Устройство плавного пуска электроинструмента своими руками

Обычная розетка, если ее немного доработать, может продлить жизнь любому вашему инструменту — болгарке, циркулярной пиле, триммеру и т.п.

Все что для этого нужно — маленькая коробочка плавного пуска стоимостью около 200 рублей. Например такой марки как KRRQD12A.

Общеизвестно, что далеко не всякий инструмент снабжен подобными схемами плавного пуска. В основном они идут в дорогих моделях известных брендов Bosch, Hilti, DeWalt. Причем как в сетевой линейке, так и в аккумуляторной.

Электроинструмент без такого устройства имеет кучу недостатков:

искрение якоря на коллекторе с выгоранием ламелей якоря

выгорание щеток и более быстрое их стачивание

чаще выходят из строя обмотки ротора и статора

токовый бросок в общую электросеть

удары шестерней друг о друга и более быстрое их срабатывание

опасный рывок при запуске, вырывающий инструмент из рук и повышающий травмоопасность

При работе с торцевой пилой имеющей ПП, диск не будет сбиваться с подготовленной точки реза. Что немаловажно для непрофессиональных столяров.

Если у вас на даче или в доме на начальном этапе строительства еще нет электроэнергии и вы пользуетесь генератором, то рано или поздно поймете, что без БПП (блока плавного пуска) с резкими начальными токами, генератор долго не протянет. Поэтому такая штука способна сберечь не только инструмент, но и аварийные источники питания.

Можно конечно самостоятельно встроить БПП во внутрь той же болгарки или торцовки, однако разбирать технику и ковыряться во внутренностях охота далеко не каждому.

Плюс ко всему прочему, вскрытие нового корпуса влечет за собой потерю гарантии. Поэтому лучшее применение для блока KRRQD12A — это внешнее подключение.

Данная коробочка рассчитана на ток 12 Ампер.

Есть и более мощная модель на 20А.

Что характерно, габариты у них одинаковые, а разница в цене пару десятков рублей.

Казалось бы лучше взять ее, но для стандартной розетки в 16А более выгоден первый вариант. Не будет желания подключать более мощную нагрузку и тем самым подпалить все контакты.

Мастера самоделкины конечно собирают подобные схемки и своими руками, на основе тиристоров ВТА 12-600 или других, конденсаторов, динистора и парочки мелких резисторов. Примеров схем в интернете можно найти множество.

Но рядовому пользователю инструмента, гораздо проще все это купить в уже готовом компактном корпусе. Заказать подобный блок можно по ссылке отсюда.

Кстати будьте внимательны, есть похожие устройства, но с тремя проводками. Например XS-12/D3.

Или другие модели внешне похожие на KRRQD.

Но они собраны на несколько другом принципе и их нужно устанавливать после кнопки ПУСК, в самом инструменте. Напряжение на них должно подаваться только в момент замыкания пусковой кнопки болгарки и сразу исчезать после ее отпускания.

Схема подключения на них следующая:

Фаза подается на контакт "А", ноль на "С". Далее фаза выходным проводом управления идет на двигатель (это как раз третий проводок).

В двухпроводном блоке такого нет, так как подключается он в разрыв цепи, и напряжение (разность потенциалов) к нему прикладывается только в момент пуска и работы инструмента.

Еще один момент — так называемый электрический тормоз или тормозная обмотка на торцовках. С 3-х проводным внешним УПП он может не работать, а вот с 2-х проводной моделью будет.

Самое главное требование для такой розетки — это ее мобильность. Поэтому вам понадобится переноска.

С помощью нее можно будет плавно запускать инструмент в любом месте — в гараже, на даче, при строительстве своего дома на разных участках стройплощадки.

Первым делом переноску нужно разобрать.

Основные провода питания в ней могут быть либо припаяны, либо подсоединены на винтовых зажимах.

В зависимости от этого, также будет происходить и подключение вашей дополнительной розетки. Это должна быть именно дополнительная розетка возле переноски, чтобы иметь возможность одновременно подключать инструмент в разных режимах.

Кстати, если вы по ошибке включите болгарку или циркулярку, имеющие заводской встроенный плавный пуск в розетку, также снабженной таким УПП, то на удивление все будет работать. Единственный момент — получится задержка запуска пилы или оборотов диска на пару секунд, что не очень удобно в работе и без привычки может озадачить.

Вот реальные испытания такого подключения, проведенные одним мастером с ютуб BaRmAgLoT777. Его комментарий после таких опробований на гравере типа Dremel, дреле Bosch, фрезере Makita, циркулярной пиле Интерскол:

Далее для сборки розетки берете многожильный медный провод сечением 2,5мм2 и зачищаете его концы.

После чего необходимо залудить контактную площадку на переноске, куда будет припаиваться этот провод.

Надежно припаиваете жилы кабеля к этим площадкам.

Аккуратно укладываете провода и закрываете удлинитель.

Берете квадратную наружную розетку для установки на внешней поверхности стен, и в ее корпус примеряете блок плавного пуска. Так как он имеет компактные прямоугольные размеры, то должен поместиться туда без особых проблем.

Монтируете и закрепляете корпус розетки на одной площадке с удлинителем.

Он устанавливается на какой-то один из проводов.

Также для этого БПП, нет никакой разницы с какой стороны сделать вход, а с какой выход. Скрутки пропаиваются и изолируются термоусадкой.

После чего, все внутренности розетки собираются в корпус и остается всю конструкцию закрыть крышкой.

На этом вся переделка переноски и изготовление розетки можно считать завершенной. По времени это займет у вас не более 15 минут.

Если не хотите собирать громоздкую конструкцию из отдельной переноски + дополнительной розетки к ней, данное устройство плавного запуска можно собрать в одной каучуковой розетке вот такой формы.

Называется она — розетка с защитной крышкой переносная — РБп13-1-0м.

Блок KRRQD12A в ней прекрасно умещается внутри и ничему не мешает.

Подключив к ней длинный кабель КГ с вилкой, получите готовую розетку с БПП, дополнительно играющую роль удлинителя.

С такой розеткой пыле влагозащищенного исполнения, можно спокойно работать на улице, не боясь дождя, снега и посторонних брызг воды.

В обоих случаях у вас получится компактное мобильное устройство плавного пуска, через которое вы сможете подключать любой инструмент с двигателем мощностью до 2,5кВт.

Конечно инструмент без такого ПП может и проживет много лет, если производитель в нем изначально заложил повышенный запас прочности. Примером могут служить советские дрели.

Многие из них передавались по наследству в рабочем состоянии. Но сегодня такой подход к инструменту далеко не у каждого производителя. Скорее даже наоборот, экономят на всех комплектующих, удешевляя производство.

И логика здесь проста — скорее сгорит, быстрее придут за новым. Ресурс 5-10 лет для одних считается хорошим сроком. Для других же это не приемлемо.

Инструментом мастер должен работать так, чтобы в нем приходилось только периодически менять щетки, смазку и не забывать чистить. С вышеприведенной розеткой это вполне может стать для вас реальностью.

Плавный пуск получил широкое применение в безопасном запуске электродвигателей. Во время запуска двигателя происходит превышение номинального тока (Iн) в 7 раз. В результате этого процесса происходит уменьшение эксплуатационного периода мотора, а именно обмоток статора и значительная нагрузка на подшипники. Именно из-за этой причины и рекомендуется сделать плавный пуск для электроинструмента своими руками, где он не предусмотрен.

Общие сведения

Статор электродвигателя представляет собой катушку индуктивности, следовательно, существуют сопротивления с активной и реактивной составляющей.

При протекании электрического тока через радиоэлементы, имеющие сопротивление с активной составляющей, происходят потери, связанные с преобразованием части мощности в тепловой вид энергии. Например, резистор и обмотки статора электродвигателя обладают сопротивлением с активной составляющей. Вычислить активное сопротивление не составляет труда, так как происходит совпадение фаз тока (I) и напряжения (U). Используя закон Ома для участка цепи, можно рассчитать активное сопротивление: R = U/I. Оно зависит от материала, площади поперечного сечения, длины и его температуры.

Если ток проходит через реактивный тип элементов (с емкостными и индуктивными характеристиками), то, в этом случае, появляется реактивное R. Катушка индуктивности, не имеющая практически активного сопротивления (при расчетах не учитывается R ее обмоток). Этот вид R создается благодаря Электродвижущей силе (ЭДС) самоиндукции, которая прямо пропорционально зависит от индуктивности и частоты I, проходящего через ее витки: Xl = wL, где w — угловая частота переменного тока (w = 2*Пи*f, причем f — частота тока сети) и L — индуктивность (L = n * n / Rm, n — число витков и Rm — магнитное сопротивление).

При включении электродвигателя пусковой ток в 7 раз больше номинального (ток, потребляемый при работе инструмента) и происходит нагрев обмоток статора. Если статорная катушка является старой, то может произойти межвитковое КЗ, которое повлечет выход электроинструмента из строя. Для этого нужно применить устройство плавного пуска электроинструмента.

Одним из методов снижения пускового тока (Iп) является переключение обмоток. Для его осуществления необходимы 2 типа реле (времени и нагрузки) и наличие трех контакторов.

Пуск электромотора с обмотками, соединенными по типу «звезда» возможен только при 2-х не одновременно замкнутых контакторах. Через определенный интервал времени, который задает реле времени, один из контакторов отключается и включается еще один, не задействованный ранее. Благодаря такому чередованию включения обмоток и происходит снижение пускового тока. Этот способ обладает существенным недостатком, так как при одновременно замыкании двух контакторов возникает ток КЗ. Однако при использовании этого способа обмотки продолжают нагреваться.

Еще одним способом снижения пускового тока является частотное регулирование запуска электродвигателя. Принципом такого подхода является частотное изменение питающего U. Основной элемент этого вида устройств плавного пуска является частотный преобразователь, состоящий из следующих элементов:

1. Выпрямитель.
2. Промежуточная цепь.
3. Инвертор.
4. Электронная схема управления.

Выпрямитель изготавливается из мощных диодов или тиристоров, выполняющий роль преобразователя U питания сети в постоянный пульсирующий ток. Промежуточная цепь сглаживает пульсирующий постоянный ток на выходе выпрямителя, которая собирается на конденсаторах большой емкости. Инвертор необходим для непосредственного преобразования сигнала на выходе промежуточной цепи в сигнал амплитуды и частоты переменной составляющей. Электронная схема управления нужна для генерации сигналов, необходимых для управления выпрямителем, инвертором.

Принцип действия

Во время пуска электродвигателя коллекторного типа происходит значительное кратковременное увеличение тока потребления, которое и служит причиной преждевременного выхода из строя электроинструмента и сдачей его в ремонт. Происходит износ электрических частей (превышение тока в 7 раз) и механических (резкий запуск). Для организации «мягкого» пуска следует применять устройства плавного пуска (далее УПП). Эти устройства должны соответствовать основным требованиям:

1. Плавное увеличение нагрузки.
2. Возможность запуска двигателя через определенные интервалы времени.
3. Обеспечение защиты от линейных скачков U, пропадания фазы (для 3-фазного электродвигателя) и различных помех электрической составляющей.
4. Значительно повышение срока эксплуатации.

Наиболее широкое распространение получили симисторные УПП, принципом действия которых является плавное регулирование U при помощи регулировки угла открытия перехода симистора. Симистор нужно подключить напрямую к обмоткам двигателя и это позволяет уменьшить пусковой ток от 2 до 5 раз (зависит от симистора и схемы управления). К основным недостаткам симисторных УПП являются следующие:

1. Сложные схемы.
2. Перегрев обмоток при длительном запуске.
3. Проблемы с запуском двигателя (приводит к значительному нагреву статорных обмоток).

Схемы усложняются при использовании мощных двигателей, однако, при небольших нагрузках и холостом ходе возможно использование простых схем.

УПП с регуляторами без обратной связи (по 1 или 3 фазам) получили широкое распространение. В моделях этого типа появляется возможность предварительного выставления времени пуска и величины U перед пуском двигателя. Однако, в этом случае невозможно регулировать величину вращающего момента при нагрузке. С этой моделью применяется специальное устройство для снижения пускового тока, защиты от пропадания и перекоса фаз, а также от перегрузок. Заводские модели имеют функцию слежения за состоянием электромотора.

Простейшие схемы однофазного регулирования исполняются на одном симисторе и используются для инструмента с мощностью до 12 кВт. Существуют более сложные схемы, позволяющие производить регулировку параметров питания двигателя мощностью до 260 кВт. При выборе УПП заводского производства необходимо учесть такие параметры: мощность, возможные режимы работы, равенство допустимы токов и количество запусков в определенный промежуток времени.

