Электронный регулятор для электроинструмента с плавным пуском

Удобным, а иногда и просто необходимым, элементом современного электроинструмента, такого как электродрель, электропила, болгарка, электролобзик, электромясорубка и многих других, является регулятор скорости вращения электромотора. В самых дешевых моделях таких регуляторов нет вообще, а в дорогих устанавливаются простейшие миниатюрные встроенные в ручку. Габариты такого устройства не позволяют обеспечить необходимый запас по мощности и при интенсивной работе или заклинивании инструмента они часто выходят из строя.

Кроме того, мощный электроинструмент имеет большие пусковые токи, что вредно не только для самого инструмента, но и для других подключенных к сети электроприборов из-за возникающих при этом помех. Чтобы пусковой ток снизить, необходим электронный регулятор с режимом плавного возрастания питающего напряжения при включении.

Чем лучше заменить вышедший из строя регулятор? В литературе приведено много разных схем электронных регуляторов, но среди них довольно редко встречаются схемы, обеспечивающие режим плавного возрастания выходного напряжения. А те из них, в которых такой режим имеется [Л4, Л5], для питания электроинструмента не удобны. Это объясняется тем, что, как правило, в них плавность нарастания напряжения обеспечивается при помощи заряда конденсатора. Этот конденсатор также медленно разряжается. И если при работе с электроинструментом приходится его часто включать-выключать, то такой регулятор не обеспечивает плавного пуска мотора из-за инерционности.

Всех этих недостатков лишена электрическая схема, приведенная на рис. 1.15. Она обеспечивает плавный пуск мотора, а также плавную регулировку скорости в широких пределах. Кроме того, данная схема практически не имеет инерционности, т.е. при повторном включении сразу после отключения выходное напряжение все равно будет постепенно плавно возрастать.

Устройство выполняется в виде отдельной приставки, через которую питается электроинструмент. Это позволяет сделать его универсальным — обеспечивается возможность подключения нагрузки

мощностью до 5...10 КВт. Включается схема в работу при помощи кнопки на самом инструменте, что удобно при эксплуатации.

Схема работает следующим образом. Регулировка поступающего в нагрузку напряжения выполнена за счет изменения угла открывания оптронного симистора VS1. При этом управляющие открыванием коммутатора (VS1) импульсы формирует автогенератор, собранный на элементах VT1-C1-R3-R1 (в установившемся режиме полевой транзистор VT2, стоящий в цепи заряда С1, полностью открыт и имеет маленькое сопротивление сток-исток).

Открывающие силовой оптронный симисторный коммутатор импульсы синхронизированы с частотой сети за счет пульсирующего напряжения питания, подаваемого на автогенератор. А момент времени их формирования зависит от положения регулятора R1.

Для открывания симистора при любой окружающей температуре через его внутренний светодиод должен проходить ток не менее 80...100 мА. Использование однопереходного транзистора позволяет иметь источник питания схемы управления небольшой мощности, так как необходимая для открывания симистора энергия накапливается на конденсаторе С1 и отдается в течении короткого импульса.

Режим плавного пуска при включении обеспечивается с помощью счетчика на микросхеме DD1 за счет изменения сопротивления сток-исток полевого транзистора VT2. В начальный момент на вход "С" микросхемы DD1 через резистор R8 поступают импульсы сетевой пульсации. На выходах счетчика будут последовательно появляться уровни лог. "1". Это напряжение суммируется с установленным под-строечным резистором R14 уровнем. После того, как лог. "1" появится на выходе DD1/15, через диод VD3 сигнал поступит и на DD1/10. При этом микросхема DD1 перестает считать импульсы и зафиксируется в таком состоянии.

Схема настраивается так, чтобы транзистор VT2 был при этом полностью открыт, а микросхема в дальнейшем на работу устройства влияния не оказывала.

Для того чтобы при повторном включении устройства обеспечить работу счетчика с нуля — цепь из элементов C2-R10 выполняет формирование короткого импульса на входе R счетчика DD1 для его обнуления в начальный момент при подаче питания.

Из-за разброса параметров применяемых транзисторов элементы, отмеченные на схеме звездочкой "*", потребуется подбирать при регулировке.

Настройку устройства лучше начинать с автогенератора. Для этого вместо электромотора подключаем любую осветительную лампу и стрелочный вольтметр. Резистором R14 добиваемся, чтобы транзистор VT2 был полностью открыт. Установив регулятор R1 на нулевое сопротивление подбором номинала резистора R3 в диапазоне 3,6...6,8 кОм, добиваемся максимального напряжения в нагрузке (на лампе). При этом с помощью резистора R1 оно должно регулироваться от нуля до максимума.

Настройку узла плавного увеличения напряжения удобнее выполнять в следующей последовательности. Временно отсоединяем у диода VD3 анод от вывода DD1/15 микросхемы и переключаем его на DD1/13. Подстройкой резистора R14 добиваемся на нагрузке напряжения примерно около 70 В (при меньшем напряжении мотор дрели будет гудеть, но не сдвинется с места). Делать это надо при нулевом сопротивлении R1. Теперь, последовательно переключая анод диода на выходы 12 и 14, добиваемся при помощи подбора номиналов резисторов R11 и R12 получения промежуточных значений напряжения: 110 и 170 В соответственно. После этого можно проверить работу схемы в том виде, как она показана на рисунке.

При включении настроенной схемы в начальный момент счетчик в точке соединения резисторов R11-R12-R13-R14 формирует возрастающее ступеньками напряжение. Более плавным изменение напряжения делает конденсатор СЗ. Это напряжение управляет сопротивлением исток-сток в полевом транзисторе VT2.

В схеме применены детали: регулировочный резистор R1 типа СПЗ-4а, подстроечный R14 — СПЗ-19а, постоянные резисторы МЛТ;

конденсаторы С1, С2 -К10-17; СЗ, С4 — К50-35 на 25 В.

Все элементы схемы, выделенные пунктиром, размещены на односторонней печатной плате из стеклотекстолита размером 100х30 мм, рис. 1.16. Плата содержит одну объемную перемычку — она показана пунктиром.

В данном устройстве в качестве силового регулятора VS1 вместо оптронного симистора можно использовать и обычный из серии ТС112 или ТС122, но в этом случае потребуется изготовить гальванически развязывающий цепи импульсный трансформатор Т1. Его под

ключение показано на рис. 1.17. Трансформатор Т1 наматывается проводом ПЭЛШО диаметром 0,18 мм на ферритовом М2000Л4000НМ1 кольце типоразмера К20х12х6 мм и содержит в обмотке 1 — 80 витков, 2 — 60 витков.

Перед намоткой острые грани сердечника нужно закруглить надфилем, иначе они могут прорезать провод. Обмотки лучше располагать раздельно на сердечнике. После намотки и пропитки катушки лаком необходимо убедиться в отсутствии сопротивления между обмотками.

Рис. 1.17. Изменение в схеме для подключения обычного симистора

В заключение можно отметить что для того чтобы обеспечить защиту электроинструмента от повреждения в случае перегрузки — в разрыв цепи питания схемы регулятора можно установить токовый электромеханический автомат на нужный ток. Он может использоваться также как включатель. В продаже таких устройств имеется всегда большой выбор.