|
|
Как запитать аккумуляторный шуроповерт от электрической сети?
|
Скачать 0.52 Mb.
| страница |
1/3 |
| Дата |
07.09.2016 |
| Размер |
0.52 Mb. |
|
1 2 3
Как запитать аккумуляторный шуроповерт от электрической сети?
Аккумуляторный шуроповерт предназначен для наворачивания - отворачивания винтов, саморезов, шурупов и болтов. Все зависит от применения сменных головок – битов. Область применения шуроповерта также очень широка: им пользуются сборщики мебели, электромонтажники, строительные рабочие – отделочники закрепляют с его помощью плиты гипсокартона и вообще все, что можно собрать с помощью резьбового соединения.
Это применение шуроповерта в профессиональных условиях. Кроме профессионалов этот инструмент приобретается также исключительно для личного использования при проведении ремонтно-строительных работ в квартире или загородном доме, гараже.
Аккумуляторный шуроповерт имеет малый вес, небольшие размеры, не требует подключения к сети, что позволяет работать с ним в любых условиях. Но вся беда в том, что емкость аккумуляторов невелика, и минут через 30 - 40 интенсивной работы приходится ставить аккумулятор на зарядку не менее, чем на 3 - 4 часа.
Кроме этого аккумуляторы имеют свойство приходить в негодность, особенно когда пользуются шуруповертом не регулярно: повесили ковер, гардины, картины и положили его в коробку. Через год решили привернуть пластиковый плинтус, а шуруповерт не «тянет», зарядка аккумулятора помогает мало.
Новый аккумулятор стоит дорого, да и не всегда в продаже можно сразу найти именно то, что надо. И в том и в другом случае выход один, - питать шуруповерт от сети через блок питания. Тем более, что чаще всего работы проводятся в двух шагах от сетевой розетки. Конструкция такого блока питания будет описана ниже.
В целом конструкция несложна, не содержит дефицитных деталей, повторить ее может любой, кто хоть немножко знаком с электрическими схемами и умеет держать в руках паяльник. Если вспомнить, сколько шуруповертов находится в эксплуатации, то можно предположить, что конструкция будет пользоваться популярностью и спросом.
Блок питания должен удовлетворять сразу нескольким требованиям. Во- первых достаточно надежным, во-вторых малогабаритным и легким и удобным для переноски и транспортировки. Третье требование, пожалуй, самое главное это падающая нагрузочная характеристика, позволяющая избежать повреждения шуроповерта в время перегрузок. Немаловажное значение имеет также простота конструкции и доступность деталей. Всем этим требованиям вполне отвечает блок питания, конструкция которого будет рассмотрена ниже.
Основой устройства является электронный трансформатор марки Feron или Toshibra мощностью 60 ватт. Такие трансформаторы продаются в магазинах электротоваров и предназначены для питания галогенных ламп с напряжением 12 В. Обычно такими лампами подсвечивают витрины в магазинах.
В данной конструкции сам по себе трансформатор не требует никаких переделок, применяется как есть: два входных сетевых провода и два выходных с напряжением 12 В. Принципиальная схема блока питания достаточно проста и показана на рисунке 1.
Рисунок 1. Принципиальная схема блока питания
Трансформатор Т1 создает падающую характеристику блока питания за счет повышенной индуктивности рассеяния, что достигается его конструкцией, о которой будет сказано выше. Кроме того трансформатор Т1 обеспечивает дополнительную гальваническую развязку от сети, что повышает в целом электробезопасность устройства, хотя эта развязка есть уже в самом электронном трансформаторе U1. Подбором числа витков первичной обмотки можно в некоторых пределах регулировать выходное напряжение блока в целом, что позволяет использовать его с разными типами шуруповертов.
Вторичная обмотка трансформатора Т1 выполнена с отводом от средней точки, что позволяет вместо диодного моста применить двухполупериодный выпрямитель всего на двух диодах. По сравнению с мостовой схемой, потери такого выпрямителя, за счет падения напряжения на диодах, в два раза ниже. Ведь диодов-то два, а не четыре. С целью еще большего снижения потерь мощности на диодах в выпрямителе применена диодная сборка с диодами Шоттки.
Низкочастотные пульсации выпрямленного напряжения сглаживает электролитический конденсатор С1. Электронные трансформаторы работают на высокой частоте, порядка 40 - 50 КГц, поэтому, кроме пульсаций с частотой сети, в выходном напряжении присутствуют и эти высокочастотные пульсации. Учитывая то, что двухполупериодный выпрямитель увеличивает частоту в 2 раза, эти пульсации достигают 100 и более килогерц.