Применение в болгарке

Во время запуска угловой шлифовальной машинки (УШМ) появляются высокие нагрузки динамического характера на детали инструмента.

Дорогие модели снабжены УПП, но не обыкновенные разновидности, например, УШМ фирмы «Интерскол». Инерционный рывок способен вырвать из рук УШМ, при этом происходит угроза жизни и здоровью. Кроме того, при пуске электродвигателя инструмента происходит перегрузка по току и в результате этого — износ щеток и значительный нагрев статорных обмоток, изнашивается редуктор и возможно разрушение режущего диска, который может треснуть в любой момент и причинить вред здоровью, а может даже и жизни. Инструмент нужно обезопасить и для этого следует сделать болгарку с регулировкой оборотов и плавным пуском своими руками.

Самодельные варианты

Существует множество схем модернизации электроинструмента при помощи УПП. Среди всех разновидностей широкое применение получили устройства на симисторах. Симистор — полупроводниковый элемент, позволяющий плавно регулировать параметры питания. Существуют простые и сложные схемы, которые отличаются между собой вариантами исполнения, а также поддерживаемой мощностью, подключаемого электроинструмента. В конструктивном исполнении бывают внутренние, позволяющие встраиваться внутрь корпуса, и внешние, изготавливаемые в виде отдельного модуля, выполняющего роль ограничителя оборотов и пускового тока при непосредственном пуске УШМ.

Простейшая схема

УПП с регулированием оборотов на тиристоре КУ 202 получил широкое применение благодаря очень простой схеме исполнения (схема 1). Его подключение не требует особых навыков. Радиоэлементы для него достать очень просто. Состоит эта модель регулятора из диодного моста, переменного резистора (выполняет роль регулятора U) и схемы настройки тиристора (подача U на управляющий выход номиналом 6,3 вольта) отечественного производителя.

Схема 1. Электросхема внутреннего блока с регулировкой оборотов и плавным пуском (схема электрическая принципиальная)

Благодаря размерам и количеству деталей регулятор этого типа можно встроить в корпус электроинструмента. Кроме того, следует вывести ручку переменного резистора и сам регулятор оборотов можно доработать, встроив кнопку перед диодным мостом.

Основной принцип работы заключается в регулировке оборотов электродвигателя инструмента благодаря ограничению мощности в ручном режиме. Эта схема позволяет использовать электроинструмент мощностью до 1,5 кВт. Для увеличения этого показателя необходимо заменить тиристор на более мощный (информацию об этом можно найти в интернете или справочнике). Кроме того, нужно учесть и тот факт, что схема управления тиристором будет отличаться от исходной. КУ 202 является отличным тиристором, но его существенный недостаток состоит в его настройке (подборка деталей для схемы управления). Для осуществления плавного пуска в автоматическом режиме применяется схема 2 (УПП на микросхеме).

Плавный пуск на микросхеме

Оптимальным вариантом для изготовления УПП является схема УПП на одном симисторе и микросхеме, которая управляет плавным открытием перехода p-n типа. Питается устройство от сети 220 В и ее несложно собрать самому. Очень простая и универсальная схема плавного пуска электродвигателя позволяет также и регулировать обороты (схема 2). Симистор возможно заменить аналогичным или с характеристиками, превышающими исходные, согласно справочнику радиоэлементов полупроводникового типа.

Схема 2. Схема плавного пуска электроинструмента

Устройство реализуется на основе микросхемы КР118ПМ1 и симисторе. Благодаря универсальности устройства его можно использовать для любого инструмента. Он не требует настройки и устанавливается в разрыв кабеля питания.

При пуске электродвигателя происходит подача U на КР118ПМ1 и плавный рост заряда конденсатора С2. Тиристор открывается постепенно с задержкой, зависящей от емкости управляющего конденсатора С2. При емкости С2 = 47 мкФ происходит задержка при запуске около 2 секунд. Она зависит прямо пропорционально от емкости конденсатора (при большей емкости время запуска увеличивается). При отключении УШМ конденсатор С2 разряжается при помощи резистора R2, сопротивление которого равно 68 к, а время разрядки составляет около 4 секунд.

Для регулирования оборотов нужно заменить R1 на резистор переменного типа. При изменении параметра переменного резистора происходит изменение мощности электромотора. R2 изменяет величину тока, протекающего через вход симистора. Симистор нуждается в охлаждении и, следовательно, в корпус модуля можно встроить вентилятор.

Основной функцией конденсаторов C1 и C3 является защита и управление микросхемой. Симистор следует подбирать, руководствуясь следующими характеристиками: прямое U должно составлять 400..500 В и прямой ток должен быть не менее 25 А. При таких номиналах радиоэлементов к УПП возможно подключать инструмент с мощностью от 2 кВт до 5 кВт.

Таким образом, для запуска электродвигателей различного инструмента необходимо использовать УПП заводского изготовления или самодельные. УПП применяются для увеличения срока эксплуатации инструмента. При запуске двигателя происходит резкое увеличение тока потребления в 7 раз. Из-за этого возможно подгорание статорных обмоток и износ механической части. УПП позволяют значительно снизить пусковой ток. При изготовлении УПП самостоятельно нужно соблюдать правила безопасности при работе с электричеством.

Дорогостоящие инструменты не всегда актуальны для бытового использования. Но более дешевые варианты не оснащаются специальными электронными платами контроля тока, поэтому плавный пуск не предусмотрен, что часто вызывает преждевременный выход прибора из строя. Небольшая модернизация своими руками позволяет уберечь электрические пилы (циркулярки и торцовки), а также дрели, шлифовальные машинки от перегрузок, причем такая схема не столь сложна для самостоятельного повторения.

Зачем нужен облегченный пуск электроинструменту

Схема плавного пуска представляет собой малогабаритную сборку из всего 5-6 электронных компонентов на базе мощного полупроводника с управлением от микросхемы. Размеры такой платы позволяют поместить ее непосредственно в ручке электроинструмента, но модернизация не всегда перспективна из-за необходимости сохранения гарантии от производителя, а также возможности применения такого прибора для различных инструментов. Схему запуска можно сделать самому по нескольким вариантам чертежей из интернета, но проще всего для торцовки или дрели использовать уже готовые блоки, предлагаемые в продаже. Они имеют много модификаций, что требует понимания принципа мягкого запуска и получаемых преимуществ.

Замедленный пуск необходим в первую очередь торцовочным пилам, которые не снабжены блоком регулировки оборотов двигателя. Сделать плавный пуск инструмента своими руками целесообразно по ряду причин:

• Запуск мощного электродвигателя приводит к значительным скачкам в электросети (пиковым броскам), что негативно воздействует как инструмент, та и на проводку. Альтернативные источники электроэнергии, как генераторы и инверторы, в такой ситуации испытывают перегрузку и либо отключаются в автоматическом режиме, либо могут выйти из строя. Запуск через специальный модуль значительно уменьшает пик броска напряжения, что исключает вероятность перегрузки во всей цепи.
• Торцовка без плавного пуска довольно быстро выходит из строя из-за ускоренного стачивания щеток, а также возникновения электрической дуги между контактами, что создает выгорание ламелей якоря и вызывает короткое замыкание обмоток ротора и статора. Двигатель резко набирает обороты, что при существенных диаметрах пилы приводит к большим инерционным силам, которые воздействуют на смещение инструмента не только в руках, а даже на стационарных крепежах. Такой резкий запуск может привести как минимум к резке материала в незапланированном месте, как максимум – вырыванию торцовки из рук или крепления с вероятностью возникновения несчастного случая. Установка маленького блока избавляет от таких проблем.
• Замедленный разгон ротора на торцовочной пиле обеспечивает не только безопасную ее эксплуатацию, а значительно продлевает срок службы, так как в момент запуска исчезают ударные нагрузки в механической части инструмента. Шестерни в передачи не бьются между собой, а крутящий момент правильно распределяется без разрушительных последствий, что существенно снижает механическую выработку узла.

