Самодельные автоматические регуляторы оборотов электродвигателя. Регуляторы для ручной сверлилки плат

Решил я как-то сделать автоматический регулятор оборотов для своего моторчика, которым дырки в платах делаю, надоело на кнопку жать постоянно. Ну, регулировать как нужно, я думаю, понятно: нет нагрузки – малые обороты растет нагрузка – растут обороты.
Начал искать схему в сети, нашел несколько. Смотрю, народ часто жалуется, что с моторами ДПМ не работает, ну думаю, закон подлости никто не отменял – дай посмотрю какой у меня. Точно: ДПМ-25. Ладно, раз есть проблемы, то чужие ошибки повторять - смысла нет. Буду делать “новые“, но свои.
Решил начать с получения исходных данных, а именно, с замеров тока при различных режимах работы. Выяснилось, что мой моторчик на ХХ (холостой ход) берет 60мА, а при средней нагрузке – 200мА, и даже больше, но это уже когда начинаешь конкретно тормозить его. Т.е. рабочий режим 60-250мА. Ещё я заметил такую особенность: у данных моторов число оборотов сильно зависит от напряжения, а вот ток – от нагрузки.
Значит, нам надо следить за потреблением тока и в зависимости от его значения менять напряжение. Посидел – подумал, родился примерно такой проект:

Согласно расчетам схема должна была повышать напряжение на двигателе от 5-6В на ХХ, до 24-27В при росте тока до 260мА. И соответственно понижать - при его уменьшении.
Получилось, конечно, не сразу, пришлось повозиться с подбором номиналов интегрирующей цепочки R6, C1. Ввести дополнительно диоды VD1 и VD2 (как выяснилось, LM358 плохо отрабатывает свои функции при приближении напряжений на входах к верхней границе напряжения её питания). Но, к счастью, мои мучения были вознаграждены. Результат мне очень понравился. Мотор тихонько крутился на ХХ и очень активно сопротивлялся попыткам его затормозить.
Попробовал на практике. Оказалось, на таких оборотах можно было неплохо прицелиться даже без кернения, а уж хоть с маленькой зацепкой... Причем запас регулировки был настолько велик, что число оборотов зависело от твердости материала. Пробовал на разных породах дерева, если было мягкое – максимальных оборотов не набирал, твердое – крутил на всю катушку. В итоге получалось, что независимо от материала скорость сверления была примерно одинакова. Короче, сверлить стало очень комфортно.
Транзистор VT2 и резистор R3 грелись градусов до 70. Причем первый грелся на ХХ, а второй при нагрузке. Символический радиатор в виде жестянки (она же корпус) уменьшил температуру транзистора до 42 градусов. Резистор пока оставил в таком режиме, если сгорит - заменю на 2 штуки по 5,1Ом последовательно.
Вот фото получившего устройства:

Если кто не догадался по фото, корпус – это жестянка от использованной кроны.
Да, и ещё, больше 30В на схему не подавать – это максимальное напряжение для LM358. Меньше можно – у меня нормально сверлило и на 24В.
Вот собственно и всё. Если у кого мотор более мощный надо уменьшить сопротивление R3 примерно во столько раз – во сколько раз больше у вас ток холостого хода. Если максимальное напряжение ниже 27В, надо уменьшать напряжение питания и номинал резистора R2. Это на практике не опробовано, нет у меня других двигателей, но по расчетам должно быть так. Формула приведена рядом со схемой. Коэффициент 100 верен при указанных на схеме номиналах R1, R2 и R3. При других номиналах будет такой: R2*R3/R1.
Соответственно, при значительном отличии параметров вашего двигателя от моего, возможно придется подобрать R6 и C1. Признаки такие: если мотор работает рывками (обороты то растут, то падают) номиналы надо увеличить, если схема очень задумчива (долго разгоняется, долго уменьшает обороты при изменении нагрузки) номиналы надо уменьшать.
Спасибо за внимание, желаю успехов в повторении конструкции.
Печатка прилагается.

Регуляторы для ручной сверлилки плат.

Приветствую радиолюбителей. И да не остынет ваш паяльник. В принципе в инете полно разных схем регуляторов, выбирай на свой вкус, но, чтобы вам долго не мучаться в поисках мы решили предложить вашему вниманию несколько вариантов схем в одной статье. Сразу оговоримся, описывать принцип работы каждой схемы мы не будем, вам будет предоставлена принципиальная схема регулятора, а также печатная плата к ней в формате LAY6. И так, начнем.

Первый вариант регулятора построен на микросхеме LM393AN, питание на нее подается с интегрального стабилизатора 78L08, операционник управляет полевым транзистором, нагрузкой которого является мотор ручной минидрели. Принципиальная схема:

Регулировка оборотов осуществляется потенциометром R6.
Напряжение питания 18 Вольт.

Плата LAY6 формата к схеме на LM393 выглядит так:

Фото-вид платы LAY6 формата:

Размер платы 43 х 43 мм.

Расположение выводов полевого транзистора IRF3205 показано на следующем рисунке:

Второй вариант имеет довольно широкое распространение. В его основу заложен принцип широтно-импульсного регулирования. Схема построена на микросхеме таймере NE555. Управляющие импульсы с генератора поступают на затвор полевика. В схему можно поставить транзисторы IRF510...640. Напряжение питания 12 Вольт. Принципиальная схема:

Регулировка оборотов двигателя осуществляется переменным резистором R2.
Расположение выводов IRF510...640 такое же как у IRF3205, картинка выше.

Печатная плата LAY6 формата к схеме на NE555 выглядит так:

Фото-вид платы LAY6 формата:

Размер платы 20 х 50 мм.

Третий вариант схемы регулятора оборотов имеет не меньшую популярность среди радиолюбителей чем ШИМ, ее отличительной особенностью является то, что регулировка скорости происходит автоматически, и зависит от нагрузки на валу моторчика. То есть, если мотор крутится на холостых оборотах, скорость его вращения минимальна. При увеличении нагрузки на валу (в момент сверления отверстия), обороты автоматически увеличиваются. В нете эту схему можно найти по запросу “Регулятор Савова”. Принципиальная схема автоматического регулятора оборотов:

После сборки необходимо сделать небольшую настройку регулятора, для этого на холостом ходу моторчика подстраивается подстроечный резистор Р1 чтобы обороты были минимальны, но так, чтобы вал вращался без рывков. Р2 служит для подстройки чувствительности регулятора к увеличению нагрузки на валу. При 12-ти Вольтовом питании ставьте электролиты на 16 Вольт, 1N4007 заменимы на подобные от 1 Ампера, светодиод любой, например АЛ307Б, LM317 можно поставить на небольшой теплоотвод, печатная плата рассчитана на установку радиатора. Резистор R6 – 2 Вт. Если моторчик вращается рывками, увеличьте немного номинал конденсатора С5.

Печатная плата автоматического регулятора оборотов показана ниже:

Фото-вид платы автоматического регулятора оборотов LAY6 формата:

Размер платы 28 х 78 мм.

Все вышеприведенные платы изготавливаются на одностороннем фольгированном стеклотекстолите.

Скачать принципиальные схемы регуляторов оборотов для ручной мини-дрели, а также печатные платы в формате LAY6 моожно по прямой ссылке с нашего сайта, которая появится после клика по любой строке рекламного блока ниже кроме строки “Оплаченная реклама”. Размер файла – 0,47 Mb.

При использовании электродвигателя в инструментах, одной из серьёзных проблем является регулировка скорости их вращения. Если скорость недостаточно высока, то действие инструмента является недостаточно эффективным.

Если же она излишне высока, то это приводит не только к существенному перерасходу электрической энергии, но и к возможному пережогу инструмента. При слишком высокой скорости вращения, работа инструмента может стать также менее предсказуемой. Как это исправить? Для этой цели принято использовать специальный регулятор скорости вращения.

Двигатель для электроинструментов и бытовой техники обычно относится к одному из 2 основных типов:

Коллекторные двигатели.
Асинхронные двигатели.

В прошлом, вторая из указанных категорий имела наибольшее распространение. Сейчас, примерно 85% двигателей, которые употребляются в электрических инструментах, бытовой или кухонной технике, относятся к коллекторному типу. Объясняется это тем, что они имеют большую степень компактности, они мощнее и процесс управления ими является более простым.

Действие любого электродвигателя построено на очень простом принципе: если между полюсами магнита поместить прямоугольную рамку, которая может вращаться вокруг своей оси, и пустить по ней постоянный ток, то рамка станет поворачиваться. Направление вращения определяется согласно «правилу правой руки».

Эту закономерность можно использовать для работы коллекторного двигателя.

Важным моментом здесь является подключение тока к этой рамке. Поскольку она вращается, для этого используются специальные скользящие контакты. После того, как рамка повернётся на 180 градусов, ток по этим контактам потечёт в обратном направлении. Таким образом, направление вращения останется прежним. При этом, плавного вращения не получится. Для достижения такого эффекта принято использовать несколько десятков рамок.

Устройство

Коллекторный двигатель состоит обычно из ротора (якоря), статора, щёток и тахогенератора:

Ротор - это вращающаяся часть, статор - это внешний магнит.
Щётки, сделанные из графита – это основная часть скользящих контактов, через которую на вращающийся якорь подаётся напряжение.
Тахогенератор – это прибор, который отслеживает характеристики вращения. В случае нарушения равномерности движения, он корректирует поступающее в двигатель напряжение, тем самым делая его более плавным.
Статор может содержать не один магнит, а, например, 2 (2 пары полюсов). Также, вместо статических магнитов, здесь могут быть использованы и катушки электромагнитов. Работать такой мотор может как от постоянного, так и от переменного тока.

Простота регулировки скорости коллекторного двигателя определяется тем, что скорость вращения прямо зависит от величины поданного напряжения.

Кроме этого, важной особенностью является то, что ось вращения непосредственно можно присоединять к вращающемуся инструменты без использования промежуточных механизмов.

Если говорить об их классификации, то можно говорить о:

Коллекторных двигателях постоянного тока.
Коллекторных двигателях переменного тока.

В этом случае, речь идёт о том, каким именно током происходит питание электродвигателей.

Классификация может быть сделана также и по принципу возбуждения двигателя. В устройстве коллекторного двигателя, электрическое питание подаётся и на ротор и на статор двигателя (если в нём используются электромагниты).

Разница состоит в том, как организованы эти подключения.

Тут принято различать:

Параллельное возбуждение.
Последовательное возбуждение.
Параллельно-последовательное возбуждение.

Регулировка

Теперь расскажем о том, как можно регулировать обороты коллекторных двигателей. В связи с тем, что скорость вращения мотора просто зависит от величины подаваемого напряжения, то любые средства регулировки, которые способны выполнять эту функцию для этого вполне пригодны.

Перечислим несколько такого рода вариантов для примера:

Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР).
Заводские платы регулировки , используемые в бытовых приборах (можно использовать в частности те, которые применяются в миксерах или в пылесосах).
Кнопки , используемые в конструкции электроинструментах.
Бытовые регуляторы освещения с плавным действием.

Однако, все вышеперечисленные способы имеют очень важный изъян. Вместе с уменьшением оборотов, одновременно уменьшается и мощность работы мотора. В некоторых случаях, его можно остановить даже просто рукой. В некоторых случаях, это может быть приемлемо, но большей частью, это является серьёзным препятствием.

Хорошим вариантом является выполнение регулировки оборотов посредством использования тахогенератора. Его обычно устанавливают на заводе. При отклонениях в скорости вращения мотора, через в мотор передаётся уже откорректированное электропитание, соответствующее требуемой скорости вращения. Если в эту схему встроить регулировку вращения мотора, то потери мощности здесь происходить не будет.

Как это выглядит конструктивно? Наиболее распространены реостатная регулировка вращения, и сделанная на основе использования полупроводников.

В первом случае, речь идёт о переменном сопротивлении с механической регулировкой. Она последовательно подключается к коллекторному электродвигателю. Недостатком является дополнительное выделение тепла и дополнительная трата ресурса аккумулятора. При таком способе регулировк, происходит потеря мощности вращения мотора. Является дешёвым решением. Не применяется для достаточно мощных моторов по упомянутым причинам.

