Сделай сам! Регулятор оборотов для болгарки своими руками

Сделай сам! Регулятор оборотов для болгарки своими руками

В болгарках с регулятором скорости применяют коллекторные двигатели с последовательным возбуждением. Они могут работать на постоянном или переменном токе. Двигатель такого типа легко регулируется изменением тока в цепи.

Благодаря тому, что современные регуляторы используют ключевое импульсное управление, они греются очень незначительно и могут быть встроены в корпус даже малогабаритного инструмента. Для регулирования используется потенциометр, ручка которого выводится на рукоятку машины.

Зачем контролировать скорость движения диска?

Различные скорости резания или шлифования требуются по физическим свойствам материалов, с которым работают. Так, высокая скорость при небольшом давлении требуется при резке твердых материалов, которые иначе могут крошиться или раскалываться. Мягкие материалы, нестойкие к действию тепла (термопласты, дерево), наоборот, требуют малой скорости:

• керамика: 10000 об/мин;
• металл: 8000 об/мин;
• твердые пластики: 5000 – 8000 об/мин;
• дерево: 3000 – 5000 об/мин;
• мягкие пластики: менее 2000 об/мин.

Все профессиональные инструменты снабжены стабилизированным регулятором скорости, но недорогие бытовые УШМ, мощностью менее 1200 Вт, не всегда дополняются им. В этой статье поговорим о том, как сделать такой регулятор самостоятельно, чтобы уменьшить обороты.

Устройство и принцип работы

Существует огромный выбор УШМ, которые отличаются производителем, техническими характеристиками и ценой. Но устройство и принцип работы болгарки неизменный. Внутри корпуса, состоящего из двух частей, вмонтированы:

• коллекторный электродвигатель определенной мощности;
• редуктор, соединенный с валом двигателя и отвечающий за вращение отрезного или шлифовального круга;
• шпиндель, выходящий из редуктора под прямым углом (отсюда название машинки – «угловая»).

Шлифовальный круг или другая насадка фиксируется на шпинделе. На корпусе болгарки привинчены одна или две рукоятки, за которые удобно держать инструмент во время работы. Неотъемлемые детали прибора: кнопка включения, фиксатор и защитный кожух. В тонкости электронной начинки не стоит вдаваться, так как основное внимание при выборе нужно остановить на технических параметрах агрегата.

Регулятор оборотов и плавный пуск — для чего нужны

В современных болгарках применяют две важные функции, повышающие надёжность и безопасность инструмента:

• регулятор оборотов — прибор, предназначенный для изменения количества оборотов двигателя в различных режимах работы;
• плавный пуск — схема, обеспечивающая медленное увеличение оборотов двигателя от нуля до максимального при включении устройства.

Применяются в электромеханических инструментах, в конструкции которых используется коллекторный двигатель. Способствуют уменьшению износа механической части агрегата во время включения. Снижают нагрузку на электрические элементы механизма, запуская их в работу постепенно.

Как показали исследования свойств материалов, наиболее интенсивная выработка трущихся узлов происходит во время резкого перехода из состояния покоя в режим быстрого движения. К примеру, один запуск двигателя внутреннего сгорания в автомобиле приравнивается по износу поршневой группы к 700 км пробега.

При включении питания происходит скачкообразный переход от состояния покоя до вращения диска со скоростью 2,5–10 тысяч оборотов в минуту. Тем, кто работал с болгаркой, хорошо известно ощущение, что машинка просто «вырывается из рук». Именно в этот момент и происходит подавляющее количество поломок, связанных с механической частью агрегата.

Не меньшую нагрузку испытывают и обмотки статора и ротора. Коллекторный двигатель стартует в режиме короткого замыкания, электродвижущая сила уже толкает вал вперёд, но инерция ещё не позволяет ему вращаться. Возникает скачок пускового тока в катушках электромотора. И хотя конструктивно они рассчитаны на такую работу, рано или поздно наступает момент (например, при скачке напряжения в сети), когда изоляция обмотки не выдерживает и происходит межвитковое замыкание.

При включении в электрическую схему инструмента схем плавного пуска и изменения частоты вращения двигателя, все вышеизложенные проблемы автоматически исчезают. Кроме всего прочего, решается проблема «провала» напряжения в общей сети в момент запуска ручного инструмента. А это значит, что холодильник, телевизор или компьютер не будут подвержены опасности «перегорания». А предохранительные автоматы на счётчике не будут срабатывать и отключать ток в доме или квартире.

Схема плавного пуска используется в болгарках средней и высокой ценовой категорий, блок регулировки оборотов — преимущественно в профессиональных моделях УШМ.

Регулировка оборотов позволяет обрабатывать болгаркой мягкие материалы, выполнять тонкую шлифовку и полировку — на большой скорости дерево или краска просто сгорят.

Дополнительные электросхемы повышают стоимость инструмента, но увеличивают срок службы и уровень безопасности при работе.

Самые лучшие производители болгарок

Производством угловых шлифовальных машинок занимаются отечественные и зарубежные фирмы. Высоких результатов достигли немецкий производитель Bosch, японские Hitachi и Makita. Преимущественно они выпускают модели для профессионального использования: болгарки с регулировкой оборотов, мощностью, превышающей 1200 Вт, и различными диаметрами дисков. Угловые шлифовальные аппараты дают возможность выполнять любые виды сложных работ. Используя специальные алмазные диски, можно резать бетон и камень, готовить под проволоку стены. Наличие дополнительной боковой ручки обеспечивает контроль над мощным электроинструментом во время его эксплуатации.

Размеры дисков для болгарки

Любая модель подходит для установки трех дисков разного диаметра: 115, 125 или 230 мм. Для точных и не слишком толстых резов выбирайте диски диаметром 115 мм.

Для резов толщиной до 8/9 см вы можете выбрать диски диаметром 125 мм. Наибольшую трудность представляет столкновение с более твердыми и прочными материалами. Для более толстых резов и твердых материалов идеально подходит лезвие 230 мм.

• Угловые шлифовальные машины с дисками 115 и 125 очень похожи как по производительности, так и по размерам и весу машины.
• Тем, кто использует его часто, следует выбрать 125 диски, так как они рассчитаны на более длительный срок службы.
• Для периодического использования подойдет 115-й диск. В данном случае лучшая модель для вас — аккумуляторная болгарка.
• Используйте ее где угодно, для подключения не нужны никакие кабели. Максимальная свобода передвижения.

Машины, оснащенные диском 230, значительно больше и тяжелее, и используются, в профессиональной сфере мастерами или строительными компаниями среднего и большого размера.

В этом случае без электрической угловой шлифовальной машины не обойтись. Обычно она работает от стандартной сети 220 В.

Как собрать схему регулировки?

Традиционная схема регулирования скорости довольно проста: фазоимпульсное отпирание симистора, в ней всего несколько деталей. Однако она ведет себя не слишком стабильно, поэтому профессиональный инструмент использует этот принцип в усложненном варианте, с обратной связью и защитой от перегрузки по току (микросхемы U2008B и U2010B).

Сейчас появляются более продвинутые варианты, с использованием ШИМ-регуляторов. Их схемы немного сложнее, но главные сложности там возникают при наладке и сборке. Могут потребоваться приборы стоимостью в десятки тысяч рублей (осциллограф), и умение работы с недешевыми деталями, которые боятся статических зарядов. В общем, это не для обычных потребителей.

Поэтому лучше взять среднее решение: вариант с симистором и микросхемой U2008, эта схема потребует лишь правильной сборки и недорогих деталей. Несложное устройство, но для бытового инструмента оно работает просто превосходно.

Принципиальная электрическая схема

Принципиальная схема изображается на рисунке ниже:

Большинство деталей, используемых в схеме: резисторы МЛТ-0.25, конденсаторы К73-17.

ВНИМАНИЕ! Резистор R2, независимо от его конструкции, должен иметь хорошо изолированную ручку. Он имеет непосредственную связь с питающей сетью.

Конденсатор C4 типа К50-35 на напряжение 50 В. Нужно учесть, что на вывод 5 микросхемы D1 подается отрицательное напряжение. Обычно в схемах общим проводом сделан минус, но здесь плюс. Резистор R5 МЛТ-0.5, R7 – лучше применить многооборотный пленочный резистор. Диод D1 можно брать КД105Б, В или аналогичный. Резистор R8 – МЛТ-2, на нем будет падать заметная мощность. Резистор R9 обсуждается далее.

Работа схемы

Микросхема U2008B – это фазовый регулятор, стабилизированный по напряжению. В нем предусмотрен выбор между функцией плавного пуска и стабилизацией скорости. На вывод 1 подается сигнал от датчика тока или, если используют плавный пуск, подключается электролитический конденсатор емкостью несколько микрофарад.

К выводу 2 подключают конденсатор фазозадающей цепи. Вывод 3 – вход регулятора угла отпирания симистора. Чем больше этот угол, тем позднее отпирается симистор в каждом полупериоде, и тем меньше энергии передается в регулируемую нагрузку. Вывод 4 – это общий вывод, земля для схемы. Не следует путать ее с физической землей или заземлением. Вывод 5 – питание микросхемы, от выпрямителя на сопротивлении R8, диоде D1 и конденсаторе C4.

Вывод 6 – это подстройка минимального угла открывания симистора. Его регулируют так, чтобы при крайнем положении резистора R2 в нагрузке достигалась наибольшая мощность. Вывод 7 – вход датчика напряжения сети. Микросхема использует его для компенсации фазового сдвига и определения уровня автоматического перезапуска. Также, внутренним образом, в самом чипе организована защита по току в нагрузке.

Вывод 8 – это выход импульсов управления симистором.

