Симистор для точечной сварки
Пришёл знакомый, принес два ЛАТР-а и поинтересовался, а можно ли из них сделать споттер? Обычно, услышав подобный вопрос, на ум приходит анекдот про то, как один сосед интересуется у другого, умеет ли тот играть на скрипке и в ответ слышит «Не знаю, не пробовал» - так вот и у меня возникает такой же ответ – не знаю, наверное "да", а что такое «споттер»?
В общем, пока закипал и заваривался чай, выслушал небольшую лекцию о том, что не надо заниматься тем, чем заниматься не надо, что надо быть ближе к народу и тогда ко мне потянутся люди, а также кратко погрузился в историю авторемонтных мастерских, проиллюстрированную смачными байками из жизни «костоправов» и «жестянщиков». После чего понял, что споттер – это такой небольшой "сварочник", работающий по принципу аппарата точечной сварки. Используется для «прихватывания» металлических шайб и других мелких крепёжных элементов к помятому корпусу автомобиля, с помощью которых затем выправляется деформированная жесть. Правда, там ещё «обратный молоток» нужен, но говорят, что это уже не моя забота – от меня требуется только электронная часть схемы.
Посмотрев в сети схемы споттеров, стало ясно, что нужен одновибратор, который будет «открывать» на короткое время симистор и подавать сетевое напряжение на силовой трансформатор. Вторичная обмотка трансформатора должна выдавать напряжение 5-7 В с током, достаточным для «прихватывания» шайб.
Для образования импульса управления симистором используются разные способы – от простого разряда конденсатора до применения микроконтроллеров с синхронизацией к фазам сетевого напряжения. Нас интересует та схема, что попроще – пусть будет «с конденсатором».
Поиски «в тумбочке» показали, что не считая пассивных элементов, есть подходящие симисторы и тиристоры, а также множество другой «мелочёвки» - транзисторы и реле на разные рабочие напряжения (рис.1). Жалко, что оптронов нет, но можно попробовать собрать преобразователь импульса разряда конденсатора в короткий «прямоугольник», включающий реле, которое будет своим замыкающимся контактом открывать и закрывать симистор.
Так же во время поиска деталей нашлось несколько блоков питания с выходными постоянными напряжениями от 5 до 15 В – выбрали промышленный из «советских» времён под названием БП-А1 9В/0,2А (рис.2). При нагрузке в виде резистора 100 Ом блок питания выдаёт напряжение около 12 В (оказалось, что уже переделанный).
Выбираем из имеющегося электронного «мусора» симисторы ТС132-40-10, 12-тивольтовое реле, берём несколько транзисторов КТ315, резисторов, конденсаторов и начинаем макетировать и проверять схему (на рис.3 один из этапов настройки).
То, что в результате получилось, показано на рисунке 4. Всё достаточно просто – при нажатии на кнопку S1 конденсатор С1 начинает заряжаться и на его правом выводе появляется положительное напряжение, равное напряжению питания. Это напряжение, пройдя через токоограничительный резистор R2, поступает на базу транзистора VT1, тот открывается и на обмотку реле К1 поступает напряжение и в результате контакты реле К1.1 замыкаются, открывая симистор Т1.
По мере заряда конденсатора С1, напряжение на его правом выводе плавно уменьшается и при достижении уровня меньше напряжения открывания транзистора, транзистор закроется, обмотка реле обесточится, разомкнувшийся контакт К1.1 перестанет подавать напряжение на управляющий электрод симистора и он по окончании текущей полуволны сетевого напряжения закроется. Диоды VD1 и VD2 стоят для ограничения возникающих импульсов при отпускании кнопки S1 и при обесточивании обмотки реле К1.
В принципе, всё так и работает, но при контроле времени открытого состояния симистора оказалось, что оно достаточно сильно «гуляет». Казалось бы, даже с учётом возможных изменений всех задержек включения-выключения в электронной и механической цепях оно должно быть не более 20 мс, но на самом деле получалось в разы больше и плюс к этому, то импульс длится на 20-40 мс дольше, а то и на все 100 мс.
