Стабилизированный регулятор оборотов электродрели

Для качественного сверления отверстий плат необходимо использовать электродрель со стабилизатором крутящего момента и оборотов. Транзисторный стабилизированный блок имеет большие потери мощности на регулируемом транзисторе. Большой вес и габариты трансформатора и радиаторов не позволяют выполнить переносной вариант прибора.

Тиристорные регуляторы напряжения выгодно отличаются малым весом и техническими возможностями стабилизации оборотов и крутящего момента электродвигателя. Падение напряжения на силовом тиристоре в импульсном режиме незначительно и при небольшой мощности отпадает потребность в радиаторе.

Характеристики:
Напряжение сети 220Вольт
Мощность 300 Ватт
Ток нагрузки 10 Ампер
Стабилизация 86,7%

Схема регулятора оборотов электродрели стабилизирует крутящий момент введением положительной обратной связи с электродвигателя М1 через RC цепь R12C2 VD2R6R1C1 на эмиттер однопереходного двухбазового транзистора VT1
Диод VD2 позволяет подавать на эмиттер транзистора VT1 только импульсы положительной полярности со щёток электродвигателя дрели М1. Переменный резистор R6 работает как регулятор оборотов, и в тоже время стабилизирует их при изменении нагрузки:
Без Обратной связи 0,6А 22,2 В 13ватт 260 об. мин
С Обратной связью 2,8 А 21 В 58,8 ватт 520 об.мин
С обратной связью обороты падают незначительно, при холостом ходе в 600 оборотов.

Характеристики двухбазовых транзисторов:

Входная вольт-амперная характеристика транзистора К117:

Однопереходные двухбазовые транзисторы предназначены для работы в генераторах периодических и однократных импульсов Сопротивление между выводами транзисторов зависят от тока управляющего эмиттерного перехода. На входной вольтамперной характеристике однопереходных транзисторов имеется участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. При некотором напряжении на эмиттере происходит отпирание транзистора и быстрое нарастание тока через базу. Процесс происходит лавинообразно.
Однопереходный транзистор относится к семейству тиристоров. Однопереходный транзистор входит в транзисторно – тиристорную сборку КУ106А-Г и представляет собой гибридный прибор, состоящий из однопереходного транзистора и триодного тиристора.

Схема:
Отпирающий импульс с однопереходного транзистора VT1 поступает на управляющий электрод тиристора VS1,который переходит в проводящее состояние и остаётся в нём пока текущий через тиристор VS1 прямой ток больше тока удержания.
Напряжение с резистора R3 цепи катода VS1 через резисторы R7R9 поступает на управляющий электрод мощного тиристора VS2 и приводит его в открытое состояние.

Порог включения тиристора VS2 устанавливается резистором R9. ввиду большого разброса входных характеристик.Анод силового тиристора непосредственно связан с электромотором электродрели М1.
Импульсы отрицательной полярности возникшие при вращении электродвигателя устраняютCя диодом VD3.
Часть напряжения с коллектора двигателя поступает на стабилизацию вращения – в эммитер двухбазового транзистора VT1.
Светодиод HL1 индицирует напряжение на электродвигателе элекродрели и снижает импульсные помехи напряжением более 300 Вольт.

Диод VD3 обеспечивает протекание обратного тока якоря электродвигателя в то время, когда тиристор заперт. В начале каждого полупериода напряжение выпрямителя через диод VD2 и резисторы R1,R6 поступает на зарядку конденсатора С1, противо –э.д.с в этот момент еще отсутствует. Далее напряжение на аноде тиристора VS2 будет равно разнице напряжения диодного моста VD4-VD7 и противо- э.д.с якоря, то есть от скорости вращения.

Уменьшение скорости при увеличении момента нагрузки на валу снижает противо-э.д.с и ускоряет зарядку конденсатора С1, уменьшает угол задержки отпирания тиристора -снижение скорости почти полностью компенсируется.
Импульсы напряжения с резистора R3 поступают на управляющий электрод маломощного тиристора VS1 для предварительного усиления, далее через резисторы установки порога включения R7,R9
на управляющий электрод мощного силового тиристора VS2.Цепь VD1,R9 снижает влияние сетевого напряжения и нагрузки на работу релаксационного генератора на транзисторе VT1.
Ток тиристора VS1 ограничен номиналом резистора R4,снижать его значение не рекомендуется, так как будет нарушено восстановление управляемости, то есть снизится интервал между переходом тока и напряжения тиристора через ноль в отрицательную полярность и обратно в положительную.

Время восстановления зависит от многих факторов: прямого и обратного тока, амплитуды запираемого напряжения и напряжения на управляющем электроде.
Кстати, радиопомехи создает обратный ток, который почти мгновенно спадает на этапе запирания тиристора с очень большой скоростью и может вызвать перенапряжения.
Принудительная коммутация создаётся установкой диода VD3 и позволяет прервать ток в тиристоре VS2 на время достаточное для запирания.

Практические испытания регулятора оборотов электродрели в разных режимах с изменением номиналов радиокомпонентов подтвердили теоретические обоснования в использовании положительной обратной связи для стабилизации скорости и оборотов электродвигателя:
Обороты холостого хода не превышали 600 об/мин,
нагрузка на вал электродвигателя в обоих случаях была около 4 кг силы, электродвигатель типа ДПР 72-Ф6-06 постоянного тока, длина корпуса 80мм, диаметр 40 мм.
Крутящий момент возрос при наличии обратной связи, обороты упали незначительно.

Радиодетали в схеме не дефицитные:
резисторы на мощность 0,25 ватт типа МЛТ, двухбазовый транзистор VT1 и тиристор VS1 можно заменить сборкой КУ106В-Г, тип силового тиристора и трансформатора зависит от напряжения и мощности используемого электродвигателя. Хорошо работают в схеме трансформаторы типа ТН-54 с четырьмя обмотками по 6,3 вольта и ток более трех ампер, соединённых в последовательную цепь.
Кремневая диодная сборка типа PBL405 имеет небольшое падение напряжения и не требует радиатора.
На плоский тиристор VS2 установить небольшой радиатор 60*40*50.

Регулировка схемы регулятора оборотов электродрели заключается в следующем:  при минимальном значении сопротивления резистора R6 (обороты) установить порог включения тиристора VS2 изменением номинала резистора R9, далее увеличением сопротивления резистора R6 установить требуемые обороты электродвигателя.
На рисунке печатного монтажа расположены почти все радиодетали кроме цепей коммутации, силового трансформатора и диодного моста, регулятор оборотов и светодиодный индикатор HL1 установлены на верхней крышке корпуса, на боковой стороне закреплены предохранитель FU1, выключатель SA1 и вывод силового шнура.

Литература:
1. Тиристоры. Технический справочник 1971г. Перевод с английского. Издательство «Энергия».
2.Регулятор оборотов электродрели. В.Новиков. « Радиомир» №5 2006 г. стр.19
3.Резисторы,конденсаторы,трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА. Справочник. Минск « Беларусь» 1994 г.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Sprint-Layout