Регулятор оборотов для бормашинки своими руками

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 05.10.2024

При работе с выводными компонентами приходится изготавливать печатные платы с отверстиями, это, пожалуй, одна из самых приятных частей работы, и, казалось бы, самая простая. Однако, очень часто при работе микродрель приходится то отложить в сторону, то снова взять ее в руки, чтобы продолжить работу. Микродрель лежащая на столе во включенном состоянии создает довольно много шума из-за вибрации, к тому же она может слететь со стола, а зачастую и двигатели прилично нагреваются при работе на полную мощность. Опять же, из-за вибрации довольно трудно точно прицеливаться при засверливании отверстия и нередко бывает так, что сверло может соскользнуть с платы и проделать борозду на соседних дорожках.

Решение проблемы напрашивается следующее: нужно сделать так, чтобы микродрель имела маленькие обороты на холостом режиме, а при нагрузке частота вращения сверла увеличивалась. Таким образом, нужно реализовать следующий алгоритм работы: без нагрузки – патрон крутится медленно, свело попало в кернение - обороты возросли, прошло насквозь – обороты снова упали. Самое главное, что это очень удобно, во-вторых двигатель работает в облегченном режиме, с меньшим нагревом и износом щеток.

Ниже приведена схема такого автоматического регулятора оборотов, обнаруженная в интернете и немного доработанная для расширения функционала:

После сборки и тестирования выяснилось, что под каждый двигатель приходится подбирать новые номиналы элементов, что совершенно неудобно. Также добавили разрядный резистор (R4) для конденсатора, т.к. выяснилось, что после отключения питания, а особенно при отключённой нагрузке, он разряжается довольно долго. Изменённая схема пробрела следующий вид:

Автоматический регулятор оборотов работает следующим образом — на холостых оборотах сверло вращается со скоростью 15-20 оборотов/мин., как только сверло касается заготовки для сверления, обороты двигателя увеличиваются до максимальных. Когда отверстие просверлено и нагрузка на двигатель ослабевает, обороты вновь падают до 15-20 оборотов/мин.

Собранное устройство выглядит следующим образом:

На вход подается напряжение от 12 до 35 вольт, к выходу подключается микродрель, после чего резистором R3 выставляется требуемая частота вращения на холостом ходу и можно приступать к работе. Здесь следует отметить, что для разных двигателей регулировка будет отличаться, т.к. в нашей версии схемы был упразднен резистор, который требовалось подбирать для установки порога увеличения оборотов.

Транзистор Т1 желательно размещать на радиаторе, т.к. при использовании двигателя большой мощности он может довольно сильно нагреваться.

Ёмкость конденсатора C1 влияет на время задержки включения и отключения высоких оборотов и требует увеличения если двигатель работает рывками.

Самым важным в схеме является номинал резистора R1, от него зависит чувствительность схемы к нагрузке и общая стабильность работы, к тому же через него протекает почти весь ток, потребляемый двигателем, поэтому он должен быть достаточно мощным. В нашем случае мы сделали его составным, из двух одноваттных резисторов.

Печатная плата регулятора имеет размеры 40 х 30 мм и выглядит следующим образом:

Весь процесс изготовления и сборки регулятора для минидрели занимает около часа.

После травления платы и очистки дорожек от защитного покрытия (фоторезиста или тонера, в зависимости от выбранного метода изготовления платы) необходимо засверлить в плате отверстия под компоненты (обратите внимание на размеры выводов различных элементов).

Сверлить отверстия рекомендуется со стороны дорожек, а для того, чтобы компоненты было легче устанавливать – со стороны деталей все отверстия необходимо немного раззенковать сверлом большего диаметра (3-4 мм).

Затем дорожки и контактные площадки покрываются флюсом, что очень удобно делать при помощи флюс-аппликатора, при этом достаточно флюса СКФ или раствора канифоли в спирте.

После лужения платы расставляем и припаиваем компоненты. Автоматический регулятор оборотов для микродрели готов к эксплуатации.

Данное устройство было проверено с несколькими видами двигателей, парой китайских различной мощности, и парой отечественных, серии ДПР и ДПМ – со всеми типами двигателей регулятор работает корректно после подстройки переменным резистором. Важным условием является чтобы он был в хорошем состоянии, т.к. плохой контакт щеток с коллектором двигателя может вызывать странное поведение схемы и работу двигателя рывками. На двигатель желательно установить искрогасящие конденсаторы и установить диод для защиты схемы от обратного тока при отключении питания.

