УШМ (болгарка) MAKITA GA4530 без плавного пуска. Фото 220Вольт
При покупке дешевой болгарки у нее наверняка будет отсутствовать опция плавного пуска. Во время запуска, особенно мощной УШМ, можно прочувствовать все «прелести» рывка, который производит болгарка при включении. При наличии устройства плавного пуска электроинструмент в комфортных для пользователя условиях начнет выполнять свою работу. Несомненно, болгарка с такой опцией стоит дороже. Однако, возможно самостоятельно установить на болгарку устройство плавного пуска. Это решит вопросы экономии средств и облегчит дальнейшую эксплуатацию — устройство, сделанное своими руками, легче отремонтировать в случае выхода его из строя.
Устройство
В болгарках без плавного пуска на обмотки коллекторного двигателя сразу подается напряжение сети 220 В, а для приведения его в рабочее состояние требуется повышенный пусковой ток. Устройство плавного пуска обеспечивает постепенное нарастание напряжения и соответственно, ток при запуске также не растет скачкообразно.
Обеспечить такой режим пуска возможно при использовании специальной электронной схемы. Основным компонентом ее является полупроводниковая микросхема, которая управляет другим, более мощным полупроводниковым прибором симистором, обеспечивающим подачу мощности на электропривод болгарки. Тиристоры микросхемы работают с задержкой питающего напряжения, до того момента пока конденсатор цепи не зарядится полностью. Принцип работы микросхемы удачно сочетается с обеспечением плавного пуска болгарок.
Микросхемы к1182, LM358
Наиболее известная микросхема для устройства плавного пуска к1182. Эта микросхема была создана еще в советские времена и сейчас ее не так просто найти. Существуют другие более доступные микросхемы, например, LM358. Многие современные болгарки в заводском исполнении устройства используют микросхему LM358.
Микросхема LM358
Рабочий цикл и его характеристики
Полный рабочий цикл любого электропривода можно разделить на четыре технологических этапа:
- пуск, в течение которого скорость вращения вала/якоря увеличивается от нуля до требуемого показателя;
- рабочий, во время которого мотор работает при неизменном напряжении на зажимах роторной цепи и электроцепи возбуждения;
- регулирования, когда осуществляется воздействие на внутренние цепи (якорного блока или возбуждения) с целью изменения оборотов вала;
- остановки, характеризуемой снижением скорости до нуля.
Согласно приведенной структуре цикла выделяют пусковые, рабочие, регулировочные и тормозные характеристики. Стартовый этап рассматривают относительно параметров пускового момента, тока, продолжительности процесса, стоимости дополнительных устройств и затрат электроэнергии. При этом обеспечивают максимально плавный пуск коллекторного мотора. Основными характеристиками механической энергии эл/двигателя являются вращающий момент и скорость вращения.
Рабочий период оценивается совокупностью зависимостей, включая частоту оборотов вала, токовых параметров привода в роторной электроцепи, полезного вращающего момента, КПД от полезной мощности КД при неизменном напряжении питания и токе в обмотке возбуждения. Регулировочные характеристики определяются пределами, ступенями и способом изменения скоростных параметров. Возможность плавного регулирования оборотов электрической машины в широком диапазоне является одним из самых ценных качеств этой категории электрооборудования. Тормозной режим роторного механизма при отключении питания происходит за счет сил трения. Для ускорения остановки мощных эл/машин реализуют один из способов торможения посредством создания тормозного момента, направленного против вращения якоря.
Принцип действия
Устройство плавного пуска в УШМ заводского исполнения находится внутри корпуса болгарки и соединяется контактами с кнопкой включения и обмотками статора электропривода. Требуется определенное время для выхода УШМ на номинальный режим и электромагнитное поле, создаваемое равномерно нарастающими силой тока и напряжением через обмотки статора, заставляет якорь привода болгарки плавно набирать обороты.
Для болгарок, где производителем не предусмотрено такое устройство, обычно в очень редких случаях удается скрыть его под корпусом болгарки. Наиболее часто оно выполняется в виде отдельного блока, обустроенного в разрыве цепи силового кабеля. Однако принцип действия от этого не меняется.
Основные конструктивные элементы
Коллекторная электрическая машина представляет собой оборудование, в котором датчиком углового положения вала и переключателем токовой нагрузки в электроцепях является одно и то же устройство, называемое щёточно-коллекторный узел. Общая структурная схема любого коллекторного двигателя (КД) схожа с другими типами электромоторов. Неподвижную часть называют статором/индуктором/индукторным колесом, подвижную/вращающуюся – ротором/якорем. Структура привода представлена на рисунке:
Статор содержит станину (опорную часть) и главные полюсы. Опорная конструкция служит для фиксации полюсов и щитов шарикоподшипников. Служит компонентом магнитопровода, поскольку является звеном, через который замыкается магнитный поток приводного оборудования. Опорная часть изготавливается из металла, является исключительно прочной и магнитнопроницаемой. Имеет в нижней части опоры, а по окружности специальные отверстия для закрепления сердечников главных полюсов. Как правило, это цельный элемент. Разъемное конструктивное исполнение реализовывается для вариантов с больших габаритов. Это облегчает транспортирование, сборку, обслуживание и ремонт.
Главные полюсы, выполняющие формирование магнитного потока, содержат сердечник и полюсную катушку с намотанным проводом. Со стороны роторного узла сердечник имеет специальный наконечник, распределяющий магнитную индукцию во внутреннем пространстве КД. Сердечники изготавливают из листовой стали. В электродвигателях 220в малой мощности формируют бескаркасные полюса, с непосредственной намоткой электропроводника на предизолированный сердечник. В электромашинах мощностью более одного киловатта катушка представляет собой каркас с намотанным на него проводом.
Структурная схема якорного механизма предусматривает следующие элементы:
- вал;
- сердечник с электрообмоткой;
- коллекторный узел.
Сердечник выполнен в виде шихтованного изделия, набирается из стальных изолированных лаком пластин, которые собирают в единый пакет, запекают и запрессовывают на вал. Подобное решение позволяет снизить вихревые токовые потоки, формирующиеся при вращении в магнитном пространстве. В наружные пазы якорного узла укладывают обмотку, выполненную из медного провода.
Коллекторное устройство – один из ключевых и сложных конструктивных узлов КД. Состоит из медных трапециевидных пластин, собранных в цилиндрическую форму. В зависимости от метода крепления металлических элементов коллекторы могут быть со стальными конусной формы шайбами или на пластмассе (для маломощных эл/машин). Для обеспечения электрического контакта с коллекторным узлом в специальных щеткодержателях размещают щетки с гибким тросиком, осуществляющим включение щеток в электрическую цепь. Для стабильной работы электропривода обеспечивают постоянный надежный контакт между щеточным элементом и коллектором.
Недостатки УШМ без плавного пуска
Аккумуляторная угловая шлифмашина Metabo W 18 LTX 125 602174850 с плавным пуском. Фото ВсеИнструменты.ру
Кроме обеспечивающих комфортные условия работы пользователю, болгарка с плавным пуском обладает рядом других достоинств.
- Отсутствие во время плавного пуска болгарки большого пускового тока, который в разы превышает номинальное значение этого параметра во время работы, повышает надежность электрической части электроинструмента. В этом случае провода обмоток не испытывают перегрузок и не растрескиваются, ламели коллектора и щетки не подвергаются износу от повышенного искрения, в местах контакта не происходят процессы, ухудшающие соединение.
- Во время равномерного повышения числа оборотов до номинального значения болгарка с плавным пуском не испытывает повышенных динамических нагрузок, которые возникают при его отсутствии. Мгновенный набор 6000 оборотов в минуту и более не проходит бесследно для шестеренчатой передачи и подшипниковых узлов. Они быстрее выходят из строя, поэтому болгарки без такого устройства чаще ремонтируются.
Модели на болгарку 600 Вт
Для болгарок на 600 Вт применяются пускатели с контактными симисторами, у которых перегрузка не превышает 10 А. Также стоит отметить, что есть много устройств с обкладками. Они выделяются защищенностью и не боятся повышенной температуры. Минимальная частота для болгарок на 600 Вт равняется 30 Гц. При этом сопротивление зависит от установленного триода. Если он применяется линейного типа, то вышеуказанный параметр не превышает 50 Ом.
Читать также: Зарядное устройство 18 вольт для шуруповерта диолд
Если говорить про дуплексные триоды, то сопротивление при высоких оборотах может доходить до 80 Ом. Очень редко у моделей встречаются стабилизаторы, которые работают от компараторов. Чаще всего они крепятся сразу на модули. Некоторые модификации делаются с проводными транзисторами. У них минимальная частота стартует от 5 Гц. Они боятся перегрузок, но способны поддерживать большие обороты при напряжении 220 В.
Как сделать блок пуска для электроинструмента
Существует достаточно много вариантов самостоятельного оборудования болгарки устройством плавного пуска. Некоторые из них представлены в авторских видео.
Блок пуска на базе микросхемы LM358
В следующем видео автор делится опытом самостоятельного изготовления платы блока плавного пуска по схеме, взятой из интернета, на базе микросхемы LM358. Корпус для платы автор изготовил из коробочки из-под шампуня, что говорит о богатой фантазии мастеров самодеятельного творчества. Автор не просто слепо скопировал схему из интернета, а доработал с заменой характеристик некоторых ее элементов: транзисторов, диодов, резисторов. Радиатор для охлаждения полупроводниковых приборов взят из магнитофона. Для того, чтобы была возможность разместить блок плавного пуска внутри корпуса болгарки, а не как в случае предложенного варианта, разработана плата меньшего размера.
Технология работ по изготовлению блока пуска
Автор следующего видео подробно описывает приемы работ, применяемые комплектующие и вспомогательные технологические материалы для изготовления устройства плавного пуска. Здесь в качестве базового элемента взята микросхема к1182. Технология не рассчитана на применение в качестве основы печатной платы, автор называет такую сборку технологией «навесного монтажа». При таком производстве работ кроме пайки применяется крепление отдельных элементов с помощью крепежных изделий, например, так крепится симистор к теплоотводу. Готовый блок пуска не универсален для всех болгарок. На двух отдельно взятых автором УШМ они выходили на режим за ощутимо разный промежуток времени.
Один из вариантов компоновки самодельного блока пуска
В качестве исходного варианта автор следующего видео выбрал известную в интернете сборку с микросхемой LM358.Так как собранный пусковой блок не поместился внутри корпуса болгарки, автор «упаковал» внутрь лишь симистор с радиатором, по причине хороших условий охлаждения от колеса вентилятора болгарки. Остальную часть блока вместе с микросхемой закрепил на корпусе УШМ.
Использование утюга в качестве дополнительной нагрузки для снижения оборотов болгарки
Этот способ не относится конкретно к теме плавного пуска болгарки. Однако, для понимания принципа действия электронного устройства диммер, который используется для регулировки мощности (или количества оборотов) болгарки вполне приемлем. В следующем видео утюг забирает определенную мощность у УШМ, тем самым снижая ее обороты.
Типовую схему блока пуска следует дорабатывать для каждого отдельного электроинструмента
Автор следующего видео рассказывает как оборудовал свою бытовую болгарку устройством плавного пуска для увеличения срока эксплуатации.
Важно: схема может отлично работать для регулировки яркости лампы, но для необходимого функционирования болгарки при пуске быть неспособной выполнять задачу. Для эффективной работы ее следует «настроить», а именно подобрать нужные величины резисторов, емкостей конденсаторов и возможно изменить характеристики полупроводниковых приборов.
Как приспособить в болгарке штатный диммер для регулировки оборотов
В следующем видео автор доработал кнопку включения (сделал ее подпружиненной) с целью использования возможностей покупного диммера для регулировки оборотов болгарки. После включения болгарки перемещением кнопки устанавливается требуемый режим оборотов. Диммер фиксирует этот режим и при повторном включении производится его установка.
Как подключить, установка
Для пользователей болгарок, не имеющих навыков электромонтажных работ можно приобрести отдельно продающийся блок плавного пуска. Необходимо будет лишь правильно его установить. Существую два варианта размещения пускового устройства — внутри корпуса болгарки и, в случае невозможности, снаружи.
В следующем видео автор один из приобретенных блоков с помощью небольшой доработки корпуса болгарки разместил внутри его. Два провода блока пуска подсоединяются по следующей схеме: один провод к контакту выключателя, другой к обмотке статора электропривода.
В другом видео автору также удалось поместить приобретенный блок внутри болгарки. Однако схему подключения он выбрал другую — в разрыв сети. При этом не важно учитывать куда подсоединять «ноль», а куда «фазу».
Как проверить
В домашних условиях перед сборкой болгарки с устройством плавного пуска неплохо проверить его на разрыв в цепи. В следующем видео проверяется устройство с тремя выводами. Обычно на корпусе пускового устройства имеется схема подключения. Здесь два провода сетевых, один идет к электроприводу. Если собрать цепь с индикаторной лампочкой, включив в нее устройство пуска, то определить разрыв в нем возможно загоранием/не загоранием индикаторной лампочки.
Способы мягкого старта
Рассмотренный выше плавный пуск коллекторного мотора относится к классическому реостатному методу, подходящему как для постоянного, так и переменного тока. Его отрицательные стороны заключаются в потере значительной части мощности на нагрев сопротивления реостата и громоздкости устройства. Поэтому такой способ практически и экономически оправдан только для запуска эл/привода, но не регулирования рабочих параметров скорости. В общем случае запуск приводных устройств и электроинструментов может выполняться и другими методами с применением:
- трансформаторов;
- полупроводниковых ключей.
Использование трансформаторов допустимо только для объектов переменного тока. Его преимущество состоит в повышенной электрической безопасности при работе с электроинструментом. Минус такого метода заключается в достаточно больших размерах и стоимости, даже при самостоятельном изготовлении.
Применение полупроводниковых ключей – самый современный и недорогой способ плавного старта. Их основная особенность заключается в отсутствии механических контактов и высокой скорости переключения. Силовые ключи способны работать с большими токовыми нагрузками и напряжением. Они практически не нагреваются, потребляют минимум электроэнергии и являются лучшим вариантом для электродвигателей современных электрических инструментов. Существует три типа силовых ключей:
- тиристоры и симисторы;
- полевые транзисторы MOSFET с изолированным МОП затвором;
- транзисторы IGBT.
Тиристоры и симисторы предназначены для регулирования мощности в цепях с переменными токовыми значениями. Мощные полевые транзисторы MOSFET управляют параметрами сетевого тока изменением ширины открывающихся импульсов. Этот тип устройств находит свое применение при электропитании постоянным током. Для инструмента с большой мощностью применяют биполярные транзисторы IGBT с изолированным затвором.
