РЕГУЛЯТОР ЧИСЛА ОБОРОТОВ ДРЕЛИ
C.NAGYMATE
У многих радиолюбителей имеется дрель на низкое напряжение ("сверлилка"), с помощью которой, например, легко и быстро сверлятся отверстия небольшого диаметра в печатных платах. Для работы такой"сверлилки"необходимо постоянное напряжение 12... 18 В, которое получается с помощью сетевого блока питания. При использовании спирального сверла диаметром 0.6...1 мм можно работать на максимальном числе оборотов - и никаких проблем не возникает. При увеличении диаметра сверла, из-за роста тормозящего момента необходимо постепенно уменьшать скорость.
"Элегантное" решение этой задачи дает электронный регулятор. С первого взгляда видна неожиданная простота схемы, показанной на рис.1. Она выглядит так, как если бы мы хотели построить широко известный двухполупериодный нестабилизированный блок питания. Но в схеме вместо обычных диодов использованы тиристоры. В результате, мы имеем два преимущества. Во-первых, тиристоры обычно больше размерами, чем диоды, а поэтому имеют большую теплоемкость, и для них необходимы радиаторы с меньшей поверхностью. Во-вторых, это - управляемые устройства, так что с их помощью можно управлять выпрямленным (пульсирующим) напряжением. Правда, необходимо отметить и недостаток схемы - для работы устройства необходим трансформатор со средним выводом.
Puc.1
Для включения тиристоров необходимо обеспечить на их управляющих электродах положительное по отношению к катоду напряжение. В схеме эту задачу решают резисторы R1 и R2. Эти резисторы вместе с потенциометром Р и R3 образуют делитель напряжения,"нижним" звеном которого будет R1 или R2 - в зависимости от того, находится ли в проводящем состоянии D1 или D2. Этот делитель управляет напряжением на затворах тиристоров во время положительного полупериода на анодах и, вследствие этого, длительностью открытого состояния.
Имеющийся в схеме светодиод D4 сигнализирует о том, что схема включена. Подключенный параллельно светодиоду диод D3 ограничивает попадающее на него обратное (запирающее) напряжение. Токоограничивающий резистор R4 обеспечивает обычный для светодиода ток, примерно равный 20 мА.
В зависимости от положения движка потенциометра Р и величины нагрузки, тиристоры в течение нескольких периодов находятся в проводящем состоянии; после этого они закрываются, и закрыты до тех пор, пока скорость не упадет настолько, чтобы они снова открылись. Включения и выключения происходят всегда в моменты времени, близкие к тем, когда сетевое напряжение проходит через ноль. Такой режим имеет огромное преимущество по сравнению с классическим способом регулировки по фазовому углу, поскольку не возникает импульсных помех, и можно сэкономить на сетевом фильтре, который чаще всего не очень эффективен.
Схема имеет еще один небольшой недостаток, связанный с ее принципом действия, и о нем необходимо упомянуть. Может случиться, что при малом числе оборотов мотор без нагрузки вращается неравномерно (дергается). Однако этот дефект можно минимизировать.
И наконец, вероятно, самое важное - схема спроектирована для "щеточных" моторов.
Монтаж, настройка. Для монтажа схемы целесообразно использовать печатную плату (рис.2). Сборочный чертеж приведен на рис.3.
Puc.2
Puc.3
Работа начинается с задания максимальной мощности. Опытный экземпляр изготавливался к дрели на 40 Вт. В соответствии с мощностью подбирается трансформатор. Лучше всего выбирать трансформатор, рассчитанный на максимальную мощность, которая в 1,5 раза больше соответствующей номинальной мощности. Для дрели на 40 Вт я использовал трансформатор на 63 ВА. В опытном образце печатная плата крепилась к трансформатору, так что весь блок регулятора представлял собой единое целое.
Внешние кабели подключаются только к выходу (гнезду предохранителя) и к потенциометру. Выходной разъем можно выбрать по своему усмотрению, но он должен быть рассчитан на максимальный выходной ток.
Естественно, ничто не мешает использовать плату другой топологии или вообще другую конструкцию. Резисторы R1 и R2 должны быть мощностью 0,5 Вт. На плате должно быть достаточно места для двух U-образных радиаторов для тиристоров.
После тщательной сборки и подключения кабелей, можно приступать к настройке схемы. К сожалению, ее нельзя отрегулировать с использованием искусственной нагрузки, поскольку в этом случае из-за отсутствия коммутации анодный ток тиристоров никогда не падает ниже порогового значения, так что они, независимо от положения потенциометра, остаются все время в проводящем состоянии.
Подключите мотор "сверлилки" к выходу и подайте на электронный блок напряжение. При изменении положения потенциометра должно меняться число оборотов. В случае неправильного функционирования, с помощью осциллографа проверьте форму сигнала, сравнив ее с показанной на рис.4. На рис.4а показана работа делителя без тиристоров, а на рис.46 - напряжение на затворе тиристора по отношению к катоду.
Puc.4
Если схема работает нормально, необходимо только отрегулировать минимальное число оборотов. Даже на низких оборотах мотор должен вращаться равномерно (в отсутствие нагрузки). Подключив временно вместо R3 потенциометр и установив регулирующий потенциометр Р в положение минимума, отыщите, при каком значении сопротивления получается необходимое минимальное число оборотов при равномерном ходе мотора (можно ожидать, что это минимальное число оборотов будет примерно равно 300 об/мин). Выпаяйте установленный временно потенциометр, измерьте его сопротивление,и в качестве R3 установите резистор, величина которого ближе всего соответствует измеренному значению. Несомненно, что таким образом можно получить отношение числа оборотов 1:40.
Разместите готовый блок в корпусе, соблюдая все правила техники безопасности при работе с электросетью и обратив особое внимание на те, которые касаются защиты от прикосновений.
Приведу еще одну схему (рис.5), которая также достаточно "экономна", но несколько сложнее предыдущей. Несколько дополнительных деталей обеспечивают качественное улучшение работы, т.е. крутящий момент у этой схемы лучше, чем у предыдущей.
В показанной на рис.5 схеме тиристор Тh включается с помощью управляющих импульсов, которые генерируются однопереходным транзистором Т. Напряжение на зарядную цепь P-R1-C1 транзистора поступает через включенный последовательно с двигателем резистор R6.
Рис. 5
Если под действием нагрузочного момента число оборотов мотора снижается, потребление тока увеличивается. Это приводит к увеличению падения напряжения на R6, в результате чего на управляющий электрод Тh будут поступать более широкие импульсы отпирания, и число оборотов мотора начнет увеличиваться. Временные диаграммы работы схемы приведены на рис.6.
Рис. 6
Выпрямительный мостик Gr, рассчитанный на максимальное потребление тока, обеспечивает схему пульсирующим с частотой 100 Гц напряжением. В отличие от схемы, показанной на рис.1, эту схему можно использовать для регулировки мощности бесколлекторных моторов, ламп накаливания и других потребителей.
Hobby Elektronika, 4/99. Перевод А.Бельского. Печатается с сокращениями.
Радиолюбитель 4/2000.