Плавный пуск электроинструмента своими руками схема. Плавный пуск для болгарки своими руками: схема

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.

Именно из-за таких скачкообразных повышений оборотов двигателя чаще всего выходит из строя механика аппарата.

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.

Схема самодельного регулятора

Одна из самых популярных схем для плавного пуска двигателя болгарки с возможностью регулировки оборотов представлена ниже.

Основой данного регулятора являются микросхема КР118ПМ1, а также симисторы, являющиеся силовой частью устройства. Используя эту схему, можно изготовить регулятор мощности своими руками, даже не имея специальных знаний в радиоэлектронике. Главное, чтобы вы умели пользоваться паяльником.

Данный блок работает следующим образом.

1. После нажатия на кнопку запуска агрегата электрический ток начинает поступать, в первую очередь, на микросхему (DA1).
2. Управляющий конденсатор начинает плавно заряжаться и через некоторое время набирает нужную величину напряжения. Благодаря этому, открывание тиристоров в микросхеме происходит с некоторой задержкой . Она зависит от времени, которое требуется для полного заряда конденсатора.
3. Поскольку симистор VS1 находится под управлением теристоров микросхемы, то он открывается так же плавно.

Вышеописанные процессы происходят периодами, которые сокращаются с каждым разом. Поэтому напряжение, подаваемое на обмотки двигателя, нарастает не скачкообразно, а медленно, в результате чего происходит плавный старт болгарки.

От емкости конденсатора C2 зависит время набора электромотором полных оборотов. Емкость конденсатора в 47 мкФ позволяет запустить двигатель за 2 секунды. Когда происходит выключение УШМ, разряд конденсатора C1 осуществляется с помощью резистора R1 на 60 кОМ за 3 секунды, после чего данный электронный модуль снова готов к пуску.

Если резистор R1 заменить на переменный, то вы получите регулятор скорости, который позволит уменьшать обороты двигателя.

Важно, чтобы симистор VS1 имел следующие характеристики:

• минимальная сила тока, на которую он рассчитан, должна быть 25 А;
• симистор должен быть рассчитан на максимальное напряжение 400 В.

Данная схема и регуляторы, сделанные по ней, были неоднократно испытаны многими мастерами на болгарках мощностью до 2000 Ватт . Стоит отметить, что данное устройство, благодаря микросхеме КР118ПМ1, рассчитано на мощность до 5000 Вт. Так что у него есть немалый запас прочности.

В идеале, чтобы спаять регулятор оборотов для болгарки, потребуется нарисовать печатную плату, вытравить контакты кислотой и затем пролудить их, просверлить отверстия и припаять радиодетали. Но все можно сделать проще:

• спаяйте все детали схемы на весу, то есть ножка к ножке;
• к симистору прикрепите радиатор (можно сделать из листового алюминия).

Спаянный таким образом регулятор будет занимать меньше места, и его можно легко разместить в корпусе болгарки.

Как подключить к болгарке регулятор

Для подключения самодельного регулятора мощности не требуется особых знаний, и любой домашний мастер справится с этой задачей. Устанавливается модуль в разрыв одного провода , через который идет питание на болгарку. То есть один провод остается целым, а в разрыв второго впаивается регулятор.

Таким же образом можно подключить и заводской регулятор мощности стоимостью около 150 руб., который часто приобретается мастерами в Китае.

Если места в болгарке очень мало, то регулятор можно разместить снаружи инструмента , как показано на следующем фото.

Также регулятор можно поместить в розетку и использовать ее, чтобы уменьшить обороты не только у болгарки, но и у других электроприборов (дрели, точила, фрезерного или токарного станка по дереву и т.д.). Делается это следующим образом.

Подсоединяется регулятор так, как было описано выше – на разрыве одного из проводов питающего кабеля.

На следующих фото показано, как будет выглядеть готовая розетка, имеющая встроенный регулятор оборотов болгарки, которую можно использовать и для других электроприборов.

Вместо распределительной коробки можно использовать любой пластиковый корпус подходящего размера. Также короб можно изготовить самостоятельно, склеив куски пластика клеевым пистолетом.

Александр Ситников (Кировская обл.)

Рассматриваемая в статье схема позволяет осуществить безударный пуск и торможение электродвигателя, увеличить срок службы оборудования и снизить нагрузку на электросеть. достигается путём регулирования напряжения на обмотках двигателя силовыми тиристорами.

Устройства плавного пуска (УПП) широко применяются в различных электроприводах. Структурная схема разработанного УПП приведена на рисунке 1, а диаграмма работы УПП - на рисунке 2. Основой УПП являются три пары встречно-параллельных тиристоров VS1 - VS6, включенных в разрыв каждой из фаз. Плавный пуск осуществляется за счёт постепенного

увеличения прикладываемого к обмоткам электродвигателя сетевого напряжения от некоторого начального значения Uначдо номинального Uном. Это достигается путём постепенного увеличения угла проводимости тиристоров VS1 - VS6 от минимального значения до максимального в течение времени Тпуск, называемого временем пуска.

Обычно значение Uначсоставляет 30…60% от Uном, поэтому пусковой момент электродвигателя существенно меньше, чем в случае подключения электродвигателя на полное напряжение сети. При этом происходит постепенное натяжение приводных ремней и плавное зацепление зубчатых колес редуктора. Это благоприятно сказывается на снижении динамических нагрузок электропривода и, как следствие, способствует продлению срока службы механизмов и увеличению интервала между ремонтами.

Применение УПП также позволяет снизить нагрузку на электросеть, поскольку в этом случае пусковой ток электродвигателя составляет 2 - 4 номинала тока двигателя, а не 5 - 7 номиналов, как при непосредственном пуске. Это важно при питании электроустановок от источников энергии ограниченной мощности, например, дизель-генераторных установок, источников бесперебойного питания и трансформаторных подстанций малой мощности

(особенно в сельской местности). После завершения пуска тиристоры шунтируются байпасом (обходным контактором) К, благодаря чему в течение времени Траб на тиристорах не рассеивается мощность, а значит, экономится электроэнергия.

При торможении двигателя процессы происходят в обратном порядке: после отключения контактора К угол проводимости тиристоров максимален, напряжение на обмотках электродвигателя равно сетевому за вычетом падения напряжения на тиристорах. Затем угол проводимости тиристоров в течение времени Тторм уменьшается до минимального значения, которому соответствует напряжение отсечки Uотс, после чего угол проводимости тиристоров становится равным нулю и напряжение на обмотки не подается. На рисунке 3 приведены диаграммы тока одной из фаз двигателя при постепенном увеличении угла проводимости тиристоров.

На рисунке 4 приведены фрагменты принципиальной электрической схемы УПП. Полностью схема приведена на сайте журнала. Для её работы требуется напряжение трех фаз А, В, С стандартной сети 380 В частотой 50 Гц. Обмотки электродвигателя при этом могут быть соединены как « звездой», так и „треугольником“.

В качестве силовых тиристоров VS1 - VS6 применены недорогие приборы типа 40TPS12 в корпусе ТО-247 с прямым током Iпр= 35 А. Допустимый ток через фазу составляет Iдоп= 2Iпр= 70 А. Будем считать, что максимальный пусковой ток составляет 4Iном, откуда следует, что Iном < Iдоп/4 = 17,5 А. Просматривая стандартный ряд мощностей электродвигателей, находим, что к УПП допустимо подключать двигатель мощностью 7,5 кВт с номинальным током фазы Iн= 15 А. В случае, если пусковой ток превысит Iдоп (по причине подключения двигателя большей мощности или слишком малого времени пуска), процесс пуска будет остановлен, поскольку сработает автоматический выключатель QF1 со специально подобранной характеристикой.

Параллельно тиристорам подключены демпфирующие RC-цепочки R48, C20, C21, R50, C22, C23, R52, C24, C25, предотвращающие ложное включение тиристоров, а также варисторы R49, R51 и R53, поглощающие импульсы перенапряжения свыше 700 В. Обходные реле К1, К2, К3 типа TR91-12VDC-SC-C с номинальным током 40 А шунтируют силовые тиристоры после завершения пуска.

Питание системы управления осуществляется от трансформаторного блока питания, запитанного от межфазного напряжения Uав. В блок питания входят понижающие трансформаторы TV1, TV2, диодный мост VD1, токоограничивающий резистор R1, сглаживающие конденсаторы С1, С3, С5, помехоподавляющие конденсаторы С2, С4, С6 и линейные стабилизаторы DA1 и DA2, обеспечивающие напряжение 12 и 5 В соответственно.

Система управления построена с применением микроконтроллера DD1 типа PIC16F873. Микроконтроллер выдаёт импульсы управления тиристорами VS1 - VS6 путём « зажигания» оптосимисторов ОРТ5-ОРТ10 (MOC3052 ). Для ограничения тока в цепях управления тиристоров VS1 - VS6 служат резисторы R36 - R47. Импульсы управления подаются одновременно на два тиристора с задержкой относительно начала полуволны межфазного напряжения. Цепи синхронизации с сетевым напряжением состоят из трёх однотипных узлов, состоящих из зарядных резисторов R13, R14, R18, R19, R23, R24, диодов VD3 - VD8, транзисторов VT1 - VT3, накопительных конденсаторов С17 - С19 и оптопар OPT2 - OPT4. C выхода 4 оптопар OPT2, OPT3, OPT4 на входы микроконтроллера RC2, RC1, RC0 поступают импульсы длительностью примерно 100 мкс, соответствующие началу отрицательной полуволны фазных напряжений Uab, Ubc, Uca.

Диаграммы работы узла синхронизации приведены на рисунке 5. Если принять верхний график за сетевое напряжение Uав, то среднийграфик будет соответствовать напряжению на конденсаторе С17, а нижний - току через фотодиод оптопары ОРТ2. Микроконтроллер регистрирует поступающие на его входы синхроимпульсы, определяет наличие, порядок чередования, отсутствие « слипания» фаз, а также производит расчёт времени задержки импульсов управления тиристорами. Входы цепей синхронизации защищены от перенапряжения варисторами R17, R22 и R27.

С помощью потенциометров R2, R3, R4 задаются параметры, соответствующие диаграмме работы УПП, приведённой на рисунке 2; соответственно R2 - Tпуск, R3 - Тторм, R4 - Uначи Uотс. Напряжения уставок с движков R2, R3, R4 поступают на входы RA2, RA1, RA0 микросхемы DD1 и преобразуются с помощью АЦП. Время пуска и торможения регулируется в пределах от 3 до 15 с, а начальное напряжение - от нуля до напряжения, соответствующего углу проводимости тиристора в 60 электрических градусов. Конденсаторы С8 - С10 - помехоподавляющие.

Команда « ПУСК» подаётся путём замыкания контактов 1 и 2 разъёма XS2, при этом на выходе 4 оптопары OPT1 появляется лог. 1; конденсаторы С14 и С15 производят подавление колебаний, возникающих вследствие „дребезга“ контактов. Разомкнутому положению контактов 1 и 2 разъёма XS2 соответствует команда „СТОП“. Коммутацию цепи управления запуском можно реализовать кнопкой с фиксацией, тумблером или контактами реле.

Силовые тиристоры защищены от перегрева термостатом B1009N с нормально-замкнутыми контактами, размещёнными на теплоотводе. При достижении температуры 80°С контакты термостата размыкаются, и на вход RC3 микроконтроллера поступает уровень лог. 1, свидетельствующий о перегреве.

Светодиоды HL1, HL2, HL3 служат индикаторами следующих состояний:

• HL1 (зелёный) « Готовность» - отсутствие аварийных состояний, готовность к запуску;
• HL2 (зелёный) « Работа» - мигающий светодиод означает, что УПП производит пуск или торможение двигателя, постоянное свечение - работа на байпасе;
• HL3 (красный) « Авария» - свидетельствует о перегреве теплоотвода, отсутствии или „слипании“ фазных напряжений.

Включение обходных реле К1, К2, К3 производится путём подачи микроконтроллером лог. 1 на базу транзистора VT4.

Программирование микроконтроллера - внутрисхемное, для чего используется разъём XS3, диод VD2 и микропереключатель Дж1. Элементы ZQ1, C11, C12 образуют цепь запуска тактового генератора, R5 и С7 - цепь сброса по питанию, С13 осуществляет фильтрацию помех по шинам питания микроконтроллера.

На рисунке 6 приведён упрощённый алгоритм работы УПП. После инициализации микроконтроллера вызывается подпрограмма Error_Test, которая определяет наличие аварийных ситуаций: перегрев теплоотвода, невозможность синхронизироваться с сетевым напряжением вследствие потери фазы, неверного подключения к сети или сильных помех. Если аварийная ситуация не фиксируется, то переменной Error присваивается значение «0 », после возврата из подпрограммы зажигается светодиод „Готовность“, и схема переходит в режим ожидания команды „ПУСК“. После регистрации команды „ПУСК“ микроконтроллер производит аналого!цифровое преобразование напряжений уставок
на потенциометрах и расчёт параметров Тпуск и Uнач, после чего выдаёт импульсы управления силовыми тиристорами. По окончании пуска включается байпас. При торможении двигателя процессы управления выполняются в обратном
порядке.

Угловую шлифовальную машинку, получившую на постсоветском пространстве прозвище “болгарка”, 3-4 десятка лет назад в своей домашней мастерской хотел иметь каждый хозяин. Тогда для большинства людей это действительно была мечта, поскольку производил этот электрический инструмент только один завод – “Элтос-Болгарка” в болгарском городе Пловдив (отсюда и народное название). И хотя за прошедшее время количество и ассортимент болгарок выросли неимоверно, главные узлы конструкции инструмента не изменились.

Болгарка используются не только для шлифовки и полировки поверхностей, но и для обработки металла, бетона (с помощью алмазных или абразивных кругов).

Устройство электрического оборудования болгарки

За 40 лет внешний вид болгарки практически не изменился: продолговатый корпус с вмонтированными внутрь двигателем и редуктором, сбоку прикрученная ручка и защитный кожух.

Болгарка, как и любой инструмент, рано или поздно отказывается работать. Но бывают ситуации, когда для устранения неисправности достаточно простейшего ремонта электрического оборудования. Чтобы выполнить этот мелкий ремонт, нужно иметь понятие, как такое оборудование работает внутри, и уметь читать его электрическую схему.

Электрическая схема шлифовальной машинки состоит из таких элементов:

• якорь;
• коллектор;
• электрощетки;
• редуктор;
• статор;
• ручки-держатели;
• силовой кабель с вилкой.

Каждый из этих элементов выполняет в электрической цепи свои функции, неисправность каждого ведет к остановке работы инструмента. Например, якорь, являясь вращающимся элементом цепи, отвечает за вращения шлифовального диска. Чтобы заставить диск вращаться, якорь должен крутиться с еще большей скоростью. Поэтому чем больше скорость вращения якоря, тем больше мощность инструмента.

Коллектор – это площадка на якоре, на которую выходят все силовые и управляющие кабели. Его задача – переводить проходящие по обмоткам сигналы на понятный двигателю и управляющему блоку язык. Если снять крышку корпуса, то его отполированные пластины сразу бросаются в глаза, тем более что имеют сравнительно большие размеры.

Предназначение электрощеток – обеспечивать подвод тока к коллектору от силового кабеля. Если они находятся в нормальном рабочем состоянии, то через вентиляционное отверстие будет видно их ровное свечение. Если же свечение незаметно или оно пульсирует, то это признак того, что со щетками есть проблемы.

Редуктор – очень важная деталь не только электрической схемы, но и всей конструкции болгарки. Его предназначение – подавать энергию от вращающегося якоря к шлифовальному диску, обеспечивая таким образом его вращение. Фактически именно редуктор отвечает за скорость и мощь вращения шлифовального диска болгарки.

Статор – наиболее технически сложный узел в электрической схеме болгарки. В нее впрессованы все обмотки якоря и ротора, определяющие их вращение. Находящиеся в статоре обмотки катушек рассчитаны до последнего витка. При выходе статора из строя удачно выполненная непрофессионалом его перемотка – очень редкий случай. Поэтому если в болгарке сломался статор, то лучше не рисковать и устранять его неисправность в мастерской.

Вернуться к оглавлению

Прочтение электрической схемы

Но знать предназначение основных элементов электросхемы инструмента мало, нужно еще уметь эту схему читать. И хотя электрическая схема у болгарки – не самое сложное, что может вам встретиться из электрических схем, но даже в ней человеку, далекому от электричества, разобраться без посторонней помощи бывает сложно.

Схема болгарки устроена так: две обмотки статора подключены последовательно через кабель к сети с напряжением 220 В и электрически не связаны между собой. Их включение/выключение осуществляется при помощи выключателя, механически связанного с кнопкой пуска болгарки. Каждая обмотка через контакт соединена с графитовой щеткой.

Дальше электрическая цепь путем двух параллельно подключенных к графитовым щеткам обмоток идет на ротор, где и замыкается на контактах его коллектора. Примечательно, что якорную обмотку составляет множество обмоток, но непосредственно к графитовым щеткам подключены только две. В 9 случаях из 10 выход из строя шлифовальной машинки, как и любого электроинструмента, случается из-за разрыва в электрической цепи.

Для диагностики цепи и обнаружения в ней неисправностей используют специальный прибор – мультиметр. Этот портативный тестер пригодится не только для диагностики болгарки, но и любого другого электроинструмента, вплоть до электропроводки в доме.

Тестирование всегда следует начинать на участке ввода электрического тока и последовательно прозванивать мультиметром все элементы электрической цепи. Для проверки проводимости электричества мультиметр следует выставить в положение минимального сопротивления.

Вернуться к оглавлению

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.

Люди, часто пользующиеся электроинструментом иногда сталкиваются со следующей проблемой: двигатель будь то болгарки, циркулярной пилы, рубанка или другого оборудования стартует очень резко. Такой резкий старт таит в себе множество неприятностей: во-первый, присутствует высокий пусковой ток, который не лучшим образом сказывается на проводке, во-вторых, резкий старт двигателя быстро изнашивает механические части инструмента, в-третьих, снижается удобство использования, при пуске болгарку приходится крепко удерживать, она так и норовит вырваться из рук. В дорогих моделях уже встроена система плавного пуска, которая легко справляется со всеми этими неприятностями. Но что делать если этой системы нет? Выход есть – собрать схему плавного пуска самому. Кроме того, использовать её можно будет с лампочками накаливания, ведь чаще всего они перегорают именно в момент включения. Плавный пуск заметно снизит возможности лампочки быстро перегореть.

Схема

Изготовление плавного пуска

(cкачиваний: 1139)

Первый запуск и испытания