Variateur de vitesse. pour mini-perceuses.

On trouve dans le commerce de petites perceuses particulièrement performantes. Certaines d ’ entre elles sont capables de tourner à plus de 10.000t/mn avec une tension d ’ alimentation de 15 à 18V, sous 5 à 10A ! Pour percer des circuits en époxy, c'est parfait. Mais pour percer un coffret en plastique, ou encore pour percer une face avant en aluminium, il vaut mieux pouvoir adapter la vitesse de rotation de la perceuse. C ’ est le but du montage que nous vous proposons ici.

Vous savez sûrement que la vitesse de coupe d ’ un foret doit être adaptée aux matériaux, en fonction du diamètre de perçage souhaité. Si vous choisissez une vitesse de rotation trop élevée avec un matériau dur, vous pouvez dire adieu au foret après quelques tours, surtout si ce dernier est d ’ un diamètre important. Par contre avec un matériau moins dur (du plastique par exemple) votre trou
’ aura pas du tout l'allure escomptée, le matériau se déformant sous l ’ effet de la chaleur. Avec les mini- perceuses actuellement disponibles, il est donc indispensable de disposer d ’ un variateur de vitesse.
Pourtant, les fabricants de mini-perceuses ne proposent pas tous un transformateur équipé d ’ un variateur, et pour cause. En effet la conception du variateur n ’ est pas aussi simple qu ’ on pourrait l ’ imaginer. Certains se disent sans doute qu ’ il leur suffit de faire comme ils l ’ ont toujours fait: alimenter la perceuse avec une alimentation variable. Faire varier la tension permet effectivement de faire varier la vitesse de rotation de la perceuse. Mais cette méthode n ’ est pas une bonne solution. Pour pouvoir fournir 20V sous 5A il faut déjà posséder une belle alimentation stabilisée! Mais si vous souhaitez régler la tension de sortie à 5V, si la perceuse consomme 5A (selon le couple demandé) cela signifie que l ’ alimentation va dissiper 75W. Même si l ’ alimentation est capable de dissiper une telle puissance, c ’ est une grande perte d ’ énergie ! Par ailleurs vous aurez peut-être déjà remarqué qu ’ avec une tension d ’ alimentation faible, la perceuse n ’ est plus en mesure de fournir un couple de perçage suffisant.
La solution passe donc par une alimentation adaptée au travail à effectuer. Une alimentation à découpage est sans nul doute la meilleure solution à envisager pour faire varier la vitesse de rotation d ’ une petite perceuse. Le principe de l ’ alimentation à découpage est simple. On fournit à la perceuse une tension hachée, dont on fait varier le rapport cyclique (rapport entre le temps à l ’ état haut et le temps à l ’ état bas). De cette façon, on fait varier la valeur moyenne de la tension appliquée à la perceuse sans que le transistor de découpage ne dissipe une énergie importante. Seules les pertes du transistor sont responsables d ’ une perte d ’ énergie. Le rendement d ’ un tel dispositif est donc très intéressant. Si l ’ on choisit une fréquence de découpage suffisamment élevée, la perceuse ne s ’ aperçoit de rien. De plus la perceuse est toujours attaquée par la tension nominale, même si la valeur moyenne est faible. Cela se traduit par un couple de perçage plus important à faible vitesse.
N ’ imaginez pas pour autant que vous disposerez du même couple de perçage quelle que soit la vitesse de rotation. Les phénomènes d ’ inertie et de pertes par effet joule s ’ appliquent aux mini-perceuses comme aux autres. Néanmoins, l ’ alimentation à découpage permet un meilleur contrôle de la vitesse de rotation si elle est faible.
Description du schéma
Selon le schéma de notre montage, l ’ alimentation de l ’ ensemble sera raccordée au transformateur fourni avec la perceuse via CN1. Si vous n ’ avez pas déjà le transformateur d ’ alimentation de la perceuse, vous pourrez utiliser un transformateur quelconque puisque le montage intègre un pont de diode. Bien entendu, vous choisirez la puissance du transformateur en fonction des besoins de votre perceuse. Soyez vigilant aux caractéristiques du pont de diodes (en particulier le courant supporté) si votre perceuse est un modèle puissant . Nous avons souhaité que ce montage puisse être utilisé avec le plus grand nombre de perceuses possible, ce qui explique l ’ usage du régulateur REG1. Ainsi, vous pourrez utiliser le montage avec une tension d ’ entrée pouvant aller jusqu'à 30V.
Le circuit U2 est monté en oscillateur astable. La variation du rapport cyclique est obtenue grâce aux diodes D2 et D3 qui permettent de choisir une constante de temps différente selon le cycle (charge ou décharge de C3). La résistance R3 permet de modifier les seuils de basculement de
’ oscillateur. En raison du rapport des résistances R1, R2 et R3, les seuils sont fixés à VCC / 3 et 2 VCC / 3. Dans ces conditions, le temps de charge de C3 est donné par la formule
T = 0,7 x C3 x R4
et le temps de décharge par la formule
T = 0,7 x C3 x (R6 + R5) , si l ’ on néglige la tension de seuil des diodes D2 et D3. Avec les valeurs choisies pour les éléments R4, R5 et R6 on constate qu ’ il est possible de faire varier la tension de sortie de 9 à 98% de la tension maximum.
L ’ amplificateur opérationnel U2 présente une "tension de déchet" en sortie proche de 2V. Cela signifie que la sortie du U2 évolue entre 2 et 10V. Cela pose un problème pour commander directement les transistors T1 et T2. En effet, à l ’ état bas, la tension présente sur la broche 6 de U2 permettrait de polariser la base de T1 et de T2. Certes, le courant de polarisation sera beaucoup plus faible qu ’ à l ’ état haut, mais cela serait suffisant pour que T2 soit polarisé dans sa région linéaire, ce qui entraînerait des pertes par effet joule énormes.
Un étage de mise en forme est donc indispensable entre le circuit U2 et les transistors T1 et T2. Un étage de type "push pull" est tout à fait adapté à notre cas de figure.
Plutôt que de faire appel à des transistors discrets pour cet étage, nous avons utilisé le circuit U1 dont toutes les portes sont montées en parallèle pour augmenter le courant de sortie. Finalement, c ’ est une solution plus simple à mettre en oeuvre pour un coût inférieur au coût de deux petits transistors. Les transistors T1 et T2 forment un super transistor Darlington, dont le gain en courant minimum est de 15000. En raison du courant demandé par certaines perceuses, c'est nécessaire pour être certain de saturer correctement T2, et donc de limiter les pertes de l ’ étage de commande.
Vous noterez la présence d ’ une diode de récupération (D4) aux bornes du connecteur d ’ alimentation de la perceuse. N ’ oublions pas que la perceuse présente une composante inductive très importante qu ’ il convient de maîtriser lorsque le courant d ’ alimentation est interrompu (T2 bloqué). A cet instant précis une force contre-électromotrice apparaît aux bornes de la perceuse, en raison du flux magnétique qui ne peut disparaître instantanément dans le stator. Non seulement cette force électromagnétique peut endommager T2, mais elle représente de l ’ énergie qui serait perdue sans la diode D4.
Selon le modèle de perceuse utilisé, la diode D4 risque d ’ être mise à rude épreuve. C ’ est pourquoi il faudra impérativement utiliser une diode rapide en boîtier TO220 installée sur un dissipateur thermique . C ’ est un peu inhabituel, mais c ’ est pourtant indispensable dans notre cas de figure.
Réalisation
Les pastilles seront percées à l'aide d'un foret de 0,8mm de diamètre, pour la plupart. En ce qui concerne T1, C1, C2, CN1, CN2 et REG2 il faudra percer les pastilles avec un foret de 1mm de diamètre. Enfin pour DD1, D4, R5 et T2 il faudra percer les pastilles avec un foret de 1,5mm de diamètre. Avant de réaliser le circuit imprimé il est préférable de vous procurer les composants pour vous assurer qu'ils s'implanteront correctement. Cette remarque concerne particulièrement le potentiomètre R5. Pour le reste, il n'y a pas de difficulté particulière pour l'implantation. Soyez tout de même attentifs au sens des diodes, des condensateurs et des circuits intégréscomme on doit le faire habituellement pour tous les composants polarisés.

Le régulateur transistor T1 pourra être monté sur un petit dissipateur thermique pour limiter la température de fonctionnement à une valeur acceptable au touché, mais ce n ’ est pas une nécessité. En revanche pour le transistor T2 le dissipateur thermique est indispensable. Choisissez un modèle ayant une résistance thermique inférieure à 5°C/W. Prévoyez le dissipateur en fonction du boîtier que vous choisirez. Enfin, le régulateur REG1 n ’ a pas besoin d ’ être monté sur un dissipateur, tellement la puissance qu ’ il dissipe est faible. Cependant avec une alimentation de plus de 20V en entrée, il est possible que le régulateur chauffe un peu, ce qui n ’ est pas bien méchant. La diode de récupération (D4) sera impérativement montée sur un dissipateur ayant une résistance thermique inférieure à 17°C/W pour éviter d'atteindre une température de jonction trop élevée. En effet la diode D4 sera mise à rude épreuve, surtout si vous utilisez un modèle de mini-perceuse puissante. Si votre revendeur vous propose une référence équivalente pour cette diode, vérifiez bien les caractéristiques de la diode : 8A, 100V, temps de réponse 25 ns . Pour terminer la description de ce montage, ajoutons que les pistes qui véhiculent un courant important seront étamées directement au fer à souder.

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6 Commentaires

  1. hdf hry rtezqeseeeeeeeaertyuiplljgdqn:!......................................................

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  2. srjtttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttt

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  3. ou se trouve le typon ?!!

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  4. Bonjour,

    Ce montage à été publié dans la revue " Le Haut-Parleur "...

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  5. bonjour,
    si cela intéresse quelqu’un, j'ai le numéro de la revue " Le Haut-parleur" avec l'article et le typon...

    william17

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