Как сделать плавный пуск для болгарки своими руками

Как сделать плавный пуск для болгарки своими руками

Регулятор оборотов для болгарки своими руками: особенности применения, принципиальная схема, монтаж внутри корпуса. Что такое плавный пуск и как его подключить. Временные диаграммы регулятора оборотов и плавного пуска.

Практически у всех моделей болгарок нижнего ценового диапазона отсутствуют такие полезные опции, как регулировка скорости вращения шпинделя и плавный пуск. При наличии желания и некоторых навыков регулятор оборотов для болгарки можно изготовить своими руками, хотя гораздо проще приобрести готовый электронный блок за несколько сотен рублей. Регулировка частоты вращения расширяет возможности УШМ и позволяет выполнять с помощью нее обработку мягких материалов на пониженных скоростях резания. Помимо регулятора числа оборотов для УШМ очень полезной функцией является плавный пуск, который сглаживает резкое нарастание тока в обмотках электродвигателя в момент подачи на него напряжения. Этим предотвращается скачкообразное увеличение крутящего момента и «проседание» питающей сети. Кроме того, плавный пуск снижает ударные нагрузки на двигатель и редуктор болгарки, что защищает их от преждевременного износа.

Принцип работы ШИМ

В отличии от линейных систем, где мощность регулируется путём снижения электрических параметров (тока или напряжения), при использовании ШИМ мощность, передаваемая потребителю, регулируется временем импульсов, что существенно повышает эффективность работы контроллера. В аналоговых системах остаточная мощность рассеивалась в виде тепла, здесь же при снижении потребления остаточная мощность просто не используется.

Основная характеристика ШИМ – СКВАЖНОСТЬ (процент заполнения) – процентное соотношение длительности импульсов к периоду. На рисунке ниже изображено 5 степеней скважности прямоугольного ШИМ сигнала:

Скважность ШИМ

ПЕРИОД — это время за которое происходит полный цикл колебания сигнала. Измеряется в секундах. Он линейно зависит от частоты сигнала и рассчитывается по формуле:

f(частота) = 1/ T(перод)

Частота ШИМ – это количество периодов (или если хотите, циклов колебаний) в единицу времени. Частота измеряется в Герцах (Гц), 1 Гц это одно колебание в 1 секунду.

Если сигнал делает 100 колебаний в секунду, значит частота равняется 100 Гц. Чем выше частота тем меньше период.

Аналоги bp2831a

Существует несколько распространённых микросхем для создания драйверов питания светодиодов, например bp3122, bp2832, bp2833. Следует отметить, что принцип работы у всех вариантов одинаковый, есть лишь небольшие различия в подключениях вывода.

Схема включения bp3122

Схема включения bp2831

Схема включения bp2832a

Схема включения bp2833

Различаются эти микросхемы лишь мощностью выходного каскада.

U2010b схема регулировки оборотов

Непонимание работы ШИМ или PWM ( Pulse-width modulation ) часто приводит не только к их неправильному использованию, но даже к ошибкам в проектировании устройств использующих ШИМ для управления. Здесь, ограничившись конкретным применением, я попытаюсь рассказать что такое ШИМ, для чего она требуется и как работает.

Сначала, что такое ШИМ.

Когда нужна ШИМ

Главной причиной применения ШИМ является необходимость обеспечить пониженным постоянным напряжением силовых устройств электроники при сохранении высокого КПД, особенно в управляемых электроприводах.

Во внутренних сетях аппаратуры для питания устройств используется постоянное напряжение ограниченного набора напряжений, которые часто требуется изменить под требования конкретного устройства, стабилизировать или регулировать его. Это могут быть электроприводы постоянного тока, чипы, узлы радиоаппаратуры.

Регулировку можно осуществлять с помощью гасящих напряжение устройств: резисторов, транзисторов (если требуется регулировка). Главный недостаток такого решения потери мощности и повышенное тепловыделение на регулирующих устройствах.

Поскольку известно что выделяемая мощность равна :

P = I x U или P = I 2 x R Вт.

то чем больше ток I в цепи и падение напряжения U , тем больше потери мощности. Здесь R — величина сопротивления регулирующего элемента.

Представьте что требуется погасить хотя бы 3 V при токе нагрузки 10 A , это уже 30 Вт истраченных в пустую. А каждый ватт теряемой мощности не только снижает продолжительность работы источников питания, но и требует дополнительного оборудования для вывода выделяемого, этой мощностью, тепла.

Это относится к гасящим резисторам и полупроводниковым приборам тоже.

Но хорошо известно, что полупроводниковые приборы очень хорошо (с малыми потерями и тепловыделением) работают как ключи, когда имеют только два состояния открыт/закрыт.

Этот режим позволяет снизить потери на коммутирующем полупроводниковом приборе до уровня:

U _нас для современных полупроводниковых коммутаторов приближается к 0,3 v и при потребляемых токах 10 А потери мощности будут приближаться к 3 Вт. Это в режиме ключа, а при работе в устройствах ШИМ и меньше.

Реализовать преимущества ключевого режима в схемах понижающих и регулирующих напряжение постоянного тока, позволило использование ШИМ.

Повторюсь, широтно-импульсная модуляция — управление средним значением напряжения на интегрирующей нагрузке путём изменения скважности импульсов, с помощью управляющего ключа.

Работа ШИМ на интегрирующую нагрузку показана на рис. 1.

Главным условиям такого применения ШИМ является наличие интегрирующей нагрузки.

Потому что амплитудное значение напряжения равно E .

Это могут быть интегрирующая RC, LC, RLC или RL цепи и механические интеграторы (например электромотор).

При работе ШИМ на интегрирующей нагрузке напряжение — эквивалентное постоянное напряжение изменяется в зависимости от скважности ( Q ) импульсов.

здесь: Q — скважность, t и — длительность импульса, T — период следования импульсов.

С учетом скважности эквивалентное постоянное напряжение будет равно:

E _экв = Q x E Вольт

здесь: E _экв — эквивалентное постоянное напряжение ( Вольт ), Q — скважность, E — напряжение источника от которого запитан ШИМ преобразователь ( Вольт ).

Реально на зажимы нагрузки ШИМ подается напряжение равное E , а работа совершаемая электрическим током (или число оборотов электродвигателя) определяется именно E _экв . При восстановлении на интегрирующем конденсаторе получаем именно напряжение E _экв.

Мощность выделяемая на управляющем ключе, управляемом ШИМ равна:

Схема подключения нагрузки к ШИМ.

Никаких отличных от схемы включения электродвигателя на постоянном токе (частный случай нагрузки) схемных решений ШИМ не требует. Просто электродвичатель подключается к источнику питания работающего в режиме ШИМ. Разве что, в определенных ситуациях требуется ввести дополнительную фильтрацию помех возникающих на фронтах импульсов. Этот фильтр на рис. 2 в виде конденсаторов и демпфирующего диода.

На рис. 2 показано такое подключение.

Мы видим, что коммутатор (полевой транзистор) можно просто заменить на переменный резистор.

Схема PWM

В статье "Переходник для вентилятора 3 pin на 4 pin" http://de1fer.ru/?p=45#more-45 владелец блога приводит схему вентилятора с P WM .

здесь: GND — земля (общий), Control — контакт P WM управления, +12 — напряжение питания, Sense — вывод датчика оборотов.

В данной схеме управление возможно скорее постоянным током +I упр, чем ШИМ сигналом.

Для управления импульсным (ШИМ) сигналом требуется схема изображенная на рис. 4. Да и судя по параметрам транзистора "PWM" он выбирался именно для управления постоянным током. По крайней мере он будет нормально работать в таком режиме с вентилятором до 1,6 Вт.

А вот в импульсном режиме без конденсатора C , транзистор BC879 будет греться немного меньше чем на постоянном токе и возможен останов электродвигателя на малых длительностях токового импульса (малых оборотах) из-за его интегрирования на входной емкости C _вх транзистора.

Основные параметры кремниевого биполярного высокочастотного n-p-n транзистора BC879 от SIEMENS

В случае необходимости отключить PWM (ШИМ) управление в схеме показанной на рис. 3 необходимо просто соединить вывод Control с проводом +12v .

Есть другой вариант схемы вентилятора с P WM на форуме Radeon.ru

Существенных отличий от рис. 3 нет, только в качестве управляемого ШИМ ключа используется МОП полевой транзистор со встроенным или индуцированным каналом p- типа. Данная схема тоже может управляться как P WM так и постоянным напряжением (но рисковать не стоит — надо знать параметры транзистора).

Данная схема вполне работоспособна и не имеет недостатков схемы показанной на рис. 3.

Для отключения (в зависимости от типа транзистора) достаточно соединить вывод Control с проводом + или -.

Вниманию самодельщиков!

Я бы не рекомендовал применение вентиляторов имеющих встроенный PWM (4- pin ) одновременно с какими либо иным регуляторам оборотов вентилятора.

В случае если Вас не устраивает алгоритм управления PWM встроенного на материнскую (системную) плату.

И у Вас есть устраивающий Вас реобас (контроллер управления вентилятором), то используйте вентилятор с 3-pin соединитель.

Если вентилятор с PWM вам дорог или не имеет замены — то необходимо отключить PWM , способом описанным выше, заменив соединитель 4-pin на 3-pin и подключить к реобасу.

Но помните применение вентилятора с PWM в любом нештатном режиме не позволит достичь его максимальной производительности.

Применение одновременно с PWM — токового управления на постоянном токе не рекомендуется по причине снижение напряжения питания вентилятора на 10-20%, что не даст вывести такой вентилятор на полную производительность.

Применение одновременно с PWM — ШИМ по цепи питания может привести к периодической нестабильности работы вентилятора (возможно возникновение скользящих биений между частотами PWM — ШИМ по цепи питания систем) и создать неоднозначность для систем оснащенных системой стабилизации оборотов. Кроме того как и в предыдущем случае на 10-15% снизится результирующее напряжение на вентиляторе, что не даст вывести такой вентилятор на полную производительность.

Так что остановитесь на чем-то одном. Или используйте вентилятор с PWM , или применяйте внешнее управление вентилятором по цепи питания на вентиляторе с 3-pin разъемом.

Заключение

Применение PWM или ,как привыкли говорить мы, ШИМ повышает КПД понижающих напряжение устройств постоянного тока, что снижает общее тепловыделение электронных устройств с ШИМ.

ШИМ позволяет создавать компактные системы регулируемого электропривода постоянного тока большой мощности.

В современных устройствах постоянного тока управляющих напряжением и понижающих стабилизаторах напряжениях обычно регулировки выполняются с помощью ШИМ. Для этого выпускаются контроллеры требующие минимум навесных элементов.

Подключение внешнего потенциометра

Устройство подключают по схеме, указанной в инструкции по эксплуатации преобразователя.

Центральные контакты регулируемого реостата подключаются к аналоговым входам преобразователя 10. +10 В или 0-20 мА или 4-20 мА. Другие выводы подключаются к источнику опорного напряжения, связанного с входами для аналогового сигнала.

При наличии источника, встроенного в преобразователь, резистор для задания угловой частоты ротора подключат к соответствующим входам.

Для ручной регулировки скорости вращения двигателя в автоматических системах с датчиками технологических параметров необходим частотник с двумя или тремя аналоговыми входами.

Подключение потенциометра выполняют экранированными контрольными кабелями. При с расстоянии до частотника меньше 1 метра допускается использовать неэкранируемые провода. Для исключения влияния помех на работу привода реостат размещают как можно ближе к преобразователю частоты.

Номинальное сопротивление подбирают по чувствительности аналогового входа преобразователя. Величина управляющего сигнала должна попадать в диапазон. При значительной длине линии целесообразно обратиться в техническую поддержку производителя преобразователя, в ряде случаев нужно уменьшить номинальное сопротивление потенциометра. Для подавления индукционных помех в протяженных линиях используют емкостные фильтры 100-470 мкФ на 16 В, которые подключают между общей клеммой и движком потенциометра.

При подключении необходимо соблюдать правила устройства слаботочных линий: прокладывать кабель вдали от источников электромагнитного излучения, раздельно с силовыми цепями.

Принцип работы

Связь с остальными компонентами мультикоптера.

На вход ESC подается напряжение с аккумулятора и сигналы от полетного контроллера, а на выход регулятор отдает управляющее напряжение для привода. Соответственно регулятор должен обеспечивать:

1. Совместимость с полетным контроллером.
2. Максимальный ток для мотора (рассчитывается из спецификаций мотора и пропеллера) плюс 20 – 30%.
3. Потребление тока меньше, чем ток, отдаваемый аккумулятором поделенный на количество ESC.

*Простейшая схема подключения.

Профилактика возникновения проблем

Соблюдение простых правил поможет избежать проблем с педалью. Во-первых, не стоит оставлять её длительное время подключённой к электросети. Даже при отсутствии функциональной нагрузки детали устройства перегреваются, что провоцирует поломку. Во-вторых, в процессе работы или обслуживании швейной машинки нужно обеспечить сохранность корпуса и провода.

При выполнении работы возникает риск их повреждения ножкой стула, ножницами или другими предметами.

Продлить работу педали также может осторожное обращение, исключающее падение и механическое воздействие на корпус.

Проблемы с педалью редко возникают в машинках с электродвигателем TUR-2 (Чайка, Веритас, Подольская). В старых моделях Зингер провод очень толстый с внутренней изоляцией, что существенно снижает риск обрыва контактов.