Безопасный запуск своими руками

Чтобы сделать самому плавный пуск торцовки можно воспользоваться одним из популярных способов:

• Собрать электронную схему самостоятельно по предлагаемым на интернет просторах чертежам. Этот способ больше подходит любителям электромонтажных работ, так как необходимы знания и умения по подбору компонентов и отлаживанию электронных сборок. Детали приобретаются строго по требуемым параметрам (номиналам), причем их габариты важны для минимизации смонтированной платы. Не стоит забывать, что блок будет работать под высоким напряжением, поэтому качество пайки и общий монтаж должны отвечать правилам электрической безопасности. По этой причине метод не подходит для среднестатистического домашнего мастера.
• Приобрести специализированный блок плавного пуска (БПП) и подключить его к электроинструменту. Чтобы обеспечить мягкий запуск для различных бытовых устройств с электродвигателями рекомендуется приобретенный блок разместить в удлинителе или переноске. Но, стоит учесть, что существует несколько вариантов заводских модулей для замедленного разгона, причем они не взаимозаменяемы.

Описанный способ подходит только для коллекторных двигателей, с асинхронными он не срабатывает, у них другой принцип возбуждения обмотки и для регулировки пуска требуется совершенно другой прибор. БПП рассчитан на подключение только одного потребителя, одновременное подключение нескольких приборов недопустимо.

Модификации блоков ПП

Электронные сборки для замедленного запуска выпускаются в нескольких модификациях и с различными техническими параметрами. Токопроводящая мощность может быть от 10 до 50 А и подбирается на основании данных потребителя, при этом размеры сборок несущественно отличаются. Для модернизации торцовки своими руками рекомендуется использовать блоки мощностью с запасом, это облегчает рабочий режим общей схемы и дает возможность подключения потребителей большей мощности. Самыми распространенными БПП считаются на 16 А, подходят для электродвигателей до 3 кВт – это максимальная мощность для бытовых электроинструментов.

БПП отличаются по структуре и способу подключения:

• Модификация с тремя контактами (проводами).

Не может быть подключена по указанному выше принципу, так как имеет управляющий токопроводник, подача напряжения на который приводит к протеканию силового тока между другими двумя контактами, что должно приводить к запуску двигателя. Такие модули монтируются внутрь ручного электроинструмента (торцовки) с подключением управляющего провода к пусковой кнопке. Попытка подключения вне бытового прибора требует установки отдельной кнопки, причем пусковая клавиша на инструменте должна быть заблокирована во включенном положении, что крайне неудобно для эксплуатации в торцовки руках. Другие варианты подключения не дают эффекта плавного пуска, а БПП остается под постоянным напряжением, небезопасно и неэффективно. Такая модель блоков может быть использована для регулировки частоты вращения ротора, причем управляющий провод подключается через переменное сопротивление (резистор), которое и выполняет функцию регулятора.

• Модификация с двумя проводами (контактами).

Подключается в разрыв цепи, то есть в один из проводов, питающих любой коллекторный двигатель. Эффект медленного набора оборотов возникает за счет краткосрочного снижения пускового напряжения без уменьшения проходящего тока, что и обеспечивает мягкий, но уверенный запуск. Именно такие блоки могут быть смонтированы как в стационарные, так и в переносные розетки, причем кнопка включения на торцовочной пиле сохраняет свою функциональность.

БПП с тремя контактами подходят только для стационарных электроинструментов, для ручных бытовых приборов применяются блоки только с двумя проводами для подключения.

Мобильный облегченный запуск инструмента

Самый простой вариант организации плавного пуска для различных ручных электроинструментов – это установка БПП в розетку удлинителя, ведь вполне объемный его корпус имеет достаточно пространства для размещения даже самого мощного блока. Модернизация не занимает много времени и усилий:

• Аккуратно разобрать корпус удлинителя, организовав доступ к подходящим проводам.
• Блок ПП подключается в разрыв одного из проводов, что можно выполнить одним из способов: непосредственно в разрыв провода с организацией надежной скрутки и изоляции или к проводу и контактной группе.
• Размещение БПП в корпусе розетки рекомендуется на максимально возможном удалении от контактной группы с клеевой надежной фиксацией, так как всегда существует вероятность нагрева блока, что снижает изоляционную защиту и может привести при вибрации к короткому замыканию.
• Сборка корпуса должна обеспечить надежную укладку и фиксацию проводов без перекрещивания.

Все проводимые электромонтажные работы должны отвечать требованиям электрической безопасности, поэтому не стоит заниматься модернизацией при недостаточных знаниях об электротехнике.