Оксидные конденсаторы имеют большую внутреннюю индуктивность, поэтому высокочастотные пульсации сгладить не могут. Более того, они просто будут бесполезно разогревать электролитический конденсатор, и даже могут привести его в негодность. Для подавления этих пульсаций параллельно оксидному конденсатору установлен керамический конденсатор С2, небольшой емкости и с маленькой собственной индуктивностью.
Индикацию работы блока питания можно проконтролировать по свечению светодиода HL1, ток через который ограничивается резистором R1.
Отдельно следует сказать о назначении резисторов R2 - R7. Дело в том, что электронный трансформатор изначально предназначен для питания галогенных ламп. Предполагается, что эти лампы подключены к выходной обмотке электронного трансформатора еще до того, как он будет включен в сеть: иначе без нагрузки он просто не запускается.
Если в описываемой конструкции включить электронный трансформатор в сеть, то последующее нажатие кнопки шуруповерта вращаться его не заставит. Чтобы такого не произошло в конструкции и предусмотрены резисторы R2 - R7. Их сопротивление выбрано таким, чтобы электронный трансформатор уверенно запустился.
Детали и конструкция
Блок питания размещен в корпусе отслужившего свой срок штатного аккумулятора, если его, конечно, еще не выбросили. Основой конструкции служит алюминиевая пластина толщиной не менее 3 мм, размещенная посредине корпуса аккумулятора. В целом конструкция показана на рисунке 2.
Рисунок 2. Блок питания для аккумуляторного шуруповерта
К этой пластине крепятся все остальные детали: электронный трансформатор U1, трансформатор Т1 (с одной стороны), а диодная сборка VD1 и все остальные детали, в том числе и кнопка включения питания SB1, с другой. Пластина служит также общим проводом выходного напряжения, поэтому диодная сборка устанавливается на нее без прокладки, хотя для лучшего охлаждения теплоотводящую поверхность сборки VD1 следует смазать теплоотводящей пастой КПТ-8.
Трансформатор Т1 выполнен на ферритовом кольце типоразмера 28*16*9 из феррита марки НМ2000. Такое кольцо не дефицитно, достаточно распространенно, проблем с приобретением возникнуть не должно. Перед намоткой трансформатора сначала с помощью алмазного надфиля или просто наждачной бумаги следует притупить наружные и внутренние кромки кольца, после чего заизолировать его лентой из лакоткани или ФУМ-лентой, применяемой для подмотки труб отопления.
Как было сказано выше, трансформатор должен иметь большую индуктивность рассеяния. Это достигается тем, что обмотки расположены напротив друг друга, а не одна под другой. Первичная обмотка I содержит 16 витков в два провода марки ПЭЛ или ПЭВ-2. Диаметр провода 0,8 мм.
Вторичная обмотка II намотана жгутом из четырех проводов, количество витков 12, диаметр провода тот же, что и для первичной обмотки. Чтобы обеспечить симметрию вторичной обмотки, ее следует мотать сразу в два провода, точнее жгута. После намотки, как это делается обычно, начало одной обмотки соединяют с концом другой. Для этого обмотки придется «прозвонить» тестером.
В качестве кнопки SB1 используется микропереключатель МП3-1, у которого задействуется нормально замкнутый контакт. В днище корпуса блока питания установлен толкатель, который через пружину связан с кнопкой. Блок питания подключается к шуруповерту, в точности так же, как штатный аккумулятор.
Если теперь шуроповерт поставить на ровную поверхность, толкатель через пружину нажимает на кнопку SB1 и блок питания отключается. Как только шуруповерт будет взят в руки, освобожденная кнопка включит блок питания. Остается только нажать на курок шуроповерта и все заработает.
Немного о деталях
Деталей в блоке питания немного. Конденсаторы лучше применить импортные, это теперь даже проще, чем найти детали отечественного производства. Диодную сборку VD1 типа SBL2040CT (выпрямленный ток 20 А, обратное напряжение 40 В ) можно заменить на SBL3040CT, в крайнем случае двумя отечественными диодами КД2997. Но указанные на схеме диоды дефицитом не являются, поскольку применяются в компьютерных блоках питания, и купить их не проблема.
О конструкции трансформатора Т1 было сказано выше. В качестве светодиода HL1 подойдет любой, какой есть под руками.
Налаживание устройства несложно и сводится лишь к отматыванию витков первичной обмотки трансформатора Т1 для достижения нужного выходного напряжения. Номинальное напряжение питания шуроповертов, в зависимости от модели, составляет 9, 12 и 19 В. Отматывая витки с трансформатора Т1 следует добиться, соответственно, 11, 14 и 20 В.
Как устроен электронный трансформатор?
Внешне электронный трансформаторпредставляет собой небольшой металлический, как правило, алюминиевый корпус, половинки которого скреплены всего двумя заклепками. Впрочем, некоторые фирмы выпускают подобные устройства и в пластиковых корпусах.
Чтобы посмотреть, что же там внутри, эти заклепки можно просто высверлить. Такую же операцию предстоит проделать, если намечается переделка или ремонт самого устройства. Хотя при его низкой цене куда проще пойти и купить другое, чем ремонтировать старое. И все же нашлось немало энтузиастов, которые не только сумели разобраться в устройстве прибора, но и разработать на его основе несколько импульсных блоков питания.
Принципиальная схема к устройству не прилагается, как и ко всем нынешним электронным устройствам. Но схема достаточно проста, содержит малое количество деталей и поэтому принципиальную схему электронного трансформатора можно срисовать с печатной платы.
На рисунке 1 показана снятая подобным образом схема трансформатора фирмы Taschibra. Очень похожую схему имеют преобразователи, выпускаемые фирмой Feron. Отличие лишь в конструкции печатных плат и типах используемых деталей, в основном трансформаторов: в преобразователях Feron выходной трансформатор выполнен на кольце, в то время как в преобразователях Taschibra на Ш-образном сердечнике.
В обоих случаях сердечники выполнены из феррита. Следует сразу отметить, что кольцеобразные трансформаторы при различных доработках прибора лучше поддаются перемотке, чем Ш – образные. Поэтому, если электронный трансформатор приобретается для опытов и переделок, лучше купить прибор фирмы Feron.
При использовании электронного трансформатора лишь для питания галогенных ламп название фирмы – изготовителя значения не имеет. Единственное, на что следует обратить внимание, это на мощность: электронные трансформаторы выпускаются мощностью 60 - 250 Вт.
Рисунок 1. Схема электронного трансформатора фирмы Taschibra
Краткое описание схемы электронного трансформатора, ее достоинства и недостатки
Как видно из рисунка, устройство представляет собой двухтактный автогенератор, выполненный по полумостовой схеме. Два плеча моста выполнены на транзисторах Q1 и Q2, а два других плеча содержат конденсаторы C1 и C2, поэтому такой мост называется полумостом.
В одну из его диагоналей подается сетевое напряжение, выпрямленное диодным мостом, а в другую включена нагрузка. В данном случае это первичная обмотка выходного трансформатора. По очень похожей схеме выполнены электронные балласты для энергосберегающих ламп, но в них вместо трансформатора включен дроссель, конденсаторы и нити накала люминесцентных ламп.
Для управления работой транзисторов в их базовые цепи включены обмотки I и II трансформатора обратной связи Т1. Обмотка III это обратная связь по току, через нее подключена первичная обмотка выходного трансформатора.
Управляющий трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце с внешним диаметром 8 мм. Базовые обмотки I и II содержат по 3..4 витка, а обмотка обратной связи III – всего один виток. Все три обмотки выполнены проводами в разноцветной пластиковой изоляции, что немаловажно при экспериментах с устройством.
На элементах R2, R3, C4, D5, D6 собрана цепь запуска автогенератора в момент включения всего устройства в сеть. Выпрямленное входным диодным мостом напряжение сети через резистор R2 заряжает конденсатор C4. Когда напряжение на нем превысит порог срабатывания динистора D6, последний открывается и на базе транзистора Q2 формируется импульс тока, который запускает преобразователь.
Дальнейшая работа осуществляется без участия цепи запуска. Следует заметить, что динистор D6 двухсторонний, может работать в цепях переменного тока, в случае постоянного тока полярность включения значения не имеет. В интернете его также называют «диак».
Сетевой выпрямитель выполнен на четырех диодах типа 1N4007, резистор R1 с сопротивлением 1Ом и мощностью 0, 125Вт используется в качестве предохранителя.
Схема преобразователя в том виде, как она есть, достаточно проста и не содержит никаких «излишеств». После выпрямительного моста не предусмотрено даже просто конденсатора для сглаживания пульсаций выпрямленного сетевого напряжения.
Выходное напряжение прямо с выходной обмотки трансформатора также безо всяких фильтров подается прямо на нагрузку. Отсутствуют цепи стабилизации выходного напряжения и защиты, поэтому при коротком замыкании в цепи нагрузки сгорают сразу несколько элементов, как правило, это транзисторы Q1, Q2, резисторы R4, R5, R1. Ну, может и не все сразу, но хотя бы один транзистор точно.
И несмотря на такое, казалось бы, несовершенство схема себя вполне оправдывает при использовании его в штатном режиме, т.е. для питания галогенных ламп. Простота схемы обуславливает ее дешевизну и широкую распространенность устройства в целом.
