Схема автоматичного регулювання оборотів мікродриля. Блок керування міні-дріллю

Схеми та конструкції регуляторів оборотів для мікродрилі радіоаматора

Доброго дня, шановні радіоаматори!
Вітаю вас на сайті

У цій статті ми розглянемо радіоаматорську схему, що полегшує роботу з мікродрилем. регулятор оборотів мікродрилі. Схема проста по виконанню і доступна радіоаматорам-початківцям.

Зі свердлінням отворів у друкованих платах стикається практично кожен радіоаматор. Для цього застосовують мікродрильз електродвигуна постійного струму з цанговим затиском для свердл. Пропонований вузол керування двигуноммікродрилі простий, не містить дефіцитних деталей і доступний для повторення початківцю радіоаматору.

У вихідному стані, після подачі напруги живлення, свердло обертається з мінімальною частотою – 100 оборотів за хвилину. У такому режимі дриль не перегрівається і водночас досить просто потрапити до центру. При натисканні на свердло дриль швидко набирає обертів до номінальної частоти обертання, починається свердління. На його завершення, коли опір матеріали плати падає, обороти автоматично зменшуються до "холостих".

Схема управління містить випрямляч на діодах VD1-VD4, що згладжують конденсатори С1 і С3 і два канали управління дрилем. Перший виконаний на інтегральному стабілізаторі DA1, другий – на транзисторах VT1, VT2. Призначення першого підтримувати на навантаженні близько 2,5 вольт. Струм двигуна протікає через датчик струму на резисторі R1. Падіння напруги на цьому резисторі без механічного навантаження двигуна недостатньо для відкривання транзистора VT1. З початком свердління струм двигуна зростає. Як тільки напруга на резисторі R1 досягне приблизно 0,6, транзистор VT1 і разом з ним VT2 відкриваються, підключаючи двигун до випрямляча. Для обмеження напруги падіння на датчику струму застосований діод VD5. Конденсатор С2 служить для затримки переходу на "холостий" режим. Стабілізатору DA1 та транзистору VT2 потрібні тепловідведення.

Деталі. У конструкції можна застосувати практично будь-які аналогічні транзистори з допустимою напругою колектор-емітер не менше 35 В та зі струмом колектора для VT1 не менше 100 мА.

Налаштування. Напруга на двигуні без навантаження можна змінити резистором R3. Його опір можна розрахувати за такою формулою:

U=1,25(1+R3/R5)+0,0001*R3-Uvd6, де U-необхідна напруга на двигуні а Uvd6 – падіння напруга на діоді.

R1=0,6*Ixx/2, де Ixx – струм холостого ходу.

Схема регулятора оборотів мікродрилі

Дуже часто при роботі та просвердлювання отворів у платі, Ми то відкладаємо мікродриль, то назад беремо її в руки і продовжуємо свердлити. Але найчастіше двигуни гріються на високих оборотах, і в руку вже важче взяти.

З-за вібрації часто вона може зісковзнути з плати, і зробити шлейф. регулятор оборотів своїми руками.

Принцип роботи наступний, коли навантаження невелике, то невеликий і струм проходь, і обороти знижені, як тільки навантаження зростає, обороти підвищуються.

Схема пристрою:

Величезний плюс пристрою в тому, що двигун працює в полегшеному режимі, і менше зношуються контактні щітки.

Це головна відповідь на запитання як зробити що б при свердлінні обороти підвищувалися

Друкована плата

Радіодеталі для регулятора

Мікросхему LM317 необхідно встановити на радіатор, щоб уникнути перегріву. Встановлення кулера не потрібно
Конденсатори електролітичні на номінальну напругу 16В.
Діоди 1N4007 можна замінити на будь-які інші розраховані струм не менше 1А.
Світлодіод АЛ307 будь-який інший. Друкована плата виконана на односторонньому склотекстоліті.
Резистор R5 потужністю не менше 2Вт, або дротяний.