Доброго времени суток всем читающим этот пост!
Пролог. Я понимаю, что большинство участников сего сообщества — матерые "электронные" волки, но вдруг кому-то мой пост, все же, будет полезен…
С недавних пор немного увлекся радиоэлектроникой, не в последнюю очередь из-за появления автомобиля. Изготовив пару печатных плат для контроля заряда АКБ(раз, два), я понял, что больше не хочу сверлить миллиметровые отверстия шуруповертом. И принялся изучать матчасть по теме микродрелей для печатных плат. Перечитал кучу форумов, пересмотрел гигабайты видео и полез в закрома. А в закромах был найден блок питания от отслужившего верой и правдой с десяток лет струйного принтера(24В/1А) и два моторчика из него же с маркировкой QK1-0889. Как ни искал, но точного даташита на этот моторчик я так и не нашел. Но крутится он от данного б/п очень даже шустро. Померял вал(2,3 мм) и заказал на AliExpress цанговый патрон с набором цанг. Пока набор был в пути я продолжал постигать тонкости сверления печатных плат. И вот, наткнулся на автоматический регулятор оборотов. Скажу сразу, что регуляторов для микродрелей существует великое множество. Я решил идти от простого к сложному.

Так вот самый простой регулятор, как у меня, состоит всего лишь из:
резисторы — 4шт.(3 постоянных, 1 подстроечный)
транзисторы — 2шт.
конденсатор-1 шт.
И размещается на платке размером, примерно, 30*30 мм.
Кое-какие детали пришлось заменить. Конденсатора на 220мкФ оказалось мало-мотор работал рывками, взял на 1000 мкФ. Вместо КТ817 взял КТ819, уж какой был под рукой. Подстроечник на 4,7к, что тоже не критично. R1 нашел на 9,1 Ома. Вообще R1 подбирается под кадждый двигатель индивидуально.

Принцип работы схемы простой: при включении дрель работает на небольших оборотах, позволяя точно "прицелиться" и подвести сверло в нужное место, при нажиме и увеличении тока в обмотке двигателя, выходной транзистор открывается и дрель раскручивается до полных оборотов. Когда отверстие просверлено и нагрузка на сверло падает, обороты снова опускаются до минимальных(задаются подстроечным резистором). Чем больше емкость электролитического конденсатора, тем более инертным стает мотор, но зато работает стабильнее, без рывков и подергиваний.
К моменту прибытия патрона я уже сделал печатную плату и протестировал ее с моторчиком. Результатом остался доволен. После окончательной сборки дрели радости не было предела! Теперь сверлить отверстия — одно удовольствие!

Следующим шагом, думаю, будет сверлильный станок. С ШИМ — контроллером, поддерживающим обороты, подсветкой и применение твердосплавных сверл из карбида вольфрама. Но это уже совсем другая история!(с)
На последок небольшое видео с демонстрацией работы регулятора, без сверла. И снимать не удобно, и сверлить, пока, нечего.

Бормашинка для народного умельца является прекрасным универсальным инструментом. Для меня она в первую очередь является гравировальной машинкой для нанесения надписей на передние панели радиоустройств.

Схема блока питания для бормашинки представленная на рисунке 1, позволяет регулировать частоту вращения двигателя постоянного тока. Основой схемы является микроконтроллер PIC16F628A, который и обеспечивает ШИМ регулирование оборотов двигателя.

Частота широтно-импульсной модуляции равна 10000Гц, т.о. период импульсов ШИМ будет равен 100мкс. Длительность импульсов, от которой и зависит скорость вращения двигателя, в данной схеме регулируется переменным резистором, я тут пораскинул и решил, что так удобнее и быстрее, чем установка скорости кнопками. И еще – появляется возможность регулировки скорости вращения двигателя бормашинки с помощью ножной педали. Для удобства работы в схему введен светодиодный индикатор, который показывает в процентах длительность рабочего импульса от 0 до 99%. В нашем случае каждому проценту на индикаторе соответствует одна микросекунда, т.е. например, на индикаторе числу 50 соответствует импульс ШИМ с длительность 50мкс. Это обстоятельство может натолкнуть вас на возможность другого применения этой схемы.

Почти все детали устройства размещены на печатной плате. Микросхема стабилизатора напряжения имеет небольшой пластинчатый радиатор. Сетевой трансформатор — унифицированный ТН46, его вторичные обмотки рассчитаны на ток 2,6А. Таким образом, при напряжении питания двигателя 27В и токе 2,6А, мощность двигателя может достигать 27×2,6 = 70,2Вт. Можно задействовать и четвертую вторичную обмотки трансформатора, но тогда микросхема КР142ЕН12А будет работать почти на пределе по входному напряжению. 6,3В х 4 = 25,2В – это переменное напряжение на вторичных обмотках до выпрямительного моста без нагрузки. На конденсаторе фильтра в этом случае будет 35,5В. Предельно допустимое входное напряжение микросхемы – 37В. При броске напряжения в первичной сети микруха может крякнуть, для увеличения надежности перед стабилизатором напряжения можно поставить дополнительный параметрический стабилизатор, состоящий из стабилитрона и резистора, а можно просто гасящий резистор Ом на 51. В принципе мощность примененного двигателя зависит от мощности трансформатора. Естественно надо позаботиться и об отведении тепла от коммутирующего транзистора, применив соответствующий теплоотвод. При изготовлении этого блока питания, возможно, потребуется регулировка емкости конденсатора С1. При повороте ручки резистора R2 от начала до конца, показания индикатора должны изменяться от 0 до 99. Если показания индикатора меньше, то увеличивают емкость этого конденсатора. Остальное все должно работать. Есть вопросы – на форум! До свидания К.В.Ю. Схему, рисунок печатной платы, файл прошивки скачайте здесь.

Сверление печатных плат — настоящая головная боль для электронщика, но наше новое устройство поможет ее немного смягчить. Это простое и компактное дополнение к минидрели позволит продлить жизнь двигателю и сверлам. Схема, плата, инструкции по настройке, видео — все в статье!

Для чего нужен регулятор оборотов

Обычно минидрели строятся на базе обычных двигателей постоянного тока. А обороты таких двигателей зависят от нагрузки и приложенного напряжения. В результате на холостых оборотах двигатель раскручивается очень сильно, а в моменты сверления обороты двигателя плавают в большом диапазоне.

Если снижать напряжение на двигателе, когда не нем нет нагрузки, можно добиться увеличения ресурса как свёрл, так и самих двигателей. Кроме того, даже точность сверления повышается. Самый простой способ добиться этого — измерение тока, потребляемого двигателем.

Схема

ШИМ-регулятор со встроенным ключом MC34063 регулирует напряжение на двигателе. Напряжение на шунте R7,R9,R11 усиливается операционным усилителем и через компаратор подается на вход обратной связи ШИМ-контроллера.

Если ток меньше определенного значения, то на двигатель подается напряжение, зависящее от настройки сопротивления RV1. То есть на холостых оборотах на двигатель будет подаваться только часть мощности, а подстроечный резистор RV1 позволит отрегулировать обороты при этом.

Если сигнал на выходе ОУ превысит напряжение на компараторе, то на двигатель будет подано полное напряжение питания. То есть при сверлении двигатель будет включаться на максимальную мощность. Порог включения задается резистором RV2.
Для питания ОУ используется линейный стабилизатор.

Все компоненты схемы будут рассеивать очень мало тепла и можно собрать ее полностью на SMD-компонентах. Работать она может при большом диапазоне питающих напряжений (в зависимости от сопротивления R6), не требует контроллеров и датчиков оборотов.

Печатная плата

Перечень компонентов

Вот полный список всего, что потребуется для сборки:

Печатная плата (ссылка на файлы для изготовления в конце статьи)
U1 — MC34063AD, импульсный стабилизатор, SOIC-8
U2 — LM358, операционный усилитель, SOIC-8
U3 — L78L09, стабилизатор, SOT-89
D1,D3 — SS14, диод Шоттки, SMA — 2шт
D2 — LL4148, диод выпрямительный, MiniMELF
C1 — конденсатор, 10мкФ, 50В, 1210
C2 — конденсатор, 3.3нФ, 1206
C3,C4 — конденсатор, 4.7мкФ, 1206 — 2шт
C5 — конденсатор, 22мкФ, 1206
R1-R3,R7,R9,R11 — резистор 1 Ом, 1206 — 6шт
R4,R10 — резистор 22кОм, 1206 — 2шт
R5 — резистор 1кОм, 1206
R6 — резистор 10-27кОм, 1206. Сопротивление зависит от номинального напряжения используемого двигателя. 12В — 10кОм, 24В — 18кОм, 27В — 22кОм, 36В — 27кОм
R8 — резистор 390 Ом, 1206
RV1,RV2 — резистор подстрочный, 15кОм, типа 3224W-1-153 — 2шт
XS1 — клемма, 2 конт, шаг 3,81мм

Сборка и настройка

Собирается все достаточно просто. Контактные площадки нарисованы под ручную пайку.
Стоит начинать сборку самой платы с установки всех компонентов на стороне платы без подстроечных резисторов, а затем на обратной стороне. Клемму проще устанавливать в последнюю очередь. Номинал R6 подбирается в соответствии с номинальным напряжением вашего двигателя. В этом устройстве важно контролировать положение ключа на микросхемах и полярность диодов. Все остальные компоненты не полярные.

Между платой и двигателем над установить проставку, чтобы плата не касалась двигателя. Сама плата надевается прямо на ламели двигателя. Несколько раз проверьте полярность подключения двигателя, чтобы он крутился в правую сторону, а затем припаяйте контакты.

Настройка регулятора очень проста:

Установить резистором RV2 порог срабатывания регулятора на максимум
Установить резистором RV1 оптимальные обороты двигателя в режиме холостого хода
Установить резистором RV2 такой порог срабатывания, чтобы при появлении малейшей нагрузки, увеличивалось напряжение на двигателе

Видео

Эффект от использования сложно оценить по видео, но мы теперь всегда сверлим только с регулятором! Требуется лишь немного привыкнуть и следить чтобы сверла были хорошо заточены. И, конечно, его можно в любой момент просто включить на максимум на всегда.

Ссылки

Ссылки для скачивания всех необходимых файлов вы можете найти на основной странице проекта.
Спасибо за проявленный интерес!

Читайте также: