Трехдюймовые УШМ на батарейках.

[zepete]

Трехдюймовые УШМ бывают двух типов: фирменные, например Бош и мусор с маркетплесов и других магазинов

Фирменная 76 мм болгарка удобнее 115 мм в качестве циркулярной пилы, ибо она легче.

Только это не касается дешевого инструмента с маркетплейсов. Те делают специально хуже фирменных, для этого даже идут на дополнительные расходы.

Микродвигатель означает, что мощность двигателя меньше одной лошадиной силы, скан учебника 1975 года.


В этом же учебнике написано, что КПД микродвигателей около 1/2, поэтому мощность электропривода РМИ на батарейках можно оценить по следующей формуле: Р=0.5*U*I. Любой электродвигатель можно перегружать в 5 раз в течении 10 секунд, после чего должна сработать тепловая защита терминологии электромонтеров, она же защита i²t в терминологии киповцев. Если этого не будет, то двигатель пустит дымок.
Поэтому пиковую мощность можно считать по формуле PPO=2.5*U*I (PPO - Peak Power Output).

Электромагнитный момент на шпинделе считается по формуле из школьных учебников физики M=9.5*P/n, где n- частота вращения в об/мин, которая пока неизвестна. Ее можно найти используя два дополнительных свойства двигателей с магнитами постоянными.

1. Частота вращения (n) пропорциональна противо-ЭДС (Е).
2. На холостом ходу E равно U при этом частота вращения равна no и указывается в руководстве пользователя.
3. Механическую мощность можно еще считать по формуле P=E*I.

Из свойств 1 и 2 следует, что E=n*U/no, подставив которую в формулу мощности получается, что U*I*e=n*U*I/no или n=e*no, где e - это КПД двигателя, а n - искомая частота вращения при максимальной нагрузке.
Подставив которую в формулу для вычисления момента получается M=19*P/no.

После замены P на напряжение и силу тока, получаются следующие две формулы: M=9.5*U*I/no - длительный момент; и пиковый PMO=47.5*U*I/no - пиковый момент (PPO - Peak Moment Output).

Производители характеристики своей продукции всегда завышают, поэтому мощность и момент электропривода РМИ лучше всего считать по напряжению, частоте вращения и толщине провода обмотки, ибо толщину провода обмотки фальсифицировать невозможно. Для этого приму допустимую плотность тока равной 5A/мм². Максимальная длительная мощность: P=1.96*U*d². Пиковая мощность: PPO=10*U*d². Длительный момент: M=37*U*d²/n. Пиковый момент: PMO=187*U*d²/n. Во всех формулах d- это диаметр провода в мм, а n - частота вращения в об/мин. Формулы оценочные, поэтому округляю их до однозначных мантис. Получаются следующие формулы: P=2*U*d²; PPO=10*U*d²;M=40*U*d²/no; PMO=200*U*d²/no.

Все УШМ 75мм имеют прямой электропривод, то есть пилящий диск прикручивается на вал электродвигателя.

Вся разница в электродвигателях. Они бывают двух типов: двигатели постоянного тока и вентильные двигатели. В связи с любовью к американизмам сейчас, выражение вентильный двигатель у молодежи является харамом. Их велят называть многочисленными американскими аббревиатурами, которые в реальности должны быть торговыми марками просто, ибо в той стране все является патентованными торговыми марками, и ведутся агрессивные религиозные войны по поводу правильного их называния. Так же дословным переводом американских выражений, например бесщеточный двигатель постоянного тока, от brushless direct current motor, хотя при развитом социализме brushless motor соответствовало выражение бесконтактный двигатель, скан из учебника 1975 года.


Вентильные двигатели отличаются от двигателей постоянного тока тем, что они без электронного мозга не крутятся вообще. Собственно, советская терминология это свойство подчеркивала, ибо вентиль - это электронный контакт/ключ, а бесконтакт - это отсутствие электромеханического переключателя. Электронный мозг вентильного двигателя может быть аналоговым, необязательно ему быть "цифрой", но он должен быть обязательно. В этом их преимущество, ибо они как минимум не сгорят от перегрузки, в них сработает защита реализованная на встроенном контроллере. У коллекторного РМИ контроллера двигателя обычно не бывает, у фирменных может быть защита от перегрузки или низкого напряжения только. У инструмента марки "СПЕЦ" из магазина магнит, "HiLDA" и "Focse"из маркетплейса озон, "vinzor" из светофора, deкo всеинструменты и т.п. вся электроника минимальна.

Соответственно, покупать мини УШМ с щеточным двигателем нельзя: с комплектной батарейкой они пилить не будут, а подключенные к блоку питания они пустят дымок.

Я такую покупал на озоне. Она пустила дымок при работе от БП. Ее можно было бы заставить пилить, но для этого надо делать ей электронный блок. Пускает двигатель дымок от того, что активное сопротивление якоря меньше 1 Ома, а значит сила тока и соответственно выделяемое тепло при заторможенном двигателе стремиться к бесконечности.

Двигатель самый обычный, похожие ставят в принтеры.


Обмотка якоря выполнена проводом диаметром 0.64 мм.


Скорость холостого хода 19500.


Из выше описанных мной формул следует, что максимально допустимая длительная мощность 10Вт; импульсная мощность 50Вт; длительный момент 0.01Н*м; импульсный момент 0.05 Н*м.

Бывают еще циркулярные пилы с вентильными двигателями. В них используется синхронный двигатель переменного тока. Соответственно, ему для работы нужна плата управления полярностью и уровнем тока в обмотках двигателя. Она расположена в ручке и требует охлаждения. Поэтому у РМИ с коллекторным двигателем воздух всасывается из передней части двигателя и выбрасывается сзади двигателя, а с бесконтактым двигателем поток воздуха идет в обратную сторону, то есть всасывается в ручке, где плата управления и выбрасывается с передней части двигателя, куда диск прикручивается. Соответственно тип электропривода можно определить по внешнему виду электроинструмента: обычный коллекторный двигатель выдают прорези для выброса воздуха на задней части цилиндра скрывающего двигатель, которых нет у РМИ с вентильным электроприводом .



Первая проблема стоящая при подаче электрического тока на вентильный двигатель стоит в определении его необходимой полярности. Делается это двумя способами: при помощи датчика положения ротора и при помощи "наблюдателя". Наблюдатель - это часть алгоритма управления двигателем, которая какие-то требуемые, но неизмеримые, переменные состояния двигателя определяет по току и напряжению на обмотках. Весь алгоритм управления двигателем в России называется векторным управлением, азаграницей по разному, каждый производитель микросхем и электроприводов свое патентованное название имеет. В этой фиче оно называется  FOC (Field Oriented Control), американский Rockwell называет TotalFORCE, ABB называет Direct torque control.

Наблюдатель за ротором хуже и дороже датчика положения ротора.

Хуже он от того, что точность наблюдателя ниже. На низких оборотах двигатель с наблюдателем вместо датчика работает идентично шаговому двигателю, ибо противо-ЭДС в пределах погрешности измерения и расчетов, то есть с избытком тока в обмотках например. Это приводит к тому, что бездатчиковые двигатели плохо разгоняются, 75 мм УШМ с озона не разгонится, если диск удерживать пальцем.

В тоже время такой бездатчиковый электропривод дороже, ибо вентилятор с BLDC и датчиком положения ротора стоит на озоне от 100 рублей, а бездатчиковый привод требует измерителя тока и 32-х битного процессора. Каждая из этих частей дороже 100 рублей стоит:) Измеритель тока дорогой, потому что это либо мощный/большой резистор, требуется резистор мощностью 1Вт на 10А, либо прецизионный усилитель, либо датчик тока с эффектом Холла. Каждый из этих способов измерения силы тока в 30А за 1000 рублей уходит в розницу.
32-битный процессор нужен для того, что бы реализовать алгоритм векторного управления, который заключается в моделировании переходных процессов двигателя в реальном времени.

Тем не менее производители дешевого инструмента идут на эти дополнительные затраты. Причину я вижу только в том, что бы их продукция была качественно хуже бош, макита, метабо и т.д.

Конкретно в купленной мной fichа впаяна микросхема FORTIOR FU65721, которая является 16 битным микроконтроллером с сопроцессором реализующим алгоритм векторного управления вентильным двигателем, токовыми и операционными усилителями, потому что других контроллеров китайская FORTIOR не производит.

Также виден большой резистор измерения силы тока и шесть МОППТ типа AP80N03D на плате.


Характеристики у фичи приблизительно как у коллекторной HiLDA, ибо провод намотан тоже 0.7мм. Только защита срабатывает при перегрузе, которая делает работу с ним без доработки невозможной от БП: чуть сильнее нажал и он уходит аварийный режим. Аварийный режим - это потребление 30А от БП. Поэтому им пользоваться можно, но только после доработки состоящей в создании устройства показывающего силу тока потребляемую от блока питания.

Моя схема его доработки, включает в себя защиту от перегрева и индикацию режима резания близкого к аварийному.

Особенности схемы.
1. Паралельно проводу питания от БП 12В требуется поставить конденсатор 100мк*16В, без этого будет показывать перегруз при вращении шпинделя даже на холостом ходу.
2. Она запоминает состояние перегрева, то есть пока не остынет, плата не даст вкл. двигатель отключение питания сбросу не поможет. Для этого служат Q2.1, Q3. D2...D4, R18...20, R24, LED17, R22, R23,  C2.
3. R1, R7, R8, R13, R14, R16, R17 желательны 1% точности, ибо они задают пороги срабатывания, соответсвенно их и все VRы покупать в приличном месте, не на озоне или алиэкспрессе, хотя можно и там, но тогда пороги срабатывания уплывут.
4. LED1....16 загораются, когда сила тока потребляемая УШМ будет больше 25А и двигатель вращается или при перегреве и стоячем двигателе.

Что надо сделать с платой контроллера.

1. Разорвать дорожку от кнопки вкл.

2. Подключить канал Q2.2.


Как все это выглядит.


Безпроблемная мини УШМ - это Бош. Мини УШМ Бош имеет двигатель с датчиком положения ротора.

поэтому он разгоняется моментально и если ему подставить пальцы во время разгона, то он их скорее отрежет, чем остановится. Хотя электроника у него наверно попроще будет даже, ибо в 80...90-х годах прошлого века вентильные привода реализовывали на операционных усилителях с регуляторами работающими по алгоритму управления двигателями постоянного тока, 32-х битного процессора решающего взаимозависимые диф.уравнения в реальном времени для этого не надо. Если бы было какое-то значимое преимущество векторного управления, то тогда бы в эти привода монтировали бы 32-х битные процессоры такие, ибо в приводах асинхронных двигателей были уже они.

Сейчас ученый симулянт электродвигателей с хабра утверждают обратное, что без векторного управления жить нельзя, для доказательства показывает симуляцию в симуляторе на компьютере.
https://habr.com/ru/articles/539542

Только он не знает, что датчик положения ротора может выдавать синусоидальный сигнал, а не импульсный, как у него, соответственно этот синусоидальный сигнал будет распределять ток по синусоидальному закону между распределенными обмотками, а значит биений момента с ними не будет, которым он пугает.

На самом деле жить без него нельзя только из-за производителей микросхем, которые перестали производить старые типы микросхем управления двигателями, а только с векторным управлением.