Не каждая современная дрель или болгарка оснащена заводским регулятором оборотов, и чаще всего регулировка оборотов не предусмотрена вовсе. Тем не менее, как болгарки, так и дрели построены на базе коллекторных двигателей, что позволяет каждому их владельцу, маломальски умеющему обращаться с паяльником, изготовить собственный регулятор оборотов из доступных электронных компонентов, хоть из отечественных, хоть из импортных.
В данной статье мы рассмотрим схему и принцип работы простейшего регулятора оборотов двигателя электроинструмента, и единственное условие — двигатель должен быть коллекторным — с характерными ламелями на роторе и щетками (которые порой искрят).
Приведенная схема содержит минимум деталей, и подойдет для электроинструмента мощностью до 1,8 кВт и выше, для дрели или болгарки. Похожая схема используется для регулировки оборотов в автоматических стиральных машинах, в которых стоят коллекторные высокоскоростные двигатели, а также в диммерах для ламп накаливания. Подобные схемы, в принципе, позволят регулировать температуру нагрева жала паяльника, электрического обогревателя на базе ТЭНов и т. д.
Потребуются следующие радиоэлектронные компоненты:
Резистор постоянный R1 - 6,8 кОм, 5 Вт.
Переменный резистор R2 - 2,2 кОм, 2 Вт.
Резистор постоянный R3 - 51 Ом, 0,125 Вт.
Конденсатор пленочный C1 - 2 мкф 400 В.
Конденсатор пленочный C2 - 0,047 мкф 400 вольт.
Диоды VD1 и VD2 - на напряжение до 400 В, на ток до 1 А.
Тиристор VT1 - на необходимый ток, на обратное напряжение не менее 400 вольт.
В основе схемы — тиристор. Тиристор представляет собой полупроводниковый элемент с тремя выводами: анод, катод, и управляющий электрод. После подачи на управляющий электрод тиристора короткого импульса положительной полярности, тиристор превращается в диод, и начинает проводить ток до тех пор, пока в его цепи этот ток не прервется или не сменит направление.
После прекращения тока или при смене его направления, тиристор закроется и перестанет проводить ток, пока не будет подан следующий короткий импульс на управляющий электрод. Ну а поскольку напряжение в бытовой сети переменное синусоидальное, то каждый период сетевой синусоиды тиристор (в составе данной схемы) станет отрабатывать строго начиная с установленного момента (в установленной фазе), и чем меньше во время каждого периода тиристор будет открыт, тем ниже будут обороты электроинструмента, а чем, соответственно, дольше тиристор будет открыт, тем выше будут обороты.
Как видите, принцип прост. Но применительно к электроинструменту с коллекторным двигателем, схема работает хитрее, и об этом мы расскажем далее.
Итак, в сеть здесь включены параллельно: измерительная цепь управления и силовая цепь. Измерительная цепь состоит из постоянного и переменного резисторов R1 и R2, из конденсатора C1, и диода VD1. Для чего нужна эта цепь? Это делитель напряжения. Напряжение с делителя, и что важно, противо-ЭДС с ротора двигателя, складываются в противофазе, и формируют импульс для открывания тиристора. Когда нагрузка постоянна, то и время открытого состояния тиристора постоянно, следовательно обороты стабилизированы и постоянны.
Как только нагрузка на инструмент, и следовательно на двигатель, увеличивается, то величина противо-ЭДС уменьшается, поскольку обороты снижаются, значит сигнал на управляющий электрод тиристора возрастает, и открывание происходит с меньшей задержкой, то есть мощность подводимая к двигателю возрастает, увеличивая упавшие обороты. Так обороты сохраняются постоянными даже под нагрузкой.
В результате совместного действия сигналов от противо-ЭДС и с резистивного делителя, нагрузка не сильно влияет на обороты, а без регулятора это влияние было бы существенным. Таким образом при помощи данной схемы достижима устойчивая регулировка оборотов в каждом положительном полупериоде сетевой синусоиды. При средних и малых скоростях вращения этот эффект более выражен.
Однако, при повышении оборотов, то есть при повышении напряжения, снимаемого с переменного резистора R2, стабильность поддержания скорости постоянной снижается.
Лучше на этот случай предусмотреть шунтирующую кнопку SA1 параллельно тиристору. Функция диодов VD1 и VD2 - обеспечение однополупериодного режима работы регулятора, так как напряжения с делителя и с ротора сравниваются лишь в отсутствие тока через двигатель.
Конденсатор C1 расширяет зону регулирования на малых скоростях, а конденсатор C2 снижает чувствительность к помехам от искрения щеток. Тиристор нужен высокочувствительный, чтобы ток менее 100 мкА смог бы его открыть.
В восьмидесятых годах прошлого века в журнале «Радио» была помещена принципиальная схема регулятора частоты вращения (числа оборотов) дрели, перепечатанная из болгарского журнала по радиоэлектронике. Детали на этой схеме были зарубежного производства. В 1985 году этот регулятор оборотов дрели мной был изготовлен из отечественных деталей и исправно работает до сих пор.
В настоящее время импортные и отечественные дрели выпускают с регуляторами числа оборотов, однако на руках имеется много дрелей раннего выпуска, у которых изменение числа оборотов не предусмотрено, что, понятно, снижает эксплуатационные возможности дрели.
На рис. 1 приведена схема регулятора числа оборотов дрели, изготовленного в виде отдельного блока и пригодного, как показали испытания, для любых дрелей мощностью до 1,8 кВт, а также для любых устройств, в которых применен коллек-
торный двигатель переменного тока, например, в углошлифовальных машинах, так называемых болгарках. Отечественные детали регулятора я подбирал для своей дрели марки С480Б (п=650 об/мин, мощность 270 Вт, напряжение 220 В).
Резисторы:
R, - 7 кОм (собран из двух параллельно соединенных резисторов номиналом 12 кОм и 18 кОм, тип МЛТ2, мощность по 2 Вт\
R 2 - 2,2 кОм тип СП переменный, мощность 1 Вт;
R 3 - 51 Ом тип МЛТ, мощность 0,125 Вт;
Конденсатор С, - 2 мкФ (фактически собран из двух последовательно включенных конденсаторов емкостью по 4 мкФ, тип МБГО-2, рабочее напряжение 160 В).
Диоды: VD1 и VD2 - тип Д7Ж (прямой ток 300 мА и обратное напряжение U^p = 400 В). Аналогичные параметры имеют диоды Д226, Д237Б, КД-221В, МД226.
Тиристор VT1 - тип КУ202Н (обратное напряжение U^ = 400 В, ток в открытом состоянии J oc = 10 А). Такие же параметры имеют тиристоры 2У202М, 2У202Н, КУ202М.
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
Электрическая дрель является незаменимым помощником во всех видах домашнего ремонта: с ее помощью можно выполнять ряд задач от перемешивания красок, клея для обоев до основного предназначения - сверления различных отверстий. Быстрому износу подвергается кнопка включения изделия, которую приходится довольно часто ремонтировать или менять на новую. Чтобы провести эту довольно несложную операцию, пользователю нужна схема подключения кнопки дрели и знание самых распространенных неисправностей этой важной детали.
Это простое с виду устройство во время использования подает сигналы пользователю, что в скором времени ему потребуется ремонт, только не все их понимают. Если дрель начинает работать с временными перебоями или кнопка требует более сильного нажатия, чем ранее, то это первые симптомы некорректной работы этой детали.
Когда вы используете аккумуляторную дрель, то первым делом надо замерить тестером напряжение аккумулятора – если меньше номинального, то он подлежит зарядке.
В данном случае нас особо интересует состояние и функциональные способности именно кнопки включения/выключения изделия. Проверить исправность ее работы довольно просто: надо открутить крепления основного корпуса, снять верхнюю крышку и проверить напряжение проводов, идущих к устройству, включив шнур питания в розетку. Когда прибор показывает поступление напряжения, а при нажатии на кнопку изделие не работает, то это говорит о том, что она сломана или произошло подгорание контактов внутри устройства.
Обычная кнопка вкл/выкл
Ремонт или замена кнопки дрели считается простым процессом, но необходимо иметь определённые навыки - при неосторожном открытии боковой стенки многие детали могут разлететься в разные стороны или выпасть из корпуса.
Как было написано выше, кнопка может не функционировать из-за окисления или подгорания контактов. Чтобы исправить это, необходимо разобрать ее , соблюдая следующий порядок.
- Осторожно подцепить фиксаторы защитного кожуха и открыть его.
- Нагар на контактах удалить с помощью спирта, или зачистить их наждачной бумагой.
- Затем произвести сборку и проверку.
Если все работает нормально, то значит, причина была в контактах, в противном случае требуется замена кнопки .
Следует знать, что часто стирается специальный слой, который при изготовлении наносится под ползунок реостата - в этом случае кнопка также подлежит замене.
Довольно часто схема подключения кнопки дрели используется для проверки функциональных способностей всей конструкции: только при ее наличии можно выполнить частичный ремонт или осуществить правильное подключение кнопки в случае ее замены. Схема должна идти вместе с инструкцией по эксплуатации изделия , если же ее по какой-то причине там нет, то поискать можно в интернете.
Кнопка включения с реверсом/регулятором оборотов
Представленная на фотографии кнопка для дрели кроме реверса, имеет встроенный регулятор оборотов электрического двигателя. Эта конструкция отличается повышенной сложностью, поэтому без особых навыков разобрать ее не представляется возможным: как только вы вскроете корпус, все детали «разбегутся» в разные стороны, т. к. их подпирают пружины. Не зная их правильного расположения, собрать назад всю конструкцию будет невозможно - проще купить новую, а подсоединение выполнить, сверяясь со специальной схемой, найти которую можно в интернете.
Современные дрели выпускаются с реверсом, поэтому кнопка выполняет сразу несколько функций:
- основное включение изделия в работу;
- регулировка оборотов вращения электродвигателя;
- включение реверса - изменение направления вращения ротора двигателя.
Внимание! Управление реверсом и регулятор оборотов находятся в разных корпусах - проверять их надо по отдельности.
Необходимо помнить, что в современных изделиях регулятор оборотов располагается на специальной подложке, и при изготовлении он заливается компаундом - изоляционным составом, который после затвердевания защищает все детали от механического, температурного и химического воздействия. Поэтому он ремонту не подлежит.
Как видно из схемы подключения, когда в ней присутствует кнопка дрели вместе с реверсом, переключение вращения осуществляется при помощи специального тумблера. При этом плюс или минус подается на разные щетки, поэтому якорь двигателя вращается в разном направлении.
Не стоит самостоятельно разбирать кнопку пуска дрели в случае сложной ее конструкции - отсоедините провода и отнесите в центр сервиса, где профессиональные специалисты проведут полную диагностику и ремонт.
Наша помощница может сверлить разные материалы, поэтому часто возникает много пыли и отходов. После каждого использования следует чистить дрель , тогда при следующем использовании устройство будет работать как швейцарские часы: без сбоев и досадных остановок.
Сегодня невозможно найти человека, который бы не знал о существовании электрической дрели. Многим приходилось пользоваться этим инструментом. Но как устроена эта незаменимая в хозяйстве вещь, известно далеко не каждому.
Внутри корпуса дрели расположен электродвигатель, система его охлаждения, редуктор, регулятор оборотов дрели. О работе регулятора оборотов дрели стоит поговорить несколько подробнее. Все детали во время работы изнашиваются, особенно подвержена этому процессу кнопка включения дрели. А с ней непосредственно связана система регулировки оборотов.
Назначение регулятора оборотов
Регулятор оборотов современной электрической дрели располагается внутри кнопки включения прибора. Достичь таких малых размеров позволяет микропленочная технология, по которой он собран. Все детали и сама плата, на которой расположены эти детали, отличаются малыми размерами. Основная деталь регулятора – симистор. Принцип его работы состоит в изменении момента замыкания цепи и включения симистора. Происходит это так:
- После включения кнопки симистор получает на свой управляющий электрод напряжение, имеющее синусоидальную форму.
- Симистор открывается, и ток начинает течь через нагрузку.
При большей амплитуде управляющего напряжения симистор включается раньше. Амплитуда управляется с помощью переменного резистора, который соединен с пусковым курком дрели. Схема подключения кнопки в разных моделях может быть немного разной. Только не стоит путать регулятор оборотов с устройством управления реверсом. Это совершенно разные вещи. Иногда они могут размещаться в разных корпусах. Регулятор оборотов может предусматривать подключение конденсатора и обоих проводов от розетки.
Вернуться к оглавлению
Использование дрели в качестве станка
Рисунок 1. Типовая схема регулятора оборотов дрели.
Ручная дрель может применяться нестандартно. На ее основе делают разнообразные станки: сверлильный, шлифовальный, циркулярный и другие. В таких станках функция регулирования оборотов является очень важной. У большинства бытовых дрелей обороты регулируются кнопкой пуска аппарата. Чем сильнее она нажата, тем выше обороты. Но фиксируются они только на максимальных значениях. Это в большинстве случаев может оказаться существенным недостатком.
Можно выйти из данной ситуации путем самостоятельного изготовления выносного варианта регулятора оборотов. В качестве регулятора вполне можно применить диммер, который обычно применяют для регулировки освещенности. Схема регулятора довольно проста и представлена на рис. 1. Для его изготовления нужно к розетке присоединить провода разной длины. Длинный провод другим концом присоединяется к вилке. Остальное собирается по схеме. Рекомендуется использовать дополнительный автоматический выключатель, который отключит устройство в случае аварии.
Самодельный регулятор оборотов готов. Можно выполнить пробный пуск. Если он работает нормально, можно поместить его в подходящего размера коробку и закрепить на станине будущего станка в удобном месте.
Вернуться к оглавлению
Ремонт кнопки с регулятором оборотов
Рисунок 2. Схема регулятора оборотов для микродрели.
Ремонт кнопки представляет собой довольно непростой процесс, требующий определенных навыков. При открытии корпуса некоторые детали могут просто выпасть и потеряться. Поэтому в работе нужна осторожность. В случае неполадок обычно выходит из строя симистор. Стоит эта деталь очень дешево. Разборка и ремонт происходят в следующем порядке:
- Разобрать корпус кнопки.
- Промыть и прочистить внутренности.
- Снять плату с находящейся на ней схемой.
- Выпаять сгоревшую деталь.
- Впаять новую деталь.
Разобрать корпус очень просто. Нужно отогнуть боковины и вывести крышку из фиксаторов. Делать все нужно аккуратно и осторожно, чтобы не потерять 2 пружинки, которые могут выскочить. Чистить и протирать внутренности рекомендуется спиртом. Зажимы-контакты в форме медных квадратиков выдвигаются из пазов, плата легко снимается. Сгоревший симистор обычно хорошо виден. Осталось выпаять его и впаять на его место новую деталь. Сборка регулятора производится в обратном порядке.