Во втором случае, при использовании полупроводников, происходит управление мотором путём подачи определённых импульсов. Схема может менять длительность таких импульсов, что в свою очередь, меняет скорость вращения без потери мощности.

Как изготовить своими руками?

Существуют различные варианты схем регулировки. Приведём один из них более подробно.

Вот схема его работы:

Первоначально, это устройство было разработана для регулировки коллекторного двигателя на электротранспорте. Речь шла о таком, где напряжение питания составляет 24 В, но эта конструкция применима и для других двигателей.

Слабым местом схемы, которое было определено при испытаниях её работы, является плохая пригодность при очень больших значениях силы тока. Это связано с некоторым замедлением работы транзисторных элементов схемы.

Рекомендуется, чтобы ток составлял не более 70 А. В этой схеме нет защиты по току и по температуре, поэтому рекомендуется встроить амперметр и контролировать силу тока визуально. Частота коммутации составит 5 кГц, она определяется конденсатором C2 ёмкостью 20 нф.

При изменении силы тока, эта частота может изменяться между 3 кГц и 5 кГц. Переменный резистор R2 служит для регулировки тока. При использовании электродвигателя в бытовых условиях, рекомендуется использовать регулятор стандартного типа.

При этом, рекомендуется подобрать величину R1 таким образом, чтобы правильно настроить работу регулятора. С выхода микросхемы, управляющий импульс поступает на двухтактный усилитель на транзисторах КТ815 и КТ816, далее идёт уже на транзисторы.

Печатная плата имеет размер 50 на 50 мм и изготавливается из одностороннего стеклотекстолита:

На этой схеме дополнительно указаны 2 резистора по 45 ом. Это сделано для возможного подключения обычного компьютерного вентилятора для охлаждения прибора. При использовании в качестве нагрузки электродвигателя, необходимо схему заблокировать блокирующим (демпферным) диодом, который по своим характеристикам соответствует удвоенному значению тока нагрузки и удвоенному значению питающего напряжения.

Работа устройства при отсутствии такого диода может привести к поломке вследствие возможного перегрева. При этом, диод нужно будет поместить на теплоотвод. Для этого, можно воспользоваться металлической пластиной, которая имеет площадь 30 см2.

Регулирующие ключи работают так, что потери мощности на них достаточно малы. В оригинальной схеме, был использован стандартный компьютерный вентилятор. Для его подключения использовалось ограничительное сопротивление 100 Ом и напряжение питания 24 В.

Собранное устройство выглядит следующим образом:

При изготовлении силового блока (на нижнем рисунке), провода должны быть присоединены таким образом, чтобы было минимум изгибов тех проводников по которым проходят большие токи.Мы видим, что изготовление такого прибора требует определённых профессиональных знаний и навыков. Возможно, в некоторых случаях имеет смысл воспользоваться покупным устройством.

Критерии выбора и соимость

Для того, чтобы правильно выбрать наиболее подходящий тип регулятора, нужно хорошо представлять себе, какие есть разновидности таких устройств:

Различные типы управления. Может быть векторная или скалярная система управления. Первые применяются чаще, а вторые считаются более надёжными.
Мощность регулятора должна соответствовать максимально возможной мощности мотора.
По напряжению удобно выбирать устройство, имеющее наиболее универсальные свойства.
Характеристики по частоте. Регулятор, который вам подходит, должен соответствовать наиболее высокой частоте, которую использует мотор.
Другие характеристики. Здесь речь идёт о величине гарантийного срока, размерах и других характеристиках.

В зависимости от назначения и потребительских свойств, цены на регуляторы могут существенно различаться.

Большей частью они находятся в диапазоне примерно от 3,5 тысяч рублей до 9 тысяч:

Регулятор оборотов KA-18 ESC , предназначенный для моделей масштаба 1:10. Стоит 6890 рублей.
Регулятор оборотов MEGA коллекторный (влагозащищенный). Стоит 3605 рублей.
Регулятор оборотов для моделей LaTrax 1:18. Его цена 5690 рублей.

На основе мощного симистора BT138-600, можно собрать схему регулятора скорости вращения двигателя переменного тока. Эта схема предназначена для регулирования скорости вращения электродвигателей сверлильных машин, вентиляторов, пылесосов, болгарок и др. Скорость двигателя можно регулировать путем изменения сопротивления потенциометра P1. Параметр P1 определяет фазу запускающего импульса, который открывает симистор. Схема также выполняет функцию стабилизации, которая поддерживает скорость двигателя даже при большой его нагрузке.

Например, когда мотор сверлильного станка тормозит из-за повышенного сопротивления металла, ЭДС двигателя также уменьшается. Это приводит к увеличению напряжения в R2-P1 и C3 вызывая более продолжительное открывание симистора, и скорость соответственно увеличивается.

Регулятор для двигателя постоянного тока

Наиболее простой и популярный метод регулировки скорости вращения электродвигателя постоянного тока основан на использовании широтно-импульсной модуляции (ШИМ или PWM ). При этом напряжение питания подается на мотор в виде импульсов. Частота следования импульсов остается постоянной, а их длительность может меняться — так меняется и скорость (мощность).

Для генерации ШИМ сигнала можно взять схему на основе микросхемы NE555. Самая простая схема регулятора оборотов двигателя постоянного тока показана на рисунке:

Здесь VT1 — полевой транзистор n-типа, способный выдерживать максимальный ток двигателя при заданном напряжении и нагрузке на валу. VCC1 от 5 до 16 В, VCC2 больше или равно VCC1. Частоту ШИМ сигнала можно рассчитать по формуле:

F = 1.44/(R1*C1) , [Гц]

где R1 в омах, C1 в фарадах.

При номиналах указанных на схеме выше, частота ШИМ сигнала будет равна:

F = 1.44/(50000*0.0000001) = 290 Гц.

Стоит отметить, что даже современные устройства , в том числе и высокой мощности управления, используют в своей основе именно такие схемы. Естественно с использованием более мощных элементов, выдерживающих большие токи.

Схема регулятора оборотов микродрели

Очень часто при работе и просверливания отверстий в плате , мы то откладываем микродрель,то обратно берем ее в руки и продолжаем сверлить.Но зачастую двигатели греются на высоких оборотах, и в руку уже труднее взять.

Изза вибрации часто она может соскользнуть с платы,и сделать шлейф.Для этих целей предлогаю собрать регулятор оборотов своими руками .

Принцип работы следующий, когда нагрузка небольшая, то небольшой и ток проходи,и обороты понижены,как только нагрузка возрастает,обороты повышаются.

Схема устройства:

Огромный плюс устройства в том что двигатель работает в облегченном режиме,и меньше изнашиваются контактные щетки.

Это главный ответ на вопрос как сделать что бы при сверлении обороты повышались

Печатная плата

Радиодетали для регулятора

Микросхему LM317 необходимо установить на радиатор в избежание перегрева. Установка куллера нетребуется
Конденсаторы электролитические на номинальное напряжение 16В.
Диоды 1N4007 можно заменить на любые другие рассчитанные на ток не менее 1А.
Светодиод АЛ307 любой другой. Печатная плата выполнена на одностороннем стеклотекстолите.
Резистор R5 мощностью не менее 2Вт, или проволочный.

БП должен иметь запас по току, на напряжение 12В. Регулятор работоспособен при напряжении 12-30В, но свыше 14В придется заменить конденсаторы на соответствующие по напряжению.
Готовое устройство после сборки начинает работать сразу.

Налаживание и мелочи в работе

Резистором P1 выставляем требуемую частоту вращения на холостом ходу. Резистор P2 служит для установки чувствительности к нагрузке, им выбираем нужный момент увеличения оборотов. Если увеличить емкость конденсатора C4, то увеличится время задержки высоких оборотов или если двигатель работает рывками.
Я увеличил емкость до 47uF.
Двигатель для устройства не критичен. Только необходимо чтобы он был в хорошем состоянии.
Я долго мучился, уже подумал, что у схемы был глюк, что она непонятно как регулирует обороты, или уменьшает обороты во время сверления.
Но разобрал двигатель, прочистил коллектор, подточил графитовые щетки, смазал подшипники, собрал.
Установил искрогасящие конденсаторы. Схема заработала прекрасно.
Теперь не нужен неудобный выключатель на корпусе микродрели.