узел.
Щетки из прессованного графита с наполнителями трутся о медные пластины коллектора и подвергаются механическому износу и электроэрозии. Это приводит к увеличению искрения и повышает пожарную и взрывоопасность электроинструмента. Попадание минеральной пыли внутрь ускоряет износ. Хотя вентиляторы, предусмотренные конструкцией, выдувают воздух наружу, пыль и цемент могут легко попадать внутрь. Во время простоя, если инструмент неудачно положили, пыль легко попадает внутрь. На практике это постоянное явление.
Щетки электродвигателя из прессованного графита Еще один недостаток электроинструмента – частые поломки редуктора. Это происходит как раз из-за большого пускового момента. Достоинство оборачивается недостатком. С поломкой редуктора приходится менять инструмент, ремонту они, обычно, не подлежат. К сожалению, промышленность, в стремлении снизить себестоимость продукции делает это за счет качества. Хочешь пользоваться хорошим электроинструментом – плати немалые деньги.
С последним недостатком как раз можно эффективно бороться плавным пуском. Многие производители делают это, но не всегда уделяют этому достаточно внимания. Хорошие регуляторы оборотов есть не у всех инструментов.
Плавный пуск – для чего это нужно
Для снижения непомерной нагрузки на механику электроинструмента при пуске, могут быть приняты меры со стороны электропитания. Вместо подачи на электродвигатель полного напряжения от источника (электросети), можно подавать пониженное напряжение, с помощью плавного пуска. Но где его взять? Речь идет о массовом применении. В отдельных случаях специалисты и умельцы могли решать эту задачу, но большинству рядовых потребителей это было недоступно.
Существует три способа ограничить пусковой момент электроинструмента и добиться плавного старта:
- Применение реостатов;
- Применение трансформаторов;
- Применение полупроводниковых ключей.
Первый способ применялся еще очень давно, но он не экономичен и неудобен.
Его можно применять и на постоянном, и на переменном токе.
Значительная часть мощности теряется на нагрев сопротивления реостата. Если задача ограничивается только плавным пуском, то это вполне терпимо. Если таким способом регулировать рабочую скорость электродвигателя, то это лишний нагрев окружающий среды и расход электроэнергии. В любом случае устройство оказывается громоздким.
Второй способ намного лучше и экономичнее. Подходит только для переменного тока. Он также может повысить электробезопасность при работе с электроинструментом. Недостаток в том, что классические трансформаторы теперь очень недешевы. Даже при самостоятельном изготовлении, так как в них уходит много дорогой меди. Устройство получается также достаточно большим и тяжелым.
Трансформатор Третий способ плавного пуска самый современный и дешевый. Он опирается на массовое применение полупроводников. В свое время, в исследования и наладку промышленного производства полупроводниковых приборов были вложены огромные средства. Но дешевизна материалов, из которых их производят, и массовость выпуска уже успели все окупить. Благодаря невысокой себестоимости такие приборы доступны всем.
Главная особенность полупроводниковых ключей – нет механических контактов и работают они с огромной скоростью (частотой переключения). Переключаемые ими токи могут достигать больших величин, при больших напряжениях в отключенном состоянии. При этом, такие приборы практически не греются и не потребляют лишней энергии, как реостаты и отлично подходят для современных электроинструментов.
Виды полупроводниковых ключей
Тиристоры и симисторы Сопротивление разомкнутого ключа достигает миллионов Ом, ток через него практически не протекает.
Сопротивление замкнутого ключа лежит в пределах единиц и десятых долей Ома.
Хотя при этом может протекать значительный ток, на ключе падает слишком малое напряжение, чтобы на нем выделялось, по закону Джоуля-Ленца, большое тепло. В обеих случаях он остается практически холодным.
Это относится к любому из типов силовых ключей, каковых существует три:
- Тиристоры и симисторы;
- Полевые транзисторы MOSFET;
- Транзисторы IGBT.
