Срок жизни аккумуляторов шуруповерта намного меньше срока эксплуатации самого электроинструмента. После выхода АКБ из строя можно купить новые элементы питания, что недешево. Но иногда хорошим выходом будет изготовить самостоятельно блок питания от сети 220 вольт и забыть о проблеме аккумуляторов навсегда. При этом произойдет потеря в мобильности, но во многих случаях (условия стационарной мастерской и т.д.) это не имеет значения.
Общая схема и ток потребления шуруповертов 12, 14 и 18В
Шуруповерты различных производителей построены на разной элементной базе, но структурная электрическая схема у всех примерно одинакова. Электроинструмент состоит из:
- съемного аккумулятора;
- платы управления;
- куркового выключателя, совмещенного с регулятором оборотов;
- переключателя диапазонов регулирования частоты (может отсутствовать);
- электрического двигателя (коллекторного или бесщеточного).
При изготовлении своими руками источника питания для шуруповерта надо обращать внимание на два параметра:
- напряжение;
- номинальный выходной ток.
С напряжением все просто – новый источник питания должен иметь выходное напряжение, равное номинальному напряжению питания электроинструмента. Понижение ведет к потере крутящего момента, повышение – к снижению ресурса. Работа платы управления при пониженном напряжении не гарантируется, при повышенном – вероятен выход ее из строя.
Необходимый рабочий ток определить сложнее. Производители электроинструмента крайне редко указывают потребляемый ток. Немногим чаще указывают мощность в ваттах. Но на шильдиках шуруповертов можно найти следующие данные:
- рабочее напряжение (в вольтах);
- частота вращения (в оборотах в минуту);
- вращаюший момент (в ньютонах на метр).
Эти данные выглядят достаточными для расчета рабочего тока.
На самом деле не все так радужно. Если задаться данными с реального шуруповерта и попытаться рассчитать номинальный ток, то получится абсурдный результат.
Сначала рассчитывается выходная мощность по формуле:
P=T*RPM/9550, где:
- P – мощность, кВт;
- T – вращающий момент, Н/м;
- RPM – частота вращения, об/мин;
- 9550 – коэффициент, объединяющий перевод из одних единиц в другие.
Для указанных данных получается:
P=42*1350/9550=5,9 кВт.
Эту развиваемую мощность надо разделить на КПД (примерно равный 0,8), в итоге потребляемая мощность равна около 7 кВт. При напряжении 20 вольт аккумуляторы должны отдавать ток 350 А!!! При емкости 2 А*ч батарея разрядится за 20 секунд (если даже теоретически АКБ обеспечит такой ток). Это и есть обещанный абсурд. Причиной этого могут быть лукавые декларации по оборотам или крутящему моменту. Возможно, наибольший крутящий момент выдается только при определенной частоте вращения, но даже если ее знать, то практического смысла будет мало. Ведь шуруповерт работает на разных частотах.
Поэтому ориентироваться нужно на следующие цифры, полученные экспериментальным путем:
- холостой ход – 1..2 ампера;
- средняя нагрузка – 4..6 А;
- максимальная нагрузка – 8..11 А;
- броски тока при полном торможении – до 30 А.
Уточнить эти цифры для конкретного шуруповерта можно, замерив реальный потребляемый ток на разных режимах, собрав для этого несложную схему и погоняв электроинструмент на различных нагрузках.
А можно не уточнять, а ориентироваться на цифры, указанные выше. Блок питания понадобится на наибольший ток 10 А (но никак не меньше 5..6), желательно с защитой от сверхтока.
Из чего можно собрать блок питания
Блок питания для зарядки шуруповерта можно сделать по различным схемам. Все зависит от квалификации, наличия приборов и имеющихся материалов.
Неплохой блок питания для шуруповерта напряжением 12 в можно получить из БП для компьютера. Сначала надо проверить, подходит ли он по параметрам.
В приведенном примере БП имеет два 12-вольтовых канала – на 11 А и на 13 А. Каждого канала достаточно для питания выбранного электроинструмента на 12 вольт. В интернете можно найти советы по параллельному соединению каналов до получения суммарного тока (в приведенном случае – 24 А). Делать это не рекомендуется, потому что из-за разницы в напряжениях один канал может стать потребителем для другого — весь риск на выбор хозяина. Из блока питания выходит шлейф проводов. Надо обрезать все, кроме:
- двух черных (общий провод);
- одного зеленого (провод управления);
- одного или двух желтых (выход 12 вольт).
Иногда надо оставить и красный провод – некоторые схемы требуют базовой нагрузки. Для этого между красным и любым черным надо подключить лампочку на 12 вольт. Если в ее отсутствие БП не выключается, значит, ее можно убрать. Зеленый провод надо подключить к любому черному. А 12 вольт снимать с желтого и черного (любого) проводников.
Если есть подходящий трансформатор, можно построить источник питания на нем. Общая схема нестабилизированного источника питания показана на рисунке. Такое устройство состоит из:
- понижающего трансформатора;
- диодного моста;
- сглаживающего конденсатора.
Если есть готовый промышленный трансформатор, надо по справочнику найти его данные. Если они устраивают, БП можно собрать на нем. Если нет – его можно переделать, предварительно проверив его пригодность для работы в требующихся условиях. Пригодность трансформатора определяется его мощностью. Если задаться выходным током в 10 А, напряжением 14 В и КПД системы (от трансформатора до выходного вала шуруповерта) равным 0,5, то потребуется трансформатор мощностью P=10 А*14 В/0,5=280 Вт (можно округлить до 300 Вт).
Чтобы определить мощность трансформатора по железу, надо найти площадь сечения его сердечника в сантиметрах (в большинстве случаев можно снять размеры без разборки). Получившуюся площадь в квадратных сантиметрах Sc надо подставить в формулу:
Если полученный результат превышает 300 Вт, трансформатор пригоден для изготовления блока питания. Далее надо удалить все вторичные обмотки и намотать новую. Число витков можно определить экспериментально. Для этого надо намотать любое известное количество витков любым проводом и замерить выходное напряжение. Допустим, намотав 10 витков, на выходе получается 5 вольт. Значит, на один вольт приходится два витка, и для получения 14 вольт надо намотать 28 витков. Для 10 ампер сечение провода должно быть не менее 2,5 кв.мм, это соответствует толщине 1,8 мм.
После изготовления трансформатора надо выбрать диоды, способные работать при выбранном токе. Их надо поставить на радиаторы. И последнее – установить сглаживающий конденсатор. Он должен быть рассчитан на напряжение не менее 25 вольт и иметь емкость 4000-10000 мкФ (можно больше, но увеличатся габариты). Для таких задач трансформаторный блок питания получается достаточно громоздким и тяжелым.
Его можно дополнить стабилизатором напряжения, тогда он будет сохранять крутящий момент при любой нагрузке (но это необязательно – ведь в штатном режиме аккумуляторы также просаживаются при большом токе).
Можно собрать стабилизатор на интегральной микросхеме серии 78ХХ (79ХХ для отрицательного плеча), умощнив ее внешним транзистором.
Важно! Линейный стабилизатор работает при определенном превышении входного напряжения перед выходным, поэтому в этом случае понадобится трансформатор с выходным напряжением 17..18 вольт. Габаритная мощность также должна быть увеличена – общий КПД схемы уменьшится. Это надо учесть при подборе или изготовлении.
Готовый источник надо поместить в корпус. Его можно сделать самостоятельно или подобрать готовым.
Неплохой результат можно получить, применив бок питания от ноутбука. Такие устройства рассчитаны на выходное напряжение 19 вольт и на различный ток нагрузки. Можно подобрать источник, выдающий ток до 6 ампер, этого хватит для большинства домашних работ. Перегружать такой источник не следует – сработает защита или отключится самовосстанавливающийся предохранитель на входе (самостоятельно восстанавливается он не всегда, и придется его заменять).
Для питания шуруповерта можно использовать регулируемые и нерегулируемые источники питания постоянного тока, применяемые, например, в лабораториях. Их достоинство в том, что выходное напряжение можно регулировать, и установить, в зависимости от модели электроинструмента, как 12 В, так и 18 В. Проблема в том, что трудно найти лабораторный источник напряжения, рассчитанный на выходной ток 10 А. Так, представленный на фото блок на каждый канал имеет ограничение тока немногим более 3 А. Напряжение при этом около нуля, поэтому работать в таком режиме шуруповерт не сможет. В лучшем случае этот блок питания обеспечит холостой ход электроинструмента.
Наилучшим вариантом является импульсный источник питания. легкий, компактный, не содержит мощного тяжелого трансформатора за счет того, что преобразование уровня напряжения происходит на более высокой частоте. Минус такого решения – сложная схемотехника. Чтобы изготовить импульсник своими руками, потребуется определенная квалификация.
Схема одного из вариантов импульсного БП приведена на рисунке. Переменное напряжение выпрямляется мостом на VD1-VD4. Генератор на VT1 управляет работой ключей на VT3, VT4. В обмотке 1 трансформатора T2 создаются мощные импульсы тока высокой частоты. С обмотки 3 снимаются импульсы с пониженной амплитудой, выпрямляются мостом VD7, сглаживаются емкостью С5 и подаются на нагрузку. Намоточные данные трансформаторов указаны в таблице.
| Трансформатор | Магнитопровод | Обмотка | Количество витков | Провод |
|---|---|---|---|---|
| T1 | Феррит 1000 НМ (2000 НМ, 3000 НМ) 12х8х3 (кольцо) | 1,2,3 | 20 | ПЭВ 0.33 |
| T2 | Феррит 1000 НМ (2000 НМ, 3000 НМ) 40х25х11 (кольцо) | 1 | 100 | ПЭВ 0.54 |
| 2 | 9 | ПЭВ 0.33 | ||
| 3 | 13 | ПЭВ 0.96 |
Типовые ошибки при изготовлении
Типовые ошибки при изготовлению блоков питания сводятся к неправильному соединению элементов. Если вести монтаж внимательно, то этих проблем можно избежать. Также надо помнить, что шуруповерт сбалансирован по весу для работы с АКБ. Если батарею снять совсем, то работать будет очень неудобно. Поэтому надо оставить неработоспособный аккумулятор, удалив контактные пластины.
Из видео узнаете, что можно сделать из старого зарядного от шуруповерта.
Другой вариант – удалить из корпуса АКБ отработанные элементы, закрепив вместо них внутри соответствующий груз. В остальном изготовлении блока питания проблем вызвать не должно, и старый инструмент получит новую жизнь.