БП повинен мати запас струму, на напругу 12В. Регулятор працездатний при напрузі 12-30В, але понад 14В доведеться замінити конденсатори відповідні за напругою.
Готовий пристрій після збирання починає працювати відразу.

Налагодження та дрібниці в роботі

Резистором P1 виставляємо необхідну частоту обертання на холостому ходу. Резистор P2 служить для встановлення чутливості до навантаження, вибираємо їм потрібний момент збільшення обертів. Якщо збільшити ємність конденсатора C4, то збільшиться час затримки високих обертів або двигун працює ривками.
Я збільшив ємність до 47uF.
Двигун для пристрою не є критичним. Тільки необхідно, щоб він був у хорошому стані.
Я довго мучився, вже подумав, що схема мала глюк, що вона незрозуміло як регулює оберти, або зменшує оберти під час свердління.
Але розібрав двигун, прочистив колектор, підточив графітові щітки, змастив підшипники, зібрав.
Встановив іскрогасні конденсатори. Схема заробила чудово.
Тепер не потрібен незручний вимикач на корпусі мікродриля.

При роботі з вивідними компонентами доводиться виготовляти друковані плати з отворами, це, мабуть, одна з найприємніших частин роботи, і, здавалося б, найпростіша. Однак, дуже часто при роботі мікродриля доводиться то відкласти вбік, то знову взяти її в руки, щоб продовжити роботу. Мікрорель, що лежить на столі у включеному стані, створює досить багато шуму через вібрацію, до того ж вона може злетіти зі столу, а часто і двигуни пристойно нагріваються при роботі на повну потужність. Знову ж таки, із-за вібрації досить важко точно прицілюватися при засвердліванні отвору і нерідко буває так, що свердло може зісковзнути з плати і зробити борозну на сусідніх доріжках.

Вирішення проблеми напрошується таке: потрібно зробити так, щоб мікродрильна мала маленькі оберти на холостому режимі, а при навантаженні частота обертання свердла збільшувалася. Таким чином, потрібно реалізувати наступний алгоритм роботи: без навантаження – патрон крутиться повільно, звело потрапило в кернення – обороти зросли, пройшло наскрізь – обороти знову впали. Найголовніше, що це дуже зручно, по-друге, двигун працює в полегшеному режимі, з меншим нагріванням і зносом щіток.

Нижче наведено схему такого автоматичного регулятора оборотів, виявлену в інтернеті та трохи доопрацьовану для розширення функціоналу:

Після збирання та тестування з'ясувалося, що під кожен двигун доводиться підбирати нові номінали елементів, що зовсім незручно. Також додали розрядний резистор (R4) конденсатора, т.к. з'ясувалося, що після відключення живлення, а особливо при відключеному навантаженні, він розряджається досить довго. Змінена схема набула наступного вигляду:

Автоматичний регулятор обертів працює наступним чином - на холостих обертах свердло обертається зі швидкістю 15-20 обертів/хв., як тільки свердло стосується заготівлі для свердління, оберти двигуна збільшуються до максимальних. Коли отвір просвердлено та навантаження на двигун слабшає, обороти знову падають до 15-20 оборотів/хв.

Зібраний пристрій виглядає так:

На вхід подається напруга від 12 до 35 вольт, до виходу підключається мікродрилі, після чого резистором R3 виставляється необхідна частота обертання на холостому ходу і можна приступати до роботи. Тут слід зазначити, що для різних двигунів регулювання відрізнятиметься, т.к. у нашій версії схеми було скасовано резистор, який потрібно було підбирати для встановлення порога збільшення обертів.

Транзистор Т1 бажано розміщувати радіаторі, т.к. при використанні двигуна великої потужності може досить сильно нагріватися.

Ємність конденсатора C1 впливає на час затримки включення та відключення високих обертів і вимагає збільшення, якщо двигун працює ривками.

Найважливішим у схемі є номінал резистора R1, від нього залежить чутливість схеми до навантаження та загальна стабільність роботи, до того ж через нього протікає майже весь струм, споживаний двигуном, тому він має бути досить потужним. У нашому випадку ми зробили його складовим, із двох одноватних резисторів.

Друкована плата регулятора має розміри 40 х 30 мм і виглядає так:

Завантажити малюнок плати у форматі PDF для ЛУТ: "завантажити"(Під час друку вказуйте масштаб 100%).

Весь процес виготовлення та збирання регулятора для мінідрелі займає близько години.

Після травлення плати та очищення доріжок від захисного покриття (фоторезиста або тонера, залежно від вибраного методу виготовлення плати) необхідно засвердлити в отворі плати під компоненти (зверніть увагу на розміри висновків різних елементів).

Потім доріжки та контактні майданчики покриваються флюсом, що дуже зручно робити за допомогою флюс-аплікатора, при цьому достатньо флюсу СКФ або розчину каніфолі у спирті.

Після лудіння плати розставляємо та припаюємо компоненти. Автоматичний регулятор обертів для мікродриля готовий до експлуатації.

Даний пристрій було перевірено з декількома видами двигунів, парою китайських різної потужності, і парою вітчизняних, серії ДПР та ДПМ - з усіма типами двигунів регулятор працює коректно після підстроювання змінним резистором. Важливою умовою є, щоб він був у хорошому стані, т.к. поганий контакт щіток з колектором двигуна може викликати дивну поведінку схеми та роботу двигуна ривками. На двигун бажано встановити конденсатори, що іскрогасять, і встановити діод для захисту схеми від зворотного струму при відключенні живлення.

Простий регулятор обертів для мікродриля на ATMEGA88PA.

Регулювання швидкості обертання (ШІМ); плавне включення;

Регулювання яскравості підсвічування (ШІМ), плавне увімкнення/вимкнення;

Ручне та автоматичне керування;

Автоматичне вимкнення при простому.

Регулятор розроблявся для управління швидкістю обертання мікродриля, але може знайти застосування і в інших пристроях, в яких навантаження живиться постійним струмом.

Основою для розробки послужив свердлильний настільний верстат V1.8 без регулятора (див. фото).

Технічні характеристики:

• постійна напруга живлення, 5-18 В
• трикулачковий патрон з діапазоном затисканих діаметрів: 0,3-4 мм
• частота обертання шпинделя: 2000...8000 об/хв
• максимальний струм: 3А
• переміщення шпинделя: 20 мм
• габаритні розміри: 220 х 160 х 80 мм
• маса верстата: 1,0 кг

Конструкція верстата дозволяє легко вмонтувати регулювальник під робочим столиком. А встановивши мікровимикач під механізм опускання/підйому, отримати автоматичне керування.

Основою регулятора служить мікроконтролер ATMEGA88. Індикатор світлодіодний, 3 розряди. Вибір типу індикатора (загальний анод або катод) доступний програмним способом.

Схема регулювальника.

Опис роботи.

1. Підсвічування робочого стола.

1.1. Підсвічування має два режими роботи: автоматичний (за замовчуванням) та ручний.

1.2. Вибір режиму роботи ручний/автоматичний проводиться в налаштуваннях, менюLA(автоматичний режим),Lr(ручний режим).

1.3. Автоматичний режим увімкнення/вимкнення підсвічування.

1.3.1. При подачі живлення підсвічування робочого столу плавно вмикається на задану в установках яскравість.

1.3.2. Якщо протягом заданого в налаштуваннях часу (параметрt) ніяких дій не виконується (спрацювання кінцевого вимикача або натискання на кнопки регулятора) – підсвічування плавно вимикається. При цьому також вимикається індикатор.

1.3.3. Будь-який вплив на органи управління призводить до плавного включення підсвічування та індикатора.

1.4. Ручний режим увімкнення/вимкнення підсвічування.

1.4.1. Ручне керування підсвічуванням доступне в меню:Lon- Увімкнено, LoF- Вимкнено.

1.4.2. Увімкнення підсвічування здійснюється натисканням кнопкиPLUS, виключення – MINUS.

1.5. Швидкість наростання/зменшення яскравості підсвічування встановлюється в налаштуваннях (параметрc).

1.6. Регулювання яскравості виконується кнопкамиPLUS/ MINUSу налаштуваннях (у старшому розряді символL).

2. Робота регулятора обертів.

2.1. Вибір режиму роботи ручний/автоматичний проводиться в налаштуваннях, менюPA(автоматичний режим),Pr(ручний режим). За замовчуванням встановлено автоматичний режим роботи.

2.2. Автоматичний режим увімкнення/вимкнення регулятора обертів.

2.1.1. При замиканні кінцевого вимикачаSTARTрегулятор швидкості обертання плавно подасть напругу живлення на електродвигун.

2.1.2. При розмиканні кнопкиSTARTживлення на електродвигун вимикається.

2.2. Ручний режим увімкнення/вимкнення регулятора швидкості обертання.

2.2.1. Увімкнення/вимкнення здійснюється з менюPon- Увімкнено, PoF- Вимкнено.

2.2.2. Увімкнення здійснюється натисканням на кнопкуPLUS, виключення – MINUS.

2.2.3. Стан кінцевого вимикачаSTARTрегулятора швидкості обертання ігнорується.

2.3. Швидкість наростання обертів визначається в налаштуваннях, параметрr.

2.4. Швидкість обертання встановлюється кнопкамиPLUS/ MINUSз режиму відображення вихідної потужності регулятора (символPу старшому розряді).

3. Налаштування.

3.1. Вибір параметра для налаштування здійснюється натисканням кнопкиSETпо колу.

3.2. Параметри для налаштування:

3.2.1. Регулювання оборотів. У старшому розряді символP. Діапазон установки 0÷99.

3.2.2. Режим роботи – регулятор швидкості обертання. У старшому розряді символPA, якщо ручний – символr.

3.2.3. Ручне керування швидкістю обертання. У старшому розряді символPon, якщо вимкнено – символиoF.

3.2.4. Швидкість наростання обертів при включенні. У старшому розряді символr

3.2.5. Регулювання яскравості підсвічування. У старшому розряді символL. Діапазон установки 0÷99.

3.2.6. Режим роботи підсвічування. У старшому розряді символL. У молодшому розряді, якщо режим автоматичний – символA, якщо ручний – символr.

3.2.7. Ручне керування підсвічуванням. У старшому розряді символL. У молодших розрядах, якщо увімкнено – символиon, якщо вимкнено – символиoF.

3.2.8. Швидкість наростання/зменшення яскравості при включенні/вимкненні. У старшому розряді символc. Діапазон установки 0 ÷ 99. Чим більший параметр, тим менша швидкість.

3.2.9. Час до вимкнення підсвічування та індикатора. У старшому розряді символt. Діапазон установки 1÷99 хвилин.

3.3. Через 10 с від останнього натискання на кнопки нові параметри запишуться в пам'ять. Якщо на індикаторі миготливий параметр, прилад переходить у основний режим (вихідна потужність).

4. Особливості схеми.

4.1. Для вибору типу індикатора (загальний анод або катод) потрібно перед подачею живлення натиснути та утримувати кнопкуPLUS, якщо індикатор із загальним анодом, абоMINUS, якщо із загальним катодом. Подати їжу. Якщо вибрано тип індикатора, на індикаторі з'являться символи.CC, для індикатора із загальним катодом таCAдля загального аноду. Відпустити кнопку. Якщо на індикаторі незрозумілі символи, вибрано неправильний тип індикатора. Потрібно повторити операцію.

4.2. При прошивці МК слід встановити FUSE до роботи від внутрішнього тактового генератора частотою 8 МГц.

4.3. Частота ШІМ керування близько 32 кГц.

4.4. Силові ключі можуть бути іншого типу залежно від необхідного струму та напруги навантаження.

4.5. Діод D 2 призначений для захисту від неправильної полярності напруги живлення. Встановлений навісним монтажем – у розрив дроту живлення.

4.6. Конструктивно регулятор зібрано на двох платах. На основній платі розташовані мікроконтролер, індикатор, кнопки та силові ключі. На другій платі світлодіоди підсвічування робочого столу та мікровимикач. Друга плата закріплена поруч із електродвигуном таким чином, щоб світло було спрямоване на робочу зону стола, а контакти мікровимикача замикалися при опусканні дриля.

4.7. Схема та плати розроблялися під деталі, наявні. Схема не критична до номіналів деталей та налагодження не вимагає.

Зовнішній вигляд верстата до

та після доопрацювання.

Так, це мій дриль і чомусь всі лякаються, коли його бачать.
Ну, шкода мені поки що грошей на нормальний девайс.

Найприємніша частина роботи, і найважча, це свердління друкованої плати. Я збираю щось нове і необхідно свердлити цю справу.
Дуже часто доводиться класти дриль на стіл, поки щось обмірковуєш або тебе відволікає дружина, а якщо на столі ще й творчий безлад, то мікродрилі дуже складно знайти місце. Через вібрацію у включеному стані вона може злетіти зі столу.

Тут виникла ідея зібрати стабілізатор із регулюванням частоти обертання.
Знайшов хорошу добірку схем на Радіокоті:

Ідея та схема

Хотілося зробити так, щоб мікродриль мала маленькі обороти на неодруженому режимі, а при навантаженні частота обертання свердла збільшувалася.
По-перше це дуже зручно, по-друге, двигун працює в полегшеному режимі, по-третє менше зношуються щітки.

Джерело зображення radiokot.ru

А ось і схема такого автоматичного регулятора обертів. Її автор Олександр Савов з Болгарії.

Деталі

У схемі використані легкодоступні деталі. Мікросхему необхідно встановити на радіатор, щоб уникнути її перегріву.
Конденсатори електролітичні на номінальну напругу 16В.
Діоди 1N4007 можна замінити на будь-які інші розраховані струм не менше 1А.
Світлодіод АЛ307 будь-який інший. Друкована плата виконана на односторонньому склотекстоліті.
Резистор R5 потужністю не менше 2Вт, або дротяний.

БП повинен мати запас струму, на напругу 12 В. Регулятор працездатний при напрузі 12-30 В, але понад 14В доведеться замінити конденсатори на відповідні за напругою.

Налагодження

Готовий пристрій після збирання починає працювати відразу. Резистором P1 виставляємо необхідну частоту обертання на холостому ходу. Резистор P2 служить для встановлення чутливості до навантаження, вибираємо їм потрібний момент збільшення обертів. Якщо збільшити ємність конденсатора C4, то збільшиться час затримки високих обертів або двигун працює ривками. Я збільшив ємність до 47uF.

Двигун для пристрою не є критичним. Тільки необхідно, щоб він був у хорошому стані.
Я довго мучився, вже подумав, що схема мала глюк, що вона незрозуміло як регулює оберти, або зменшує оберти під час свердління.
Але розібрав двигун, прочистив колектор, підточив графітові щітки, змастив підшипники, зібрав.
Встановив іскрогасні конденсатори. Схема заробила чудово.
Тепер не потрібен незручний вимикач на корпусі мікродриля.

Друкована плата у Sprint Layout

Розведення шановного МП42Б, витягнутий із загального файлу його статті, згаданої на початку.

02.05.2019 на прохання камрадів на платі підписав деталі та трохи навів краси Ігор Котов.
Архів оновлено.
▼ 🕗 05/02/19 ⚖️ 11,15 Kb ⇣ 19