Исторически первыми появились тиристоры. С их помощью регулировали мощность в цепях переменного тока, управляя фазой отпирания прибора.
С помощью регулировки фазы управляющего напряжения (длительность t1) можно влиять на момент отпирания симистора в каждом полупериоде (t3) и таким образом, на долю энергии, попадающей в нагрузку и соответственно на электродвигатель.
С появлением мощных полевых транзисторов с изолированным МОП-затвором (металл-окисел-полупроводник, или на английском Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) током в цепи стали управлять, изменяя ширину открывающих импульсов. Этот метод очень эффективен в цепях с постоянным током, для чего его сначала выпрямляют, и применяется в сварочных инверторах, частотных преобразователях и т.д.
Для наиболее мощных электроинструментов применяют IGBT – биполярные транзисторы с изолированным затвором. Это комбинация полевого транзистора с биполярным.
Для регулирования электродвигателя в настоящее время применяют уже устоявшееся, давно применяемое решение на симисторах. Более продвинутые решения пока не очень распространены.
Как изготовить плавный пуск самостоятельно
Благодаря простоте схемы устройство плавного пуска электродвигателя на симисторе собрать несложно. Оно изготавливается из доступных деталей. Лучше всего делать его на печатной плате, так ничего не будет болтаться и замыкать. Симистор нужно закрепить на теплоотводящем радиаторе, изготовленном из алюминия. Лучше, если это будет заводской радиатор, рассчитанный на мощность 10-30 Вт. Тогда он подойдет для электроинструмента мощностью 1000-1200 Вт.
Расчет радиатора очень просто подсчитать по току. На симисторе падает около 1.5-2 вольт напряжения, когда он открыт. Ток получаем делением мощности на сетевое напряжение. Например, электроинструмент с номинальной мощностью 1200 Вт: 1200/220 = 5.45 ампер. Умножим на 2, получаем 11 Вт.
Обычно в продажном электроинструменте схема ограничения мощности упрятана где-то в рукоятке или корпусе болгарки или дрели. Там нет возможности разместить нормальный радиатор. При частом пуске она перегревается и свои функции не выполняет. Только хороший профессиональный электроинструмент имеет нормальное устройство для ограничения пускового момента и регулировки оборотов.
ПРИМЕЧАНИЕ : Модуль плавного пуска для электроинструмента лучше всего изготавливать в коробке с розеткой. Не стоит брать слишком маленькие розеточные коробки. Там сложно разместить нормальный радиатор для симистора. Без радиатора от устройства не будет практической пользы! При сборке радиатора с прибором необходимо обеспечить чистоту сопрягаемых поверхностей и тонкий слой теплопроводящей пасты (КТП-8 или импортный аналог).
Радиатор нужно закрепить на той же плате, на которой собраны остальные детали. Плата помещается в коробку подходящих размеров и достаточно прочную. Такие коробки можно купить в электротоварах или изготовить из листового пластика. Может подойти чистая пустая банка из-под клея, краски с завинчивающейся или плотно закрывающейся крышкой. Она должна быть прочной и небьющейся.
Розетка, вмонтированная в устройство, должна быть рассчитана на номинальный ток используемого электродвигателя. Аналогичная история и с сетевым шнуром.
ВАЖНО! Если электроинструмент снабжен регулятором оборотов, его ручка должна быть надежно изолирована. Устройство находится под напряжением сети и может оказаться источником поражения током в случае плохой изоляции.
Печатную плату после монтажа полезно покрыть нитролаком для защиты от влаги. Принципиальная схема и разбор ее работы в следующем разделе.
Плавный пуск на микросхеме КР1182ПМ1
Это микросхема для электроинструментов российского производства, которая выпускается ЗАО “НТЦ СИТ” (г. Брянск). Ее можно приобрести в розницу во многих интернет-магазинах. Также новое название К1182МП1Р.
