Электронный редуктор или как кардинально увеличить крутящий момент коллекторного двигателя переменного тока на низких оборотах. Часть 3

Atmel U2008B U2010B

Журнал РАДИОЛОЦМАН, декабрь 2019

Алексей Кузьминов

Часть 2

Разводка плат и фотографии устройств

Разводка всех плат сделана автором с помощью программы SprintLayout 6.0. Обе платы имеют двустороннюю разводку (Рисунки 3 и 4). О разводке и изготовлении подобных плат и фотошаблонов для них своими силами подробно написано в статьях автора [3] и [4]. Ссылка на файл разводки обеих плат в формате *.lay6 дана в конце статьи в разделе загрузки.

а) Разводка платы на базе U2010B. (а) - вид со стороны основной разводки, (б) - вид (сквозь плату) обратной стороны.
б) Разводка платы на базе U2010B. (а) - вид со стороны основной разводки, (б) - вид (сквозь плату) обратной стороны.
Рисунок 3. Разводка платы на базе U2010B. (а) – вид со стороны основной разводки,
(б) – вид (сквозь плату) обратной стороны.

 

а) Разводка платы на базе U2010B. (а) - вид со стороны основной разводки, (б) - вид (сквозь плату) обратной стороны.
б) Разводка платы на базе U2010B. (а) - вид со стороны основной разводки, (б) - вид (сквозь плату) обратной стороны.
Рисунок 4. Разводка платы на базе U2008B. (а) – вид со стороны основной
разводки, (б) – вид (сквозь плату) обратной стороны.

 

а) Фотография платы на базе U2010B (разводка на Рисунке 3). (а) - вид со стороны SMD компонентов, (б) - вид со стороны навесных компонентов.
б) Разводка платы на базе U2010B. (а) - вид со стороны основной разводки, (б) - вид (сквозь плату) обратной стороны.
Рисунок 5. Фотография платы на базе U2010B (разводка на Рисунке 3).
(а) – вид со стороны SMD компонентов, (б) – вид со стороны
навесных компонентов.

 

а) Фотография платы на базе U2008B (разводка на Рисунке 4). (а) - вид со стороны SMD компонентов, (б) - вид со стороны навесных компонентов.
б) Фотография платы на базе U2008B (разводка на Рисунке 4). (а) - вид со стороны SMD компонентов, (б) - вид со стороны навесных компонентов.
Рисунок 6. Фотография платы на базе U2008B (разводка на Рисунке 4).
(а) – вид со стороны SMD компонентов, (б) – вид со стороны
навесных компонентов.

На платах для подключения высоких напряжений («земля» – ┴, «мотор» – M, «150 В» и «220 В») используются ножевые клеммы (штыри шириной 2.8 мм), впаянные в плату (эти клеммы хорошо заметны на фотографиях Рисунков 5б и 6б). На них надеваются ответные клеммы, припаянные к соответствующим проводам (МГТФ-1.0). На эти клеммы надета термоусадочная трубка соответствующего размера, которую следует подогреть для усадки (газовым паяльником или обычной зажигалкой). Эти клеммы можно заметить на фотографиях плат в корпусах размером 30×46×70 мм (Рисунок 7 слева и Рисунок 8 слева). Платы прикручены винтами М2 к днищу корпуса с помощью крепежных отверстий и пластиковых стоек с внутренней резьбой М2. Сетевой провод прикручен к днищу корпуса металлическим зажимом, а двухконтактная розетка (коричневого цвета из карболита) для подключения дрели прикручена к торцевой грани корпуса винтом М3 впотай и гайкой. На днище и боковых гранях корпусов просверлены отверстия для доступа воздуха с целью конвективного охлаждения мощных балластных резисторов. Светодиод и потенциометр укреплены на лицевой поверхности корпуса устройства на базе U2010B (Рисунок 7 справа). На лицевой поверхности корпуса устройства на базе U2008B укреплен только потенциометр (Рисунок 8 справа). На штоках потенциометров укреплены карболитовые ручки. Конструкцией корпусов предусмотрена защелка крышки без каких-либо винтов (как в мобильных телефонах). К днищу корпусов приклеены резиновые ножки, во-первых, для доступа воздуха к вентиляционным отверстиям и, во-вторых, – для предотвращения скольжения во время регулировки скорости потенциометром. Нагрев симистора с опциями «CW» (BTA24-600CW) довольно слаб, поэтому он используется без радиатора. Опция «C» означает, что ток управления по выводу УЭ не превышает 35 мА (в стандартной конфигурации без «C» – 50 мА), а опция «W» означает, что симистор «бесснабберный» (Snubberless), то есть для его работы не требуется снабберная RC-цепочка. Это существенно снижает потери и поэтому нагрев симистора.

Фотография устройства на базе U2010B (корпус открыт).
Рисунок 7. Фотография устройства на базе U2010B (корпус открыт).
 
Фотография устройства на базе U2008B (корпус открыт).
Рисунок 8. Фотография устройства на базе U2008B (корпус открыт).

Сверлильный станок на базе стойки для дрели «SKRAB 25519» и мини дрели «TUNGFULL 1806B»

Стойка «SKRAB 25519» и ее клоны выпускаются несколькими китайскими компаниями. Это единственная стойка (и ее клоны) по приемлемой цене (2500 – 6000 рублей, в зависимости от продавца) для закреплении стандартной ручной дрели, имеющая механизм вертикального перемещения, основанный на шестерне, входящей в зацепление с зубчатой рейкой, которая жестко закреплена на механизме перемещения. Аналогичный механизм используется в микроскопах (там зубья существенно меньше по размеру), в профессиональных сверлильных станках и в рулевом управлении автомобиля (зубья больше). Существуют, конечно, и иные стойки для закрепления дрели, но они довольно дороги (от 10,000 руб. до 24,000 руб.). В связи с этим стойка типа «SKRAB 25519» хорошо известна и наиболее востребована пользователями подобных устройств.

Из фотографии станка (Рисунок 9) можно получить представление о его внешнем виде. В стойку для дрели были внесены некоторые усовершенствования, заключающиеся в следующем.

 
Фотография стойки «SKRAB 25519» с мини дрелью «TUNGFULL 1806B» и устройством на базе U2010B в корпусе (в сборе).
Рисунок 9. Фотография стойки «SKRAB 25519» с мини дрелью
«TUNGFULL 1806B» и устройством на базе U2010B
в корпусе (в сборе).

Во-первых, имбусовый болт (с головкой под шестигранник) со стандартной резьбой М8×1.5, установленный в зажимающий дрель хомут, был заменен на аналогичный, но усиленный (из упрочненной стали черного цвета) и имеющий мелкую резьбу М8×1.0 (он хорошо заметен на Рисунке 9). Это позволило затягивать болт шестигранным ключом с меньшим усилием, а вот из штатного болта при затягивании ключ часто выскакивал из-за сравнительно большого усилия и некачественного углубления под шестигранник.

Во-вторых, два имбусовых болта М6, закрепляющие механизм на штанге, перемещающий дрель по вертикали, были заменены на новые, более качественные, т.к. из старых при затягивании ключ также часто выскакивал.

В-третьих, сама штанга, удерживающая дрель и механизм её перемещения, довольно тонкостенная. Она закрепляется в отверстии чугунной станины (зеленого цвета на Рисунке 9) двумя шпильками с резьбой М8 с углублением (на торце) под шестигранник. При затягивании этих шпилек с достаточным усилием штанга может легко деформироваться (то есть, попросту сплющиться). Поэтому в нижнюю часть штанги с большим натягом была установлена (буквально вбита молотком) толстостенная труба длиной около 6 см, препятствующая деформированию штанги (эта труба хорошо заметна на Рисунке 10а).

а) Фотографии дополнительных приспособлений к стойке для дрели. (а) - толстостенная труба, установленная с натягом в нижнюю часть штанги (вид со стороны нижней части станины), (б) - ручка, установленная на фланец взамен штатного рычага (вывернут), (в) - новая пружина, установленная взамен штатной (она для сравнения показана справа).
б) Фотографии дополнительных приспособлений к стойке для дрели. (а) - толстостенная труба, установленная с натягом в нижнюю часть штанги (вид со стороны нижней части станины), (б) - ручка, установленная на фланец взамен штатного рычага (вывернут), (в) - новая пружина, установленная взамен штатной (она для сравнения показана справа).
Рисунок 10. Фотографии дополнительных приспособлений к стойке для дрели. (а) – толстостенная
труба, установленная с натягом в нижнюю часть штанги (вид со стороны нижней части
станины), (б) – ручка, установленная на фланец взамен штатного рычага (вывернут),
(в) – новая пружина, установленная взамен штатной (она для сравнения показана справа).

В-четвертых, пружина, удерживающая дрель вместе с механизмом ее перемещения от самопроизвольного опускания вниз (то есть уравновешивающая дрель), выбрана менее жесткая, поскольку дрель «TUNGFULL 1806B» весит не более 1 кг. Эта установленная пружина (меньшего диаметра) хорошо видна на Рисунке 10б (для сравнения штатная пружина положена справа).

И, наконец, в-пятых, штатный рычаг с шариком, установленный на цилиндрической части механизма перемещения дрели и служащий для ее вертикального перемещения, был выкручен и заменен на обычную дверную деревянную ручку. Эта ручка крепится к фланцу, предназначенному для закрепления труб диаметром 25 мм, тремя саморезами. А сам фланец крепится к цилиндрической части механизма перемещения дрели двумя шпильками с резьбой М4 с углублением под шестигранник (2.5 мм). Для этого на фланце просверлено еще одно отверстие и нарезана резьба М4 (одно такое отверстие с резьбой М4 на фланце уже сделано). Кроме того, на фланце просверлено отверстие, через которое можно вкрутить рычаг. Это отверстие и одна из крепежных шпилек хорошо заметны на Рисунке 10б. Для того чтобы шпильки не скользили по цилиндрической части механизма перемещения, в ней просверлены два углубления, в которые входят шпильки, и, таким образом, фланец надежно закреплен. Кистевое усилие, прилагаемое к ручке, существенно лучше дозировано, чем локтевое усилие, прилагаемое к рычагу. Этого кистевого усилия вполне достаточно для сверления отверстий диаметром 4.5 мм, например, в стальной пластине толщиной 2.5 мм. Если требуется сверление стали бóльшим диаметром сверла (например, 6 – 9 мм), то в стойку необходима уже установка обычной ручной дрели. В этом случае рычаг можно вкрутить на место (Рисунок 10б).

а) Фотография цилиндрической части корпуса мини дрели. (а) - перед установкой переходного кольца, (б) - с переходным кольцом.
б) Фотография цилиндрической части корпуса мини дрели. (а) - перед установкой переходного кольца, (б) - с переходным кольцом.
Рисунок 11. Фотография цилиндрической части корпуса
мини дрели. (а) – перед установкой переходного
кольца, (б) – с переходным кольцом.

Мини дрель «TUNGFULL 1806B» для своего закрепления в стойке имеет достаточно качественно изготовленную цилиндрическую поверхность размером d×h = 37×27 мм (Рисунок 11а). Внутренний диаметр хомута (в стойке) для закрепления дрели составляет 43 мм (стандартный диаметр для закрепления ручной дрели). Поэтому для закрепления дрели «TUNGFULL 1806B» автор использовал алюминиевое разрезное переходное (проставочное) кольцо размером d×D×h = 36×43×24 мм. Для того чтобы надеть это кольцо на цилиндрическую поверхность дрели, необходимо в разрез вставить отвертку с широким шлицем, немного расширить кольцо, надеть его на дрель, а затем отпустить, то есть удалить отвертку. После такой манипуляции кольцо с хорошим натягом останется на дрели (Рисунок 11б). А поскольку от расширения внешний диаметр кольца немного увеличится, это кольцо с небольшим натягом вставляется в хомут стойки и надежно затягивается имбусовым болтом М8, упомянутым выше (Рисунок 9). На этой же фотографии можно заметить устройство регулятора-стабилизатора оборотов на базе микросхемы U2010B в белом корпусе с ручкой и светодиодом на лицевой поверхности. Евровилка дрели подключена к розетке устройства через стандартный переходник «Евро-Россия».