Резистор R9 подбирается так, чтобы напряжение на нем составляло +- 250 мВ. Для этого нужно знать ток, протекающий через мотор. Его можно определить по мощности, разделив мощность на напряжение сети. Например, для мощности 600 Вт, ток будет равен 600/220 = 2.72 А. Тогда R9 = 0.25/2.72 = 0.09. Резистор 0.1 Ом можно изготовить из куска нихромового провода достаточной толщины, чтобы он не нагревался.

Приведенная схема будет стабилизировать скорость вращения, делая ее независимой не только от напряжения сети, но и в хорошей степени от нагрузки на диск болгарки. Если нужен только плавный пуск, то вместо R9 нужна перемычка, а C1 нужно заменить на электролитический конденсатор емкостью 22 … 100 мФ. К выводу 1 микросхемы нужно подключить минус конденсатора.

Порядок сборки

Для сборки лучше всего использовать печатный монтаж. Он прочно закрепляет детали. Схема выше нарисована таким образом, что может подсказать как располагать детали – все выводы микросхемы идут от ключа по кругу в порядке возрастания. Из-за необходимости охлаждения симистора, размер платы не может оказаться меньше, чем спичечный коробок.

Охлаждать симистор придется, так как в более-менее мощных моделях болгарки на нем будет падать около 10-15 Вт мощности. Поэтому нужно предусмотреть место для алюминиевого радиатора для симистора. На листе бумаги в натуральную величину рисуют монтажную схему и с помощью кернера переносят отверстия под выводы деталей на заготовку из фольгированного текстолита. Отверстия сверлят мини-дрелью сверлами подходящего под выводы деталей диаметра.

Затем со стороны, обратной установке деталей, аккуратно рисуют нитролаком дорожки, стараясь, чтобы они не замыкали между собой. После высыхания, плату травят раствором хлорного железа, или медного купороса с обычной кухонной солью. Протравленную плату нужно тщательно промыть большим количеством воды и высушить. Высушенную плату залуживают, используя канифоль и припой.

Выводы деталей также залуживают перед запайкой в плату, стараясь не перегревать полупроводниковые детали, особенно микросхему. Перед лужением можно протереть выводы спиртом, это может значительно облегчить качество лужения, особенно, если выводы касались руками.

СОВЕТ: В таких работах как химия, лужение и пайка руки человека всегда грязные по определению. Малейшие следы жира портят поверхность лужения и затрудняют работу флюсу. Не следует касаться поверхностей лужения руками, используйте пинцеты.

Какие болгарки можно найти на российских прилавках

УШМ отличаются друг от друга не только размерами и весом, но и скоростью вращения диска. Более тяжёлые болгарки средних размеров разгоняют диск до 6000—7000 об/мин. Для подобного рода приборов скорость невелика, однако при этом мощность позволяет «распускать» довольно толстостенный металл.

Полезно знать! Чем меньше количество оборотов в минуту, тем больший диаметр диска можно использовать для работы.

Маленькие УШМ имеют очень высокую скорость вращения диска

Для бытовых нужд часто используются угловые шлифовальные машинки, имеющие очень малый вес, который позволяет удерживать её одной рукой, и уменьшенные габариты. Такие УШМ развивают скорость до 16 000 об/мин., а диски, используемые для работы, очень малы.

Существуют и очень большие болгарки, которыми можно работать только при помощи специальной подставки, однако применяются они лишь для промышленных нужд и в целом их уже можно отнести в разряд торцевой пилы. Подобное оборудование сегодня рассматриваться не будет.

У болгарки средних размеров мощность выше, но количество оборотов диска в минуту меньше

Статья по теме:

Электрическая сабельная пила: для чего нужна, виды и основные характеристики, полотна для сабельной пилы; отличия моделей по гипсокартону, дереву, металлу и газобетону; обзор производителей электроножовок; рейтинг аккумуляторных, бытовых и профессиональных пил, ремонт оборудования — в нашей публикации.

Дополнительные функции болгарок

Профессиональные угловые шлифовальные машинки оснащаются дополнительными функциями, благодаря которым специалистам удается выполнять комплекс сложных строительных работ:

• наличие клавиши плавный пуск, которая позволяет обеспечить сохранность редуктору;
• защита от заклинивания дисков (в том случае, когда диск застрял в рельсе, функция автоматически отключает инструмент от электропитания);
• оснащение быстросъемным зажимом SDS;
• защита от случайного пуска (благодаря специальному дизайну клавиши пуск, исключается возможность непреднамеренного включения болгарки);
• функция регулировки и поддержки оборотов (мастер самостоятельно выставляет рабочие параметры, которые поддерживаются в нужном режиме посредством электронной схемы) и т. д.

Чтобы угловая шлифовальная машинка на протяжении многих лет могла выполнять свои прямые функции, мастер должен отнестись с большой ответственностью к процессу ее покупки. Выбрав понравившуюся модель, покупатель должен изучить все ее технические и эксплуатационные характеристики, заявленные производителем в сопроводительной документации.