После небольших экспериментов выяснилось, что это изменение ширины импульса в основном связано с изменением уровня напряжения питания схемы и с работой транзистора VT1. Первое «вылечилось» установкой навесным монтажом внутри блока питания простейшего параметрического стабилизатора, состоящего из резистора, стабилитрона и силового транзистора (рис.5). А каскад на транзисторе VT1 был заменён триггером Шмитта на 2-х транзисторах и установкой дополнительного эмиттерного повторителя. Схема приняла вид, показанный на рисунке 6.
Принцип работы остался прежним, добавлена возможность дискретного изменения длительности импульса переключателями S3 и S4. Триггер Шмитта собран на VT1 и VT2 [1], его «порог» можно менять в небольших пределах изменением сопротивлений резисторов R11 или R12.
При макетировании и проверке работы электронной части споттера было снято несколько диаграмм, по которым можно оценить временные интервалы и возникающие задержки фронтов. В схеме в это время стоял времязадающий конденсатор ёмкостью 1 мкФ и резисторы R7 и R8 имели сопротивление 120 кОм и 180 кОм соответственно. На рисунке 7 сверху показано состояние на обмотке реле, внизу – напряжение на контактах при коммутации резистора, подключенного к +14,5 В (файл для просмотра программой SpectraPLUS находится в архивном приложении к тексту, напряжения снимались через резисторные делители со случайными коэффициентами деления, поэтому шкала «Volts» не соответствует действительности). Длительность всех импульсов питания реле составляла примерно 253…254 мс, время коммутации контактов – 267…268 мс. «Расширение» связано с увеличением времени отключения – это видно по рисункам 8 и 9 при сравнении разницы, возникающей при замыкании и размыкании контактов (5,3 мс против 20 мс).
Для проверки временной стабильности образования импульсов было проведено четыре последовательных включения с контролем напряжения в нагрузке (файл в том же приложении). На обобщённом рисунке 10 видно, что все импульсы в нагрузке достаточно близки по длительности – около 275…283 мс и зависят от того, на какое место полуволны сетевого напряжения пришёлся момент включения. Т.е. максимальная теоретическая нестабильность не превышает времени одной полуволны сетевого напряжения – 10 мс.
При установке R7 =1 кОм и R8 =10 кОм при С1=1 мкФ удалось получить длительность одного импульса менее одного полупериода сетевого напряжения. При 2 мкФ – от 1 до 2 периодов, при 8 мкФ – от 3 до 4 (файл в приложении).
В окончательный вариант споттера были установлены детали с номиналами, указанными на рисунке 6. То, что получилось на вторичной обмотке силового трансформатора, показано на рисунке 11. Длительность самого короткого импульса (первого на рисунке) около 50…60 мс, второго – 140…150 мс, третьего – 300…310 мс, четвёртого – 390…400 мс (при ёмкости времязадающего конденсатора в 4 мкФ, 8 мкФ, 12 мкФ и 16 мкФ).
После проверки электроники самое время заняться «железом».
В качестве силового трансформатора был использован 9-тиамперный ЛАТР (правый на рис. 12). Его обмотка выполнена проводом диаметром около 1,5 мм (рис.13) и магнитопровод имеет внутренний диаметр, достаточный для намотки 7-ми витков из 3-х параллельно сложенных алюминиевых шин общим сечением около 75-80 кв.мм.
Разборку ЛАТР-а проводим аккуратно, на всякий случай весь конструктив «фиксируем» на фото и «срисовываем» выводы (рис.14). Хорошо, что провод толстый – удобно считать витки.
После разборки внимательно осматриваем обмотку, очищаем её от пыли, мусора и остатков графита с помощью малярной кисти с жёстким ворсом и протираем мягкой тканью, слегка смоченной спиртом.
Подпаиваем к выводу «А» пятиамперный стеклянный предохранитель, подключаем тестер к «срединному» выводу катушки «Г» и подаём напряжение 230 В на предохранитель и вывод «безымянный». Тестер показывает напряжение около 110 В. Ничего не гудит и не греется - можно считать, что трансформатор нормальный.