Исследование работы электронных трансформаторов
Если к электронному трансформатору подключить нагрузку, например, галогенную лампу 12В х 50Вт, а к этой нагрузке подключить осциллограф, то на его экране можно будет увидеть картинку, показанную на рисунке 2.
Рисунок 2. Осциллограмма выходного напряжения электронного трансформатора Taschibra 12Vх50W
Выходное напряжение представляет собой высокочастотные колебания частотой 40КГц, модулированные на 100% частотой 100ГЦ, полученной после выпрямления сетевого напряжения частотой 50ГЦ, что вполне подходит для питания галогенных ламп. В точности такая же картинка будет получена для преобразователей другой мощности или другой фирмы, ведь схемы практически не отличаются друг от друга.
Если к выходу выпрямительного моста подключить электролитический конденсатор C4 47uFх400V, как показано пунктирной линией на рисунке 4, то напряжение на нагрузке примет вид, показанный на рисунке 4.
Рисунок 3. Подключение конденсатора к выходу выпрямительного моста
Рисунок 4. Напряжение на выходе преобразователя после подключения конденсатора C5
Однако, не следует забывать о том, что ток зарядки дополнительно подключенного конденсатора C4 приведет к перегоранию, причем достаточно шумному, резистора R1, который используется в качестве предохранителя. Поэтому этот резистор следует заменить более мощным резистором с номиналами 22Омх2Вт, назначение которого просто ограничить ток зарядки конденсатора С4. В качестве же предохранителя следует использовать обычный плавкий предохранитель на 0,5А.
Нетрудно заметить, что модуляция с частотой 100Гц прекратилась, остались лишь высокочастотные колебания с частотой около 40КГц. Даже если при этом исследовании и нет возможности воспользоваться осциллографом, то этот неоспоримый факт можно заметить по некоторому увеличению яркости лампочки.
Это говорит о том, что электронный трансформатор вполне пригоден для создания несложных импульсных блоков питания. Тут возможно несколько вариантов: использование преобразователя без разборки, только за счет добавления наружных элементов и с небольшими изменениями схемы, совсем небольшими, но придающими преобразователю совсем иные свойства. Но об этом более подробно мы поговорим в следующей статье.
Как сделать блок питания из электронного трансформатора?
После всего сказанного в предыдущей статье (смотрите Как устроен электронный трансформатор?), кажется, что сделать импульсный блок питания из электронного трансформатора достаточно просто: поставить на выход выпрямительный мост, сглаживающий конденсатор, при необходимости стабилизатор напряжения и подключить нагрузку. Однако это не совсем так.
Дело в том, что преобразователь не запускается без нагрузки или нагрузка не достаточна: если к выходу выпрямителя подключить светодиод, разумеется, с ограничительным резистором, то удастся увидеть, лишь только одну вспышку светодиода при включении.
Чтобы увидеть еще одну вспышку, потребуется выключить и включить преобразователь в сеть. Чтобы вспышка превратилась в постоянное свечение надо подключить к выпрямителю дополнительную нагрузку, которая будет просто отбирать полезную мощность, превращая ее в тепло. Поэтому такая схема применяется в том случае, когда нагрузка постоянна, например, двигатель постоянного тока или электромагнит, управление которыми будет возможно только по первичной цепи.
Если для нагрузки необходимо напряжение более, чем 12В, которое выдают электронные трансформаторы потребуется перемотка выходного трансформатора, хотя есть и менее трудоемкий вариант.
Вариант изготовления импульсного блока питания без разборки электронного трансформатора
Схема такого блока питания показана на рисунке 1.
Рисунок 1. Двухполярный блок питания для усилителя
Блок питания изготовлен на основе электронного трансформатора мощностью 105Вт. Для изготовления такого блока питания понадобится изготовить несколько дополнительных элементов: сетевой фильтр, согласующий трансформатор Т1, выходной дроссель L2, выпрямительный мост VD1-VD4.
Блок питания в течение нескольких лет эксплуатируется с УНЧ мощностью 2х20Вт без нареканий. При номинальном напряжении сети 220В и токе нагрузки 0,1А выходное напряжение блока 2х25В, а при увеличении тока до 2А напряжение падает до 2х20В, что вполне достаточно для нормальной работы усилителя.
Согласующий трансформатор Т1 выполнен на кольце К30х18х7 из феррита марки М2000НМ. Первичная обмотка содержит 10 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,8мм, сложенного вдвое и свитого жгутом. Вторичная обмотка содержит 2х22 витка со средней точкой, тем же проводом, также сложенным вдвое. Чтобы обмотка получилась симметричной, мотать следует сразу в два провода – жгута. После обмотки для получения средней точки соединить начало одной обмотки с концом другой.