Циркулярная пила и точильный станок на базе мини дрели «SKRAB 56000»

Как видно из фотографии Рисунок 12, циркулярная пила на базе мини дрели «SKRAB 56000» собрана как конструктор из уже готовых z-образных и обычных стальных оцинкованных уголков, на четырех из которых дрель укреплена тремя хомутами – держателями 1½” пластмассовых труб для водоотведения (канализации), а два других z-образных уголка используются для укрепления стеклотекстолитовой пластины толщиной 4 мм с прорезью для пильных дисков. Для крепежа использованы винты М5 с гайками. Сами z-образные уголки прикручены к ДСП саморезами. Для упрочнения z-образные уголки внизу дополнительно укреплены шпильками М5 и гайками. В правую часть стеклотекстолитовой пластины вкручены два винта М5 впотай, которые крепятся снизу к z-образным уголкам барашковыми гайками М5, а левая ее часть вместе со стальной пластиной, служащей как направляющая, установлена на уголках с прорезью, прикрученных барашковыми гайками М5 с шайбами к винтам, установленным на дополнительных обычных уголках. Таким образом, расстояние от направляющей до пильного диска может легко регулироваться. Поскольку стеклотекстолитовая пластина вместе с направляющей может легко сниматься, т.к. они укреплены барашковыми гайками, циркулярная пила очень просто превращается в точильный станок. На Рисунке 13а показан вал (с укрепленном на нем пильным диском), зажатый в патроне дрели, а на Рисунке 13б – патрон дрели с зажатым алмазным кругом, на котором, например, можно затачивать обычные и победитовые сверла.

Изначально в стойку «SKRAB 25519» предполагалось установить мини дрель «SKRAB 56000». Однако ее цилиндрическая поверхность, предназначенная для закрепления в хомуте стойки, во-первых, окрашена, и представляет собой «пупырчатую» поверхность (см. Рисунки 12 и 13). Во-вторых, это не совсем цилиндрическая поверхность, поскольку она имеет конусность, и довольно приличную. Поэтому надежно зажать такую дрель в стойке не представляется возможным. В связи с этим для установки в стойку и была выбрана мини дрель «TUNGFULL 1806B». Однако по своим электрическим параметрам дрель «SKRAB 56000» мощностью 480 Вт и максимальной скоростью 30000 об/мин вполне подходит для описанных выше функций.

 
Фотография циркулярной пилы с мини дрелью «SKRAB 56000» и устройством на базе U2008B в корпусе (в сборе).
Рисунок 12. Фотография циркулярной пилы с мини дрелью «SKRAB 56000» и устройством
на базе U2008B в корпусе (в сборе).

К розетке устройства регулятора-стабилизатора скорости на базе микросхемы U2008B (показана на Рисунке 12 справа в белом корпусе с ручкой-регулятором) дрель подключена своей евровилкой через соответствующий переходник. Само же устройство подключено к сети 220 В белым проводом с вилкой. Для работы дрели с устройством стабилизатора-регулятора переключатель скоростей дрели необходимо установить на максимум. В этом случае двигатель дрели напрямую подключается к контактам своей вилки (а встроенный регулятор скорости на базе симистора отключается).

Результаты работы устройств

Для того чтобы просверлить отверстие диаметром 4.5 мм в стальной пластине толщиной 2.5 мм обычной ручной дрелью, автор вначале бы использовал 2-миллиметровое сверло, затем 3-мм сверло, а затем 4.5 мм сверло. Эти сверла и были использованы для сверления такого отверстия с помощью дрели «TUNGFULL 1806B» и устройства регулятора-стабилизатора скорости на базе микросхемы U2010B (Рисунок 9). При сверлении отверстия диаметром 4.5 мм дрель ни разу не остановилась, правда на конечном этапе сверления на некоторое время замигал светодиод, а после окончания сверления он погас, и дрель продолжала работать, пока не была отключена. Что касается более мягких материалов (дюраль, алюминий, стеклотекстолит, текстолит, пластик и, наконец, дерево), то они легко сверлятся сверлами и большего диаметра. Например, автор легко просверлил алюминиевый радиатор толщиной около 7 мм сверлом 3.3 мм (для нарезки резьбы М4). Кроме того, относительно простое позиционирования сверла, а также легкое дозирование усилия с помощью ручки дрели (Рисунки 9 и 10б) позволяют без проблем просверлить стальную пластину, например, сверлом диаметром 1 мм (при сверлении обычной ручной дрелью такое сверло легко сломать). Такая дрель также позволяет с успехом сверлить печатные платы твердосплавными сверлами. Автор, например, легко просверлил несколько предварительно накерненных отверстий в печатной плате из стеклотекстолита толщиной 1.5 мм сверлом диаметром 0.7 мм с хвостовиком диаметром 2 мм, причем, сверло ни разу не сломалось. Хотя, конечно, такие платы удобнее сверлить более компактной дрелью, о которой говорится в статье автора [2]. Однако, как говорится, факт остается фактом.

а) Фотография насадок для мини дрели «SKRAB 56000». (а) - стального пильного диска для циркулярной пилы, (б) - алмазного диска для заточки сверл.
б) Фотография насадок для мини дрели «SKRAB 56000». (а) - стального пильного диска для циркулярной пилы, (б) - алмазного диска для заточки сверл.
Рисунок 13. Фотография насадок для мини дрели «SKRAB 56000».
(а) – стального пильного диска для циркулярной пилы,
(б) – алмазного диска для заточки сверл.

Что касается циркулярной пилы (Рисунок 12), то с ее помощью легко разрезается стеклотекстолит толщиной до 4 мм (автор проверял 1.5 мм, 2 мм и 4 мм). Причем, без устройства регулятора-стабилизатора скорости с большим трудом разрезался стеклотекстолит толщиной 1.5 мм (дрель на малых скоростях останавливалась, а на более высоких стеклотекстолит просто обугливался). Автор также легко разрезал алюминиевую пластину толщиной 1.5 мм. С помощью точильного диска (Рисунок 13б) легко затачиваются обычные и победитовые сверла.

Во всех вышеописанных экспериментах (циркулярная пила, точило) дрель ни разу не остановилась.

Заключение

Применение микросхем U2010B / U2008B и современной элементной базы позволяет конструировать регуляторы-стабилизаторы скорости вращения легких и компактных мини дрелей, кардинально увеличивая их крутящий момент и позволяя эксплуатировать их в режимах работы, которые невозможны без механического редуктора. Это, в свою очередь, придает таким дрелям новые динамико-кинематические свойства, что дает возможность их применения в новых приложениях (сверление отверстий, распиловка, заточка и т.п.), использование в которых ранее наталкивалось на существенные проблемы или вообще было для них недоступно.

Литература

  1. Кузьминов А. Тиристорный регулятор скорости вращения коллекторных двигателей постоянного тока. Современная электроника. № 2. 2013.
  2. Кузьминов А. Изготовление устройств на печатных платах с высоким разрешением в домашних условиях. Технологии в электронной промышленности. № 1. 2011.
  3. Кузьминов А. Технология изготовления печатных плат с высоким разрешением в любительских условиях. Радио. 2017. № 10.
  4. Кузьминов А. Как использовать фольгу обратной стороны односторонней печатной платы в качестве общего провода. Радио. 2019. № 2.

Загрузки

  1. Файл разводки в формате *.lay6

Материалы по теме

  1. Datasheet Atmel U2008B
  2. Datasheet Atmel U2010B
U2008B Купить ЦенаКупить U2008B на РадиоЛоцман.Цены — от 21,47 до 430
18 предложений от 14 поставщиков
Контроллеры и драйверы двигателей / движения / зажигания Phase Switch Ctrl.
Зенер
Россия и страны ТС
U2008B-M
Microchip
от 21 ₽
AliExpress
Весь мир
1PCS U2008B SOP-8 U2008 SOP 2008B SOP8 IN STCOK
81 ₽
ЭлектроПласт
Россия
U2008B-MFP
Atmel
по запросу
МосЧип
Россия
U2008B-MFPSO8
Atmel
по запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя