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
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.
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.
Прибор плавного запуска своими руками
Стоит рассмотреть вид прибора плавного запуска асинхронного электродвигателя с использованием микросхемы КР1182П. Он необходим для трехфазного электрического двигателя напряжением 380 вольт.
В ней существуют некоторые полезные особенности, которые стоит описать:
- Обмотки в электрическом двигателе соединены звездой.
- Выходными ключами являются мощные тиристоры, соединенные по параллельно-встречной схеме.
- Демпфирующие цепочки включены в схему параллельно тиристорам. Тут они применяются целенаправленно. Их основной задачей является предотвращение ложного включения тиристоров.
- Варисторы необходимы для поглощения возникающих в цепи коммутационных помех.
Присутствует в цепи и блок питания, который состоит из выпрямителя, конденсатора и трансформатора. Подобный блок необходим для обеспечения питания переключающих реле. После выпрямительного моста на выходе стоит стабилизатор интегрального вида. Он обеспечивает на выходе стабильное напряжение в 12 вольт. Дополнительно он способен обеспечить защиту от короткого замыкания и различных перегрузок.
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.
Старт через автотрансформатор
Этот способ применяется с использованием в электросхеме автотрансформатора, который соединен с машиной последовательно. Он служит для того, чтобы запуск произошел при пониженном на 50 — 80% от номинального напряжении. Вследствие этого пусковой ток и вращающий пусковой момент уменьшатся. Временной интервал переключения от пониженного напряжения к полному корректируется.
Однако здесь есть и недостаток. В процессе работы машина переключается на сетевое напряжение, что приводит к резкому скачку тока.
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.
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 тут
- S9014 можно купить тут
- S9015 можно купить тут
- Набор резисторов можно купить тут
- BTA20-600 можно купить тут
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».
Применение в болгарке
Во время запуска угловой шлифовальной машинки (УШМ) появляются высокие нагрузки динамического характера на детали инструмента.
Дорогие модели снабжены УПП, но не обыкновенные разновидности, например, УШМ . Инерционный рывок способен вырвать из рук УШМ, при этом происходит угроза жизни и здоровью. Кроме того, при пуске электродвигателя инструмента происходит перегрузка по току и в результате этого — износ щеток и значительный нагрев статорных обмоток, изнашивается редуктор и возможно разрушение режущего диска, который может треснуть в любой момент и причинить вред здоровью, а может даже и жизни. Инструмент нужно обезопасить и для этого следует сделать болгарку с регулировкой оборотов и плавным пуском своими руками.
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.