Затем первичную обмотку обматываем фторопластовой лентой с таким нахлёстом, чтобы получалось не менее двух-трёх слоёв (рис.15). После этого мотаем пробную вторичную обмотку из нескольких витков гибким проводом в изоляции. Подав питание и замерив на этой обмотке напряжение, определяем нужное количество витков для получения 6…7 В. В нашем случае получилось так, что при подаче 230 В на выводы «Е» и «безымянный» 7 В на выходе получается при 7 витках. При подаче питания на «А» и «безымянный», получаем 6,3 В.
Для вторичной обмотки использовались алюминиевые шины «ну очень б/у» - они были сняты со старого сварочного трансформатора и местами совсем не имели изоляции. Для того, чтобы витки не замыкались между собой, шины пришлось обмотать лентой-серпянкой (рис.16). Обмотка велась так, чтобы получилось два-три слоя покрытия.
После намотки трансформатора и проверки работоспособности схемы на рабочем столе, все детали споттера были установлены в подходящий по размерам корпус (похоже, что тоже от какого-то ЛАТР-а – рис.17).
Выводы вторичной обмотки трансформатора зажаты болтами и гайками М6-М8 и выведены на переднюю панель корпуса. К этим болтам с другой стороны передней панели крепятся силовые провода, идущие к корпусу автомобиля и «обратному молотку». Внешний вид на стадии домашней проверки показан на рисунке 18. Вверху слева расположены индикатор сетевого напряжения La1 и сетевой выключатель S1, а справа – переключатель напряжения импульса S5. Он коммутирует подключение к сети или вывода «А», или вывода «Е» трансформатора.
Рис.18
Внизу находятся разъём для кнопки S2 и выводы вторичной обмотки. Переключатели длительности импульса установлены в самом низу корпуса, под откидной крышкой (рис.19).
Все остальные элементы схемы закреплены на днище корпуса и передней панели (рис.20, рис.21, рис.22). Выглядит не очень аккуратно, но здесь главной задачей было уменьшение длины проводников с целью уменьшения влияния электромагнитных импульсов на электронную часть схемы.
Печатная плата не разводилась – все транзисторы и их «обвязка» припаяны к макетной плате из стеклотекстолита, с фольгой, порезанной на квадратики (видна на рис.22).
Выключатель питания S1 - JS608A, допускающий коммутацию 10 А токов ("парные" выводы запараллелены). Второго такого выключателя не нашлось и S5 поставили ТП1-2, его выводы тоже запараллелены (если пользоваться им при выключенном сетевом питании, то он может пропускать через себя достаточно большие токи). Переключатели длительности импульса S3 и S4 - ТП1-2.
Кнопка S2 – КМ1-1. Разъем для подключения проводов кнопки - COM (DB-9).
Индикатор La1 - ТН-0.2 в соответствующей установочной фурнитуре.
На рисунках 23, 24, 25 показаны фотографии, сделанные при проверке работоспособности споттера – мебельный уголок размерами 20х20х2 мм точечно приваривался к жестяной пластине толщиной 0,8 мм (крепёжная панель от компьютерного корпуса). Разные размеры «пятачков» на рис.23 и рис.24 – это при разных «варочных» напряжениях (6 В и 7 В). Мебельный уголок в обоих случаях приваривается крепко.
На рис.26 показана обратная сторона пластины и видно, что она прогревается насквозь, краска подгорает и отлетает.
После того, как отдал споттер знакомому, он примерно через неделю позвонил, сказал, что обратный «молоток» сделал, подключил и проверил работу всего аппарата – всё нормально, всё работает. Оказалось, импульсы большой длительности в работе не нужны (т.е. элементы S4,С3,С4,R4 можно не ставить), но есть потребность подключения трансформатора к сети «напрямую». Насколько я понял, это для того, чтобы с помощью угольных электродов можно было прогревать поверхность помятого металла. Сделать подачу питания «напрямую» несложно – поставили переключатель, позволяющий замыкать «силовые» выводы симистора. Немного смущает недостаточно большое суммарное сечение жил во вторичной обмотке (по расчетам надо больше), но раз прошло уже больше двух недель, а хозяин аппарата предупреждён о «слабости обмотки» и не звонит, значит ничего страшного не произошло.
Во время экспериментов со схемой был проверен вариант симистора, собранного из двух тиристоров Т122-20-5-4 (их видно на рисунке 1 на заднем плане). Схема включения показана на рис.27 [2], диоды VD3 и VD4 - 1N4007.
Симистор BTA41-800B или точечная сварка — версия Плюс (продолжение — заводская плата)
Благодаря большому интересу к моему творчеству по созданию аппарата точечной сварки и поддержке обзоров читателями, я решил опубликовать еще один обзор. Данный обзор будет продолжением этого и этого. В этот раз основным рассматриваемым элементом будет управляющая плата, заказанная и изготовленная в Китае. Любителей поделок и интересующихся точечной сваркой приглашаю под кат.
Про сам симистор, являющийся ключом, который коммутирует первичную обмотку сварочного трансформатора, я более-менее подробно написал здесь. Там же было изготовление платы с помощью ЛУТ. Схема и код полученного решения описаны здесь.
Благодаря интересу читателей, я заказал платы в Китае, вместе с компонентами. И расскажу о том, что получилось в итоге. Надеюсь этим обзором облегчить труд тем, кто попросил меня изготовить данные платы и всем остальным, изготавливающим платы самостоятельно.
Платы пришли в вакуумной упаковке, в таком виде:
Качество плат вполне приличное:
Как видно я использовал панелирование, чтобы максимально использовать доступное пространство. Размер платы получился более компактным, чем ручной вариант, итог: 5 на 10 см.
Платы с небольшим усилием отламываются и получается две. Места отлома я подровнял Dremel-ем. Припаиваем элементы рассмотренные ранее:
Есть пара моментов, на первой плате одно отверстие оказалось закрыто металлизацией, пришлось его высверлить. Отверстия под ножки симистора получились чуть тоньше чем требовалось, пришлось взять сверлышко на 1 мм и доработать (видимо металлизация съела доли миллиметра). Получилось, на мой взгляд, вполне аккуратно. Стоит сравнить с этим:
Думаю разница есть.
Я специально силовые дорожки, идущие к трансформатору оставил без маски, чтобы их можно было усилить — залудив толстым слоем припоя (заказавшим по необходимости следует это проделать вместе с припайкой проводов).
Многие писали, что радиатор не нужен в данном применении — я оставил отверстие на плате для его крепления, желающие могут его посадить на теплопроводную пасту и закрепить на плате. Пример показан на самодельной плате, радиатор можно взять с неисправной материнской платы или видеокарты, либо отпилить (как я) кусок алюминиевого профиля.
Теперь про подключение элементов к плате:
В принципе, для тестовой сварки достаточно подключить сеть (220 Вольт), трансформатор и кнопку сварки. Подключение экрана позволяет видеть текущие режимы и энкодером настраивать параметры. SPI нужен для смены прошивки (в качестве программатора можно использовать Arduino со скетчем Arduino ISP или USBASP), которую при заливке загрузчика, также можно загружать через USB to Serial.
Термистор в текущей прошивке не используется.
Отверстия для проводов я сделал диаметром 2 мм, чтобы удобно можно было припаять достаточно толстый провод.
Каждую плату я тестирую, не припаивая а вставляя в отверстия с металлизацией провода, вот такая тестовая сборка:
При таком подключении проводов следует быть максимально аккуратным (а вообще лучше так не делать — 220 Вольт опасно для жизни!) Провода следует припаять и тестировать на диэлектрической поверхности, не дотрагиваясь до платы руками! Работу управления вентилятором тестировал перетыканием проводов лампы в соответствующие гнезда, конечно, предварительно выключал сетевое напряжение.
В прошлом обзоре, в комментариях, был вопрос насчет подключения OLED дисплея с диагональю 0.96", так вот он вообще не требует изменения прошивки:
К сожалению, быстро русифицировать устройство не получилось, но как я это сделаю — выложу новую прошивку. Но там всего несколько слов — думаю проблем при использовании быть не должно. Напомню:
— Pulse duration — продолжительность сварочного импульса в миллисекундах (следует понимать, что, в целом, продолжительность кратна 10 мс, но у нас есть смещение относительно начала положительной полуволны, поэтому регулируется миллисекундами.
