Устройство плавного пуска для электроинструмента своими руками
Могучая попытка выскочить из рук недорогого электрического инструмента, не оборудованного УПП (устройством плавного пуска), отличает его от более дорогих и мощных профессиональных болгарок, дрелей и шуруповертов. Как обеспечить плавный пуск для электроинструмента своими руками в домашних условиях модернизацией недорогих изделий, показывается в статье.
Плавный пуск для электроинструмента
Привод современного ручного электроинструмента осуществляется универсальными коллекторными двигателями. Они компактны, работают на постоянном и переменном токе, при малых габаритах имеют высокий крутящий момент. Этот набор ценных качеств предопределил использование таких моторчиков в ручном инструменте.
Конструкция электродвигателя, обладающего большим моментом, рассчитана на протекание по обмоткам больших токов. Во время пуска ток возрастает в 7 раз от номинального на коротком отрезке времени, что вызывает рывок инструмента без плавного пуска из рук.
В случае, если сверло или другой инструмент погружены в материал, ротор заторможен. Пуск, выход на заданную скорость вращения, затягивается. Все это время электрическая часть изделия работает под пусковым током, а механическая подвержена динамическим перегрузкам. Отсутствие плавного пуска основное отличие бюджетного изделия от профессионального инструмента.
Зачем нужен плавный пуск
Плавный пуск обеспечивает выход скорости вращения электродвигателя на заданную (номинальную) скорость без рывков. В противном случае происходят следующие неприятности:
- В электрической части. Ускоренное выгорание ламелей коллектора, износ щеток, перегрев обмоток двигателя большим током, создание помех в питающей сети электроснабжения;
- Механической. Ударные нагрузки приводят к износу шестерен редуктора, подшипников. Поломка инструмента (сверл, дисков) происходит чаще;
- Технологической. Точность и качество выполняемых работ снижается. Сложнее поддерживаться размеченных мест для работы;
- Безопасности производства работ. Даже у профессионала в неудобном положении инструмент может выскочить из рук и травмировать.
Возникающие проблемы сокращают срок эксплуатации и удовольствие от работы дешевым инструментом без плавного запуска.
Принцип действия плавного спуска
Задача управления электродвигателями во время переходного процесса, от состояния покоя до заданной скорости, сводится к снижению пускового тока подачей пониженным напряжением. График изменения напряжения формируется различными аппаратными решениями или схемами с обратными связями.
В механизмах, где пуск тяжелый (ротор нагружен), как насосы, лифты, краны, для снижения пусковых токов и обеспечения плавности переходного периода, применялись: для трехфазных двигателей — переключение «звезда-треугольник», реостатный пуск с фазным ротором электродвигателей постоянного тока, различные схемы тиристорных приводов.
Появление мощных полупроводниковых комплектующих дало возможность плавного управления короткозамкнутыми двигателями переменного ток за счет изменения частоты и амплитуды питающего напряжения.
Главным преимуществом новых схем управления на силовых полупроводниковых элементах – отсутствие переключающей аппаратуры и высокая скорость переключение. Это свойство позволило регулировать смещение момента пропуска переменного тока к двигателю относительно напряжения сети по заданной программе во время пуска.
Преимущества использования
Для ручного электроинструмента появилась возможность управлять пусковым током и регулировать обороты универсального коллекторного двигателя, включенным в цепь питания симистором (симметричным тиристором). Включенный в якорную цепь однофазного моторчика (для 3-х фазного в каждую фазу), симистор меняет угол отрывания обоих полупериодов синусоиды напряжения питания.
Для более продвинутых и дорогих схем управления используют различные полевые транзисторы. Однако для модернизации недорого однофазного электроинструмента вполне достаточно изготовления УПП на одном симисторе. В схемах управления полупроводниковым регулятором выставляется время пускового периода и величина напряжения перед запуском электродвигателя.
Отсутствие обратных связей и пускорегулирующей аппаратуры упрощают схемы, делают электроинструмент приемлемым по весу для ручной работы.
Схема устройства плавного пуска
Схемы УПП для модернизации недорогих ручных электроинструментов тоже должны быть из недорогих комплектующих, простые для реализации в домашних условиях и иметь малые габариты. Реализованная доработка должна иметь достаточную мощность, что определяет тип силового элемента — симистора. Одна из доступных для изготовления схема УПП на отдельных элементах.
После нажатия пусковой кнопки электроинструмента SA1 симистор VS1 заперт, конденсатор С1 начинает заряжаться. По мере увеличения напряжения на конденсаторе, уменьшается фазовый сдвиг открытия симистора относительно начала полуволн синусоиды напряжения на коллекторе двигателя. Двигатель начинает получать возрастающее напряжение и плавно набирает обороты.
После заряда конденсатора электродвигатель выйдет на номинальный режим, поскольку силовой элемент (симметричный тиристор) будет полностью открыт. Подбором емкости С1 устанавливается время переходного процесса в зависимости от мощности электроинструмента.
Реализация этой схемы на симисторе КУ208Г справляется с переходным процессом электромотора мощностью не более 2 кВт.
Как сделать плавный пуск для электроинструмента своими руками: способы
Изобилие схем на тиристорах КУ 202, симисторах КУ208Г, а также им подобных силовых полупроводниковых ключах для реализации, требует квалификации на уровне начинающего радиолюбителя. Набор радиоэлементов для создания такого устройства плавного пуска доступен, схема управления симметричным или обычным силовым тиристором понятна, установка сдвига фазы и времени переходного процесса выставляется либо резистором, либо емкостью конденсатора.
Если есть опыт и желание, можно нарисовать и протравить плату, затем разместить аккуратно на ней комплектующие. Дорожки для надежности лучше залудить, а после сборки покрыть лаком. В случае, если нет возможности изготовить печатную плату, можно сделать УПП на макетной плате.
Симистор или тиристор необходимо размещать на радиаторе, достаточном для рассеяния мощности, греющей силовой элемент во время работы.
Расчет очень простой – номинальный ток двигателя умножается на падение напряжения полупроводника в открытом состоянии (около 2 вольт). Собранную плату можно поместить в пластиковый контейнер и подключить розетку для включения электроинструмента. Собранную кустарным образом схему не удастся разместить безопасно в корпусе изделия без УПП, там все подогнано плотно.
Простейшая схема
Наиболее легко реализуема для несведущего человека в электричестве модернизация инструмента с использованием модулей плавного пуска. Номинальный ток таких сборок может быть от 10 до 50 А. Различаются они по конструкции и назначению: трехпроводные блоки используются в основном для стационарных устройств, а двухпроводные для ручного электроинструмента.
Модули плавного пуска используются только на коллекторных электродвигателях.
Использование в ручном инструменте блока KRRQD-12A, позволяет управлять переходным процессом двигателя 2,5 кВт, с номинальным током до 12 А. Более мощная электронная сборка KRRQD-20A работает с мощностями до 4,4 кВт и током не более 20 А.
Рис. 2. Электронные модули плавного запуска.
Габаритные размеры блоков не отличаются, а электрические характеристики перекрывают практически всю линейку ручных электроинструментов.
Включение сборок возможен в разрыв любого провода электродвигателя и нет никакой полярности, не стоит беспокоиться.
Во время пуска мотор получает пониженное напряжение и через заданное время выходит на рабочий режим. Немаловажным достоинством применения модулей то, что электронные регулировки скорости и торможения с ними работают нормально.
Модернизация по этой схеме доступна домашнему мастеру способному припаять и заизолировать два провода. Размещение УПП возможно даже в корпусе инструмента, если он не на гарантии, и место позволяет.
Плавный пуск на микросхеме
Доступно для воспроизведения в домашних условиях УПП на распространенной микросхеме КР1182ПМ1 (новая маркировка К1182МП1Р). Она часто используется для управления приводами игрушек с моторчиками до 150 Вт без мощных силовых полупроводников. Для управления пуском ручного электроинструмента можно реализовать схему на Рис.3.
Рис. 3. Принципиальная схема УПП
Фаза сдвига открытия симметричного тиристора VS1 относительно питающего напряжения задается уровнем напряжения между 3 и 6 ножкой микросхемы (цепочкой R1-C1). При включении емкость шунтирует входы и симистор пропускает пониженное напряжение. По мере роста заряда на С1, сильнее открывается VS1. При достижении напряжения на конденсаторе 6 В, двигатель выходит на заданный режим. Время пуска не более 0,5 секунд.
Резистор R1 сокращает промежутки между включениями, а если заменить его потенциометром можно регулировать обороты мотора. Включение в цепь позволяет аварийное отключение электроинструмента.
Реализована схема на доступных элементах, мощность задается током симистора: ВТА41-600 на 41 А, ВТ138-800 на 12 А, ВТ139-600 на 16 А. Использование мощных силовых элементов позволяет надежно работать схеме с двигателями до 1.5 кВт.
Собрать УПП несложно на макетной плате, главное правильно рассчитать радиатор для симистора и добыть панельку для установки микросхемы. Без этого УПП долго не проработает.
Другие способы плавного пуска
Существует еще применение в схемах плавного пуска трансформаторы, автотрансформаторы (ЛАТР), реостаты. Они тоже снижают пусковой ток, но применимы в стационарных устройствах. Они крайне не экономичны, пользоваться ими в энергетический кризис дорого. Для ручного электроинструмента они неприемлемы.
Как подключить плавный пуск
Самодельные устройства плавного пуска для электроинструмента на дискретных элементах и микросхемах, после выполнения монтажных работ и проверки перед подключением, должны быть заключены в изолированный корпус. Наличие на силовых элементах напряжения 220 В опасно для жизни.
Сечение проводов, соединяющих УПП с сетью и электроинструментом должны соответствовать предполагаемой нагрузке и обладать достаточной изоляцией. Само устройство может быть установлено стационарно, рядом с розеткой, на которую будет выведены выход для подключения вилки инструмента. Доработка переноски розеткой для УПП тоже приемлемый вариант.
Использование модулей KRRQD-12A, KRRQD-20A, а также аналогичных устройств, кроме этих вариантов подключения, имеют дополнительные возможности.
Как сделать плавный пуск без переноски
Модульные сборки с двумя проводами могут быть вставлены во внутрь корпусов инструмента, если мощность мотора не требует дополнительного радиатора для охлаждения блока. Подключение производится в разрыв одного из проводов коллектора последовательно с якорем электродвигателя.
Комплектные блоки плавного пуска можно установить в разрыв цепи питания инструмента, если он оснащен влагозащищенной переносной розеткой РБп13-1-0м. Если УПП не удастся разместить в вилке, то в розетке он точно уместится. В этом случае даже работа ручным электроинструментом на улице будет безопасна.
Модернизация бытовых недорогих инструментов одним из предложенных способов реально продлит срок эксплуатации и уравняет их шансы с дорогими агрегатами.