Микросхема может использоваться без внешнего симистора при работе электродвигателя на нагрузку до 150 Вт. Это слишком мало для электроинструмента, но можно задействовать более мощный симистор, что увеличит мощность регулирования до 1-1.5 кВт. Схема с ее использованием показана ниже:
Внутри чипа находится усилитель управляющего сигнала. Этот сигнал формируется на выводах 3 и 6 микросхемы. Фаза отпирания симистора пропорциональна напряжению между выводами 3 и 6, которое может изменяться в пределах от 0 до 6 В. При нуле нагрузка отключена. При включении конденсатор фактически накоротко замыкает управляющую цепь. Но он довольно быстро заряжается и это формирует плавность разгона.
Резистор R1 позволяет быстрее разряжаться конденсатору C1 для уменьшения пауз между включениями. При полном напряжении нагрузка работает с мощностью, близкой к номинальной. Это напряжение создается самой микросхемой, а внешняя цепь только “закорачивает” его с целью повлиять на фазу отключения симистора в каждом полупериоде сетевого напряжения.
Выключатель S1 может быть применен вместо выключателя, работающего в разрыве сетевой цепи. Только он работает наоборот, при размыкании электродвигатель запускается, а при замыкании отключается. Ток в цепи этого выключателя очень мал и можно использовать любой микровыключатель. Тем не менее, должен быть способ быстро отключить электроинструмент в любом случае! То есть, без аварийного сетевого выключателя не обойтись.
Использование переменного резистора на месте R1 позволит более-менее плавно регулировать обороты электродвигателя. Такая функция, дополнительно к плавному пуску, может быть очень полезной при работе с различными материалами, требующими своей скорости обработки.
Обычно время плавного пуска инструмента можно ограничить в пределах 0.3 – 0.5 сек. Это обеспечивает значительное повышение срока службы устройства. Если электроинструмент мощный и оборотистый, его может неожиданно вырвать из рук работника со всеми неприятными последствиями. В таких случаях нужен еще более плавный пуск. Выбрать подходящую задержку для разгона можно с помощью графика, показанного ниже:
Эти данные были получены в программе ngspice на основе характеристик, взятых из документации производителя. Кроме того, они были проверены на практике, с угловой шлифовальной машиной 1500 Вт и показали хорошее совпадение.
Симистор VS1 можно брать типа BT139-600 (Philips), ТС106-10-6 (Россия, СЗТП), BTB10-600BWRG (ST Microelectronics) или другой аналогичный. Конденсаторы типа К50-35 на рабочее напряжение 50 В, емкостью 1 мФ (C2,3) и 5-100 мФ для C1. Резистор R2 типа МЛТ-0.5. Также в схеме желательно использовать предохранитель с номинальным током, который на 15-20% превышает номинальный ток предполагаемой нагрузки.
Пример установки плавного пуска электродвигателя на болгарку:
Встроенный, на основе KRRQD-12A (KRRQD-20A)
Автор данного видео приводит интересный пример как можно сделать встроенный плавный пуск электродвигателя с помощью универсального приспособления-удлинителя KRRQD-12A (KRRQD-20A), практически для любого электроинструмента, до 12А (20А) на нагрузке. С максимальной подключаемой мощностью инструмента до 2500 Вт(4400 Вт).
Другие способы
Среди прочих способов плавного пуска для электроинструмента можно отметить использование трансформаторов. Например, будет довольно универсальным ЛАТР на 1-1.5 кВт. Хоть это и довольно тяжелый прибор, он может выручать, если находится под рукой, тогда не придется собирать другое устройство.
Иногда в качестве “холодного” сопротивления в цепи переменного тока используют параллельные наборы конденсаторов, используя их реактивное сопротивление на частоте 50 Гц:
Учитывая большое рабочее напряжение конденсаторов и их емкость, получится слишком большая батарея. Такое решение иногда применялось раньше, но теперь слишком устарело.