Также самостоятельно придется изготовить дроссель L2 для его изготовления понадобится такое же ферритовое кольцо, как и для трансформатора Т1. Обе обмотки намотаны проводом ПЭВ-2 диаметром 0,8мм и содержат по 10 витков.
Выпрямительный мост собран на диодах КД213, можно применить также КД2997 или импортные, важно лишь, чтобы диоды были рассчитаны на рабочую частоту не менее 100КГц. Если вместо них поставить, например, КД242, то они будут только греться, а требуемого напряжения получить от них не удастся. Диоды следует установить на радиатор площадью не менее 60 - 70см2, используя при этом изолирующие слюдяные прокладки.
Электролитические конденсаторы C4, C5 составлены из трех параллельно соединенных конденсаторов емкостью по 2200 микрофарад каждый. Обычно так делается во всех импульсных источниках питания для того, чтобы снизить общую индуктивность электролитических конденсаторов. Кроме этого полезно также параллельно им установить керамические конденсаторы емкостью 0.33 - 0,5мкФ, которые будут сглаживать высокочастотные колебания.
На входе блока питания полезно установить входной сетевой фильтр, хотя будет работать и без него. В качестве дросселя входного фильтра использован готовый дроссель ДФ50ГЦ, применявшийся в телевизорах 3УСЦТ.
Все узлы блока монтируют на плате из изоляционного материала навесным монтажом, используя для этого выводы деталей. Всю конструкцию следует поместить в экранирующий корпус из латуни или жести, предусмотрев в нем отверстия для охлаждения.
Правильно собранный источник питания в наладке не нуждается, начинает работать сразу. Хотя, прежде чем ставить блок в готовую конструкцию следует его проверить. Для этого на выход блока подключается нагрузка – резисторы сопротивлением 240Ом, мощностью не менее 5Вт. Включать блок без нагрузки не рекомендуется.
Еще один способ доработки электронного трансформатора
Случаются ситуации, что хочется применить подобный импульсный блок питания, но нагрузка оказывается очень «вредной». Потребление тока либо очень мало, либо меняется в широких пределах, и блок питания не запускается.
Подобная ситуация возникла, когда попытались в светильник или люстру со встроенными электронными трансформаторами, вместо галогенных ламп поставить светодиодные. Люстра просто отказалась с ними работать. Что же делать в таком случае, как заставить все это работать?
Чтобы разобраться с этим вопросом давайте, посмотрим на рисунок 2, на котором показана упрощенная схема электронного трансформатора.
Рисунок 2. Упрощенная схема электронного трансформатора
Обратим внимание на обмотку управляющего трансформатора Т1, подчеркнутую красной полосой. Эта обмотка обеспечивает обратную связь по току: если тока через нагрузку нет, или он просто мал, то трансформатор просто не заводится. Некоторые граждане, купившие это устройство, подключают к нему лампочку мощностью 2,5Вт, а потом несут обратно в магазин, мол, не работает.
И все же достаточно простым способом можно не только заставить работать устройство практически без нагрузки, да еще и сделать в нем защиту от короткого замыкания. Способ подобной доработки показан на рисунке 3.
Рисунок 3. Доработка электронного трансформатора. Упрощенная схема.
Для того, чтобы электронный трансформатор мог работать без нагрузки или с минимальной нагрузкой следует обратную связь по току заменить обратной связью по напряжению. Для этого следует убрать обмотку обратной связи по току (подчеркнутую красным на рисунке 2), а вместо нее запаять в плату проволочную перемычку, естественно, помимо ферритового кольца.
Далее на управляющий трансформатор Тр1, это тот, который на маленьком кольце, наматывается обмотка из 2 - 3 витков. А на выходной трансформатор один виток, и далее получившиеся дополнительные обмотки соединяется, как указано на схеме. Если преобразователь не заведется, то надо поменять фазировку одной из обмоток.
Резистор в цепи обратной связи подбирается в пределах 3 - 10Ом, мощностью не менее 1Вт. Он определяет глубину обратной связи, которая определяет ток, при котором произойдет срыв генерации. Собственно это и есть ток срабатывания защиты от КЗ. Чем больше сопротивление этого резистора, тем при меньшем токе нагрузки будет происходить срыв генерации, т.е. срабатывание защиты от КЗ.
Из всех приведенных доработок, эта, пожалуй, самая лучшая. Но это не помешает дополнить ее еще одним трансформатором как в схеме по рисунку 1.
|
1 2 3
|
|