Для ограничения мощности в нагрузке электродвигателя может быть использован мощный диод, с обратным напряжением не меньше 250 В. Он “срезает” один полупериод сетевого напряжения, но это создает помехи и неравномерность крутящего момента. Оба последних способа: с конденсаторами и диодом требуют переключателей, шунтирующих цепь. В случае конденсаторов потребуются еще и гасящие резисторы, ограничивающие ток короткого замыкания емкостей.
В общем, из всех способов плавного пуска электроинструмента, самым недорогим, надежным и удобным нужно признать фазовую регулировку с помощью микросхемы К1182МП1Р.
Кому хочется напрягаться, тратить свои деньги и время на переоборудование устройств и механизмов, которые и так прекрасно работают? Как показывает практика – многим. Хоть и не каждый в жизни сталкивается с промышленным оборудованием, оснащённым мощными электродвигателями, но, постоянно встречается пусть с не столь прожорливыми и мощными, электромоторами в быту. Ну а лифтом, наверняка, пользовался каждый.
Электродвигатели и нагрузки - проблема?
Наверное, самая значительная нагрузка, приходящаяся на двигатель в момент пуска, это многократное, хоть и кратковременное, превышение номинального рабочего тока агрегата. Уже через несколько секунд работы, когда электромотор выйдет на свои штатные обороты, ток, потребляемый им, тоже вернётся к нормальному уровню. Для обеспечения необходимого электроснабжения приходиться наращивать мощность электрооборудования и токопроводящих магистралей , что приводит к их подорожанию.
При запуске мощного электродвигателя, из-за его большого потребления, происходит «просадка» напряжения питания, которая может привести к сбоям или выходу из строя оборудования, запитанного с ним от одной линии. Ко всему прочему, снижается срок службы аппаратуры электроснабжения.
При возникновении нештатных ситуаций, повлёкших перегорание двигателя или его сильный перегрев, свойства трансформаторной стали могут измениться настолько, что после ремонта двигатель потеряет до тридцати процентов мощности. При таких обстоятельствах, к дальнейшей эксплуатации он уже непригоден и требует замены, что тоже недешево.
Для чего нужен плавный пуск?
Казалось бы, все правильно, да и оборудование на это рассчитано. Вот только всегда есть «но». В нашем случае их несколько:
- в момент запуска электродвигателя, ток питания может превышать номинальный в четыре с половиной-пять раз, что приводит к значительному нагреву обмоток, а это не очень хорошо;
- старт двигателя прямым включением приводит к рывкам, которые в первую очередь влияют на плотность тех же обмоток, увеличивая трение проводников во время работы, ускоряет разрушение их изоляции и, со временем, может привести к межвитковому замыканию;
- вышеупомянутые рывки и вибрация передаются на весь приводимый в движение агрегат. Это уже совсем нездорово, потому что может привести к повреждению его движущихся элементов : систем зубчатых передач, приводных ремней, конвейерных лент или просто представьте себя едущим в дёргающемся лифте. В случае насосов и вентиляторов - это риск деформации и разрушения турбин и лопастей;
- не стоит также забывать об изделиях, возможно находящихся на производственной линии. Они могут упасть, рассыпаться или разбиться из-за такого рывка;
- ну, и наверно, последний из моментов, заслуживающих внимание - стоимость эксплуатации такого оборудования. Речь идёт не только о дорогостоящих ремонтах, связанных с частыми критическими нагрузками, но и об ощутимом количестве не эффективно израсходованной электроэнергии.
Казалось бы, все вышеперечисленные сложности эксплуатации присущи лишь мощному и громоздкому промышленному оборудованию, однако, это не так. Все это может стать головной болью любого среднестатистического обывателя. В первую очередь это касается электроинструмента.
Специфика применения таких агрегатов, как электролобзики, дрели, болгарки и им подобных, предполагают многократные циклы запуска и остановки, в течение относительно небольшого промежутка времени. Такой режим эксплуатации, в той же мере, влияет на их долговечность и энергопотребление, как и у их промышленных собратьев. При всем этом не стоит забывать, что системы плавного запуска не могут регулировать рабочие обороты мотора или реверсировать их направление. Также невозможно увеличить пусковой момент или снизить ток ниже, чем требуется для начала вращения ротора электродвигателя.
Видео: Плавный пуск, регулировка и защита колектор. двигателя
Варианты систем плавного пуска электродвигателей
Система «звезда-треугольник»
Одна из наиболее широко применяемых систем запуска промышленных асинхронных двигателей. Основным её преимуществом является простота. Двигатель запускается при коммутации обмоток системы «звезда», после чего, при наборе штатных оборотов, автоматически переключается на коммутацию «треугольник». Такой вариант старта позволяет добиться тока почти на треть ниже
, чем при прямом запуске электромотора.
Однако, этот способ не подойдёт для механизмов с небольшой инерцией вращения. К таким, к примеру, относятся вентиляторы и небольшие насосы, из-за малых размеров и массы их турбин. В момент перехода с конфигурации «звезда» на «треугольник», они резко снизят обороты или вовсе остановятся. В результате после переключения, электродвигатель по сути, запускается заново. То есть в конечном счёте вы не добьётесь не только экономии ресурса двигателя, но и, вероятнее всего, получите перерасход электроэнергии.
Видео: Подключение трёхфазного асинхронного электродвигателя звездой или треугольником
Электронная система плавного пуска электродвигателя
Плавный пуск двигателя может быть произведён с помощью симисторов, включённых в цепи управления. Существует три схемы такого включения: однофазные, двухфазные и трехфазные. Каждая из них отличается своими функциональными возможностями и конечной стоимостью соответственно.
С помощью таких схем, обычно, удаётся снизить пусковой ток до двух–трёх номинальных. Кроме этого, удаётся снизить существенный нагрев, присущий вышеупомянутой системе «звезда-треугольник», что способствует увеличению срока службы электродвигателей. Благодаря тому, что управление запуска двигателя происходит за счёт снижения напряжения, разгон ротора осуществляется плавно, а не скачкообразно, как у других схем.
В целом, на системы плавного пуска двигателя возлагаются несколько ключевых задач:
- основная – понижение пускового тока до трёх–четырёх номинальных;
- снижение напряжения питания двигателя, при наличии соответствующих мощностей и проводки;
- улучшение параметров пуска и торможения;
- аварийная защита сети от перегрузок по току.
Однофазная схема пуска
Данная схема предназначена для запуска электродвигателей мощностью не более одиннадцати киловатт. Применяют такой вариант в том случае, если требуется смягчить удар при запуске, а торможение, плавный пуск и понижение пускового тока не имеют значения. В первую очередь из-за невозможности организации последних, в такой схеме. Но по причине удешевления производства полупроводников, в том числе и симисторов, они сняты с производства и редко встречаются;
Двухфазная схема пуска
Такая схема предназначена для регулирования и пуска двигателей мощностью до двухсот пятидесяти ватт. Такие системы плавного пуска иногда комплектуют обходным контактором для удешевления прибора, однако, это не решает проблемы несимметричности питания фаз, что может привести к перегреву;
Трехфазная схема пуска
Эта схема является наиболее надёжной и универсальной системой плавного пуска электродвигателей. Максимальная мощность, управляемых таким устройством двигателей, ограничена исключительно максимальной температурной и электрической выносливостью применённых симисторов. Его универсальность позволяет реализовать массу функций , таких как: динамический тормоз, подхват обратного хода или балансировку ограничения магнитного поля и тока.
Важным элементом последней, из упомянутых схем, является обходной контактор, о котором говорилось раньше. Он позволяет обеспечить правильный тепловой режим системы плавного пуска электродвигателя
, после выхода двигателя на штатные рабочие обороты, предотвращая его перегрев.
Существующие на сегодняшний день устройства плавного пуска электродвигателей, помимо приведённых выше свойств, рассчитаны на их совместную работу с различными контроллерами и системами автоматизации. Имеют возможность включения по команде оператора или глобальной системы управления. При таких обстоятельствах, в момент включения нагрузок, возможно появление помех, могущих привести к сбоям в работе автоматики, а следовательно, стоит озаботиться системами защиты. Использование схем плавного пуска, способно значительно уменьшить их влияние.
Плавный пуск своими руками
Большинство перечисленных выше систем фактически неприменимы в бытовых условиях. В первую очередь по той причине, что дома мы крайне редко используем трехфазные асинхронные двигатели. Зато коллекторных однофазных моторов - хоть отбавляй.
Существует немало схем устройства плавного запуска двигателей. Выбор конкретной зависит исключительно от вас, но в принципе, имея определённые знания радиотехники, умелые руки и желание, вполне можно собрать приличный самодельный пускатель , который продлит жизнь вашего электроинструмента и бытовой техники на долгие годы.
Болгарка, или шлифовальная машина, – зачастую в хозяйстве просто необходима для выполнения работ по металлу. Кроме того, с её помощью можно выполнять чистку и деревянных, и каменных материалов. Сложно представить выполнение промышленных работ без болгарки. Это такой инструмент, который подойдёт как профессионалу в его деятельности, так и любителю в домашних работах по хозяйству.
При выполнении работ своими руками важно, чтобы в электроинструменте был плавный пуск. Это особенно актуально, если часто приходится работать, а сеть не выдерживает напряжения инструмента.
Бюджетный варианты угловых шлифовальных машин – УШМ – имеют ряд недостатков :
- У электроинструмента отсутствует возможность плавного, мягкого пуска. Это может привести к перебоям электроэнергии, так как болгарка в первые секунды после включения потребляет большое количество электричества. Также есть огромная вероятность порчи электродвигателя и поломки инструмента после того, как осуществлен не мягкий, пуск, а резкий, рывками.
- У электроинструмента, особенно простого китайского, нет в наличии регулятора оборотов (регулировкой оборотов можно обеспечить долгую работу инструмента без нагрузки на него).
Поэтому при выборе инструмента очень важно обращать внимание на такие параметры, как регулировка оборотов и наличие плавного пуска. Кроме того, при выборе УШМ следует обращать внимание на мощность. Здесь основным показателем служит объём выполняемых работ.
Если работа не масштабная и не частая на бытовом уровне, то подойдёт электроинструмент с регулировкой в 125 мм и мощностью между 600-900 Вт.
Для объёмной работы в промышленных масштабах следует использовать УШМ мощнее примерно в два раза. Ещё к основным показателям кроме технических характеристик, относится безопасность. Болгарка должна быть безопасной. Что это значит? Во-первых, как уже было сказано, наличие плавного пуска, предотвращающего скачки напряжения во время включения. Автоматические предохранители, необходимые для экстренной остановки мотора во время сбоя системы. Предохранители служат регулятором, когда круг клинит. Обеспечивается защита от пыли. Она необходима при частом использовании болгарки, чтобы пыль не скапливалась в инструменте.
Важна функция теплоотвода. Теплоотвод защищает от перегрева. Во время работы, особенно если работы продолжительные, корпус машины подвержен сильному нагреванию, чтобы не было перегрева и необходим отвод тепла. При перегрузке УШМ останавливается – это происходит во время нагревания, приближающемуся к 200 о С. Ну и балансировка диска служит для снижения неприятной вибрации и биения инструмента при работе, особенно этому воздействию подвержены старые изношенные диски. Обращать внимание и уделять внимание безопасности при выборе инструмента и при дальнейшей работе с ним очень важно.
При выборе инструмента стоит отметить, что существуют болгарки с одной и с двумя ручками. Здесь следует полагаться исключительно на удобство. Двуручные модели скорее всего будут более удобными при держании, однако такие инструменты тяжелее по весу, одноручные модели также придётся держать двумя руками, но такие УШМ меньше по размеру и весу.
Лидерам на рынке электроинструментов является фирма Bosch. Инструменты данной фирмы обладают всеми необходимыми характеристиками от удобства до безопасности. Также плюсами инструментов фирмы Bosсh является то, что есть хорошая вентиляция.
Bt136 600E: схема включения регулировки напряжения
Дешёвые болгарки, не обладающие достаточной мощностью, производители не обременяют схемами включения регулировки напряжения, иначе такие болгарки уже были бы не из дешевых. При пуске болгарки, если он плавный, процесс осуществляется через переходник, соединенный контактами с блоком выпрямителя. Блок выпрямителя преобразовывает ток.
Но иногда болгарку имеет смысл модернизировать с помощью установленной схемы. Электросхема собирается достаточно просто. Сделать ее не сложно, и в готовую схему можно при желании подключать не только болгарку, но любой другой инструмент. Однако в инструменте должен быть коллекторный двигатель, а не асинхронный.
Самодельный подход к созданию схемы будет заключаться в следующем :
- Для начала работы следует скачать плату, если её нет;
- В качестве силового звена используется симистор Bt136 600E;
- При работе симистор будет нагреваться, чтобы этого избежать, устанавливается теплоотвод;
- Используемые резисторы дают сопротивление току, обеспечивая токогашение;
- Настройка регулятора происходит за счет многооборотного подстроечного резистора;
- Для проверки следует подключить лампочку;
- После подключения лампочку необходимо отключить – симистор должен быть холодным;
- Подключение полученной схемы к болгарке.
Если правильно подключена плата, симистор и резисторы УШМ должны запускаться плавно, а также использование частоты вращения должно регулироваться. После этого можно апробировать болгарку в деле. Подобные знания могут понадобиться при ремонте неисправностей электродвигателя. Например, когда повышается напряжение или имеет место неправильная балансировка.
Регулятор оборотов для болгарки своими руками
При использовании смекалки для создания регулятора оборотов своими руками, можно использовать выпаянные платы регулятора швейной машины или пылесоса. Кроме того, составляющие для регулятора недорогие по цене, при возможности их можно легко купить. Стоит отметить, что в устройстве редуктор необходим для поддержки определенного количества оборотов и скорости. Если скорости повышенные, то причина скорее всего в статоре. Статор требует ремонта. Починка статора возможна в домашних условиях.
Работа коллекторного двигателя обеспечивается любым видом электрического напряжения. При изменении мощности напряжения нужно уменьшить или увеличить количество оборотов. Изменить это число помогает как раз таки тиристорный регулятор оборотов.
Этапы сборки регулятора :
- Для начала необходимо открутить ручку болгарки, оценить место и придумать, куда расположить элементы схемы (если места нет, то можно сделать устройство в отдельной коробке);
- Резистор можно сделать из алюминия;
- При условии несильного нагревания симистора радиатор достаточен небольшого размера;
- Далее происходит припаивание конструкции.
В заключение идет проклейка эпоксидной смолой для закрепления. Самодельное устройство может работать годами. Бывают случаи, что устройство после включения разгоняется на повышенных скоростях – это значит, обмотка статора замкнулась. В данном случае произошло витковое замыкание. Статор требует ремонта, чаще всего требуется его перемотка.
Какие бывают характерные неисправности: разрывается или сгорает обмотка, возникает короткое замыкание, пробивается изолирующая поверхность.
Делаем регулятор частоты вращения
Электрическая болгарка невозможна без регулятора частоты вращения, чтобы существовала возможность понизить число оборотов.
Схема регулятора с точки зрения физики выглядит так :
- Резистор – R1;
- Подстроечный резистор – VR1;
- Конденсатор – C10;
- Симистор – DIAC;
- Симистор – TRIAC.
Электронный регулятор бывает не только встроенным, но и выносным для удобства. В болгарках фирмы Bosch электроника устанавливает число оборотов от почти 3 тысяч до 11,5 тысяч. Нет нагрузки на мощности счетчика, учитываются все показатели. Снизить количество оборотов и повысить их не затруднит инструмент. Регулируемые частоты вращения просто необходимы при любой работе болгаркой.
Делаем плавный пуск для электроинструмента своими руками (видео)
Только на первый взгляд, кажется, что болгарка может никогда не понадобиться в жизни, что ситуаций, когда она пригодится и уж тем более когда её придётся чинить, не возникнет. Конечно, можно обратиться к профессионалам, а можно самим определить неисправность и постараться её устранить.
Недостатком небольших дешевых болгарок является отсутствие плавного пуска и регулировки оборотов. Каждый, кто включал мощный электроприбор в сеть, замечал как в этот момент падает яркость сетевого освещения. Это происходит из-за того, что мощные электроприборы в момент запуска потребляют огромный ток, соответственно, проседает напряжение в сети. Сам инструмент может выйти из строя, особенно китайский с ненадежными обмотками.
Система мягкого пуска защитит и сеть, и инструмент. Также не будет сильной отдачи (толчка) в момент включения. А регулятор оборотов позволит долго работать без перегрузки инструмента.
Представленная схема срисована с промышленного образца, устанавливаемая на дорогие приборы. Ее можно использовать не только для болгарки, но и для дрели, фрезерного станка и др., где стоит коллекторный двигатель. Для асинхронных двигателей схема не подойдет, там требуется частотный преобразователь.
Сначала нарисовал печатную плату для системы плавного пуска, без компонентов для регулировки оборотов. Это сделано специально, т.к. в любом случае регулятор надо выводить проводами. Имея схему каждый сам разберется что куда подключить.
В схеме регулирующим элементом является сдвоенный операционный усилитель LM358, через транзистор VD1 управляющий силовым симистором BTA20-600. Я не достал его в магазине и поставил BTA28 (более мощный). Для инструмента до 1кВт подойдет любой симистор с напряжением более 600В и током 10-12А. Т.к. схема имеет мягкий старт, то пусковые токи не спалят такой симистор. В ходе работы симистор нагревается и его следует установить на радиатор.
Известно явление самоиндукции, которое наблюдается при размыкании цепи с индуктивной нагрузкой. В нашей схеме цепь R1-C1 гасит самоиндукцию при выключении болгарки и защищает симистор от пробоя. R1 от 47 до 68 Ом, мощностью 1-2Вт. Конденсатор пленочный на 400В.
Резистор R2 обеспечивает ограничение тока для низковольтной части цепи управления. Сама эта часть является и нагрузкой, и в какой-то мере, стабилизирующим звеном. Благодаря этому после резистора можно не стабилизировать питание. Хотя есть вариант такой же схемы с дополнительным стабилитроном. Я его не поставил, т.к. напряжение питания микросхемы, итак, в пределах нормы.
Возможные замены маломощных транзисторов указаны под схемой.
Подстройку регулятора делают с помощью многооборотного резистора R14, а основную регулировку резистором R5. Схема не дает регулировку мощности от 0, а только от 30 до 100%. Если же нужен более простой мощный регулятор от 0, то можно собрать вариант проверенный годами. Правда для болгарки получение минимальной мощности бессмысленно.
Проверяем работоспособность схемы подключив лампочку на 220В мощностью 40-60Вт. Если яркость регулируется, то отключив от сети проверяем на ощупь симистор на тепловыделение. Он должен оставаться холодным. Далее подключаем плату к болгарке и проверяем плавность пуска и регулировку оборотов без нагрузки. Если все в порядке переходим к тестированию под нагрузкой.
Так дешевая болгарка превратилась в инструмент среднего уровня.
Компоненты для сборки
- LM358 можно купить
- S9014 можно купить