— Number pulses — количество сварочных импульсов (скважность равна 2, коэффициент заполнения 1/2)
— Shift time — сдвиг относительно начала положительной полуволны в миллисекундах, для оптимальной работы трансформатора и еще по ряду причин (обо всем можно почитать в прошлых обзорах про мою конструкцию, в частности в комментариях), следует включать на пике синусоиды сетевого напряжения — у меня получилось 3 мс (вы можете экспериментировать с данным значением)
Переключение между настройками осуществляется коротким нажатием на энкодер. Изменение текущего параметра — вращением энкодера. Длительное нажатие приведет к сохранению выставленных параметров, при отключении питания и новом включении сохраненные параметры будут восстановлены.
Видео тестирования первой платы, как всегда, в качестве нагрузки выступила лампа накаливания 75 Вт:
В комментариях буду рад увидеть пожелания по улучшению прошивки, по мере появления времени я ее буду обновлять и выкладывать новые версии.
На текущий момент на все полученные платы уже есть заказчики, если будет интерес — закажу еще и вышлю всем желающим по мере изготовления (пишите в личку).
Спасибо всем кто прочитал этот демонстрационный обзор, надеюсь информация будет полезной, особенно тем, кто ожидает свои платы.
Вопрос по таймеру для точечной сварки.
Мастерю самодельную точечную сварку для сборки аккумуляторов.
Сейчас осталась последняя задача: сделать таймер. Логика такая: при нажатии на кнопку, симистор должен открыться на некоторое очень короткое время, около 0.1-0.2 сек.
Соорудил схемку. В нормальном состоянии заряжается конденсатор через диод и сопротивление, при нажатии на переключатель заряд конденсатора разряжается на управляющий вывод через сопротивление 560 Ом. Но этого не происходит. Если подаю переменку через 560 Ом на управляющий, то симистор открывается как надо.
Подскажите, в чем проблема? Неужели он открывается только переменкой?
Информация Неисправность Прошивки Схемы Справочники Маркировка Корпуса Сокращения и аббревиатуры Частые вопросы Полезные ссылки
Справочная информация
Этот блок для тех, кто впервые попал на страницы нашего сайта. В форуме рассмотрены различные вопросы возникающие при ремонте бытовой и промышленной аппаратуры. Всю предоставленную информацию можно разбить на несколько пунктов:
- Диагностика
- Определение неисправности
- Выбор метода ремонта
- Поиск запчастей
- Устранение дефекта
- Настройка
Неисправности
Все неисправности по их проявлению можно разделить на два вида - стабильные и периодические. Наиболее часто рассматриваются следующие:
- не включается
- не корректно работает какой-то узел (блок)
- периодически (иногда) что-то происходит
О прошивках
Большинство современной аппаратуры представляет из себя подобие программно-аппаратного комплекса. То есть, основной процессор управляет другими устройствами по программе, которая может находиться как в самом чипе процессора, так и в отдельных микросхемах памяти.
На сайте существуют разделы с прошивками (дампами памяти) для микросхем, либо для обновления ПО через интерфейсы типа USB.
Схемы аппаратуры
Начинающие ремонтники часто ищут принципиальные схемы, схемы соединений, пользовательские и сервисные инструкции. Это могут быть как отдельные платы (блоки питания, основные платы, панели), так и полные Service Manual-ы. На сайте они размещены в специально отведенных разделах и доступны к скачиванию гостям, либо после создания аккаунта:
Справочники
На сайте Вы можете скачать справочную литературу по электронным компонентам (справочники, таблицу аналогов, SMD-кодировку элементов, и тд.).
Marking (маркировка) - обозначение на электронных компонентах
Современная элементная база стремится к миниатюрным размерам. Места на корпусе для нанесения маркировки не хватает. Поэтому, производители их маркируют СМД-кодами.
Package (корпус) - вид корпуса электронного компонента
При создании запросов в определении точного названия (партномера) компонента, необходимо указывать не только его маркировку, но и тип корпуса. Наиболее распостранены:
- DIP (Dual In Package) – корпус с двухрядным расположением контактов для монтажа в отверстия
- SOT-89 - пластковый корпус для поверхностного монтажа
- SOT-23 - миниатюрный пластиковый корпус для поверхностного монтажа
- TO-220 - тип корпуса для монтажа (пайки) в отверстия
- SOP (SOIC, SO) - миниатюрные корпуса для поверхностного монтажа (SMD)
- TSOP (Thin Small Outline Package) – тонкий корпус с уменьшенным расстоянием между выводами
- BGA (Ball Grid Array) - корпус для монтажа выводов на шарики из припоя
Краткие сокращения
При подаче информации, на форуме принято использование сокращений и аббревиатур, например:
| Сокращение | Краткое описание |
|---|---|
| LED | Light Emitting Diode - Светодиод (Светоизлучающий диод) |
| MOSFET | Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor - Полевой транзистор с МОП структурой затвора |
| EEPROM | Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory - Электрически стираемая память |
| eMMC | embedded Multimedia Memory Card - Встроенная мультимедийная карта памяти |
| LCD | Liquid Crystal Display - Жидкокристаллический дисплей (экран) |
| SCL | Serial Clock - Шина интерфейса I2C для передачи тактового сигнала |
| SDA | Serial Data - Шина интерфейса I2C для обмена данными |
| ICSP | In-Circuit Serial Programming – Протокол для внутрисхемного последовательного программирования |
| IIC, I2C | Inter-Integrated Circuit - Двухпроводный интерфейс обмена данными между микросхемами |
| PCB | Printed Circuit Board - Печатная плата |
| PWM | Pulse Width Modulation - Широтно-импульсная модуляция |
| SPI | Serial Peripheral Interface Protocol - Протокол последовательного периферийного интерфейса |
| USB | Universal Serial Bus - Универсальная последовательная шина |
| DMA | Direct Memory Access - Модуль для считывания и записи RAM без задействования процессора |
| AC | Alternating Current - Переменный ток |
| DC | Direct Current - Постоянный ток |
| FM | Frequency Modulation - Частотная модуляция (ЧМ) |
| AFC | Automatic Frequency Control - Автоматическое управление частотой |
Частые вопросы
После регистрации аккаунта на сайте Вы сможете опубликовать свой вопрос или отвечать в существующих темах. Участие абсолютно бесплатное.
Кто отвечает в форуме на вопросы ?
Ответ в тему Вопрос по таймеру для точечной сварки. как и все другие советы публикуются всем сообществом. Большинство участников это профессиональные мастера по ремонту и специалисты в области электроники.
Как найти нужную информацию по форуму ?
Возможность поиска по всему сайту и файловому архиву появится после регистрации. В верхнем правом углу будет отображаться форма поиска по сайту.
По каким еще маркам можно спросить ?
По любым. Наиболее частые ответы по популярным брэндам - LG, Samsung, Philips, Toshiba, Sony, Panasonic, Xiaomi, Sharp, JVC, DEXP, TCL, Hisense, и многие другие в том числе китайские модели.
Какие еще файлы я смогу здесь скачать ?
При активном участии в форуме Вам будут доступны дополнительные файлы и разделы, которые не отображаются гостям - схемы, прошивки, справочники, методы и секреты ремонта, типовые неисправности, сервисная информация.
Полезные ссылки
Здесь просто полезные ссылки для мастеров. Ссылки периодически обновляемые, в зависимости от востребованности тем.
Симистор BTA41-800B или точечная сварка - версия Плюс
На mysku.club уже были обзоры, посвященные созданию аппаратов для точечной сварки. Предмет очень дорогой при покупке в готовом виде, но часто очень нужный в хозяйстве для тех, кто любит что то поделать руками. Напомню, что этот аппарат позволяет легко приваривать контактные пластины к аккумуляторам, сваривать тонкие листы металла, варить стальную проволоку и тд. Под катом моя версия реализации данного агрегата. Читателей ожидают размышления, схемы, платы, программирование, конструирование (все элементы колхозинга) с множеством фото и видео…
Так как в обзоре будут использоваться многие детальки, то я по ходу обзора приведу на них ссылки, возможно сейчас есть эти же детали дешевле у других продавцов.
Предмет обзора приехал в жесткой пластиковой упаковке, в которой лежало 10 экземпляров симистора BTA41-800B.
Данный элемент нам требуется для включения и выключения в нужные моменты сварочного аппарата.
Максимальное обратное напряжение 800 В
Максимальное значение тока в открытом состоянии 40 А
Рабочая температура от -40 до 125 °C
Корпус TOP-3
Симистop (симметричный триодный тиристор) или триак (от англ. TRIAC — triode for alternating current) — полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристоров и используемый для коммутации в цепях переменного тока. Следует отметить, что симистop изобретён и запатентован был в СССР (в г. Саранске на заводе «Электровыпрямитель» в 1962-1963 г. ).
Блок схема этого элемента:
A1 и A2 — силовые электроды
G — управляющий электрод
В закрытом состоянии проводимость симистора отсутствует, нагрузка выключена. При подаче на управляющий электрод отпирающего сигнала между основными электродами симистора возникает проводимость, нагрузка оказывается включённой. Характерно, что симистор в открытом состоянии проводит ток в обоих направлениях.
Подробно характеристики BTA41-800B можно посмотреть в datasheet.
Для управления симистором обычно используются специальные симисторные оптроны (triac driver). Оптосимисторы принадлежат к классу оптронов и обеспечивают очень хорошую гальваническую развязку (порядка 7500 В) между управляющей цепью и нагрузкой. Эти радиоэлементы состоят из инфракрасного светодиода, соединенного посредством оптического канала с двунаправленным кремниевым симистором. Последний может быть дополнен отпирающей схемой, срабатывающей при переходе через нуль питающего напряжения.
.
В большинстве случаев предпочтительным является использование оптосимисторов с детекцией нуля, по целому ряду причин. Иногда (при резистивной нагрузке детекция нуля не важна. А иногда нужно включать нагрузку например на максимуме синусоиды сетевого напряжения, тогда приходится сооружать свою схему детеции и, конечно, использовать оптосимистор без детекции нуля.
Перейдем к нашему устройству. Так уж сложились звезды, что мне потребовалось заменить банки в паре аккумуляторов шуруповертов и в руки попала неисправная микроволновка… И в то же время, в голове давненько витала мысль о необходимости соорудить себе точечную сварку. И я решился на этот шаг.
Разобрал микроволновку (исходная мощность 1200 Вт), вынул все детали. Забегая вперед скажу, что нам потребуется часть проводов с клеммами, трансформатор и вентилятор. Остальное можно использовать в других устройствах (в комментариях можно поделиться своими соображениями на этот счет). Мои трансформатор с вентилятором и провода, выглядели так:
Необходимо сохранив первичную обмотку удалить вторичную, которая сделана более тонким проводом. Удалять можно разными способами, мне показалось более приемлемым спиливание дремелем выступающей части обмотки с последующим выбиванием остатков. Чтобы не повредить первичную обмотку, рекомендую вставить фанерку подходящей толщины между обмотками.
Далее необходимо намотать толстый провод вместо извлеченной вторичной обмотки. Я использовал вот такой многожильный провод сечением 70 мм2:
Старое его название ПВ3-70. Больших усилий намотка провода не требовала, получилось так:
Я купил 2 метра провода, думаю, можно было обойтись и одним метром.
Зачищаем концы:
Готовим паяльное оборудование (флюс лти-120, катушка 2мм припоя и газовая горелка надетая на баллон газа):
Наконечник лучше использовать из луженной меди под провод 70 мм (ТМЛ 70-12-13):
Обильно смачиваем флюсом внутренние поверхности наконечников и провода. Вставляем провод в наконечник подгибая непослушные проводки (не быстрая процедура), и греем горелкой подавая сбоку припой. Результат примерно такой:
Все ужасы закроем термоусадкой:
На мой провод отлично уселась вот такая:
На этой стадии уже можно подключить трансформатор к розетке проводом от микроволновки (он уже имеет клеммы для подключения) и даже попробовать сделать первую сварку, коммутируя нажатием на концы толстого провода, единственное, я рекомендую прикрутить какие-то медные детали, так как наконечники портить не желательно. Варить получится разве что какие-то толстые детали — так как возможности коммутации весьма ограничены.
Перейдем к электрической части. Я уже говорил что коммутацию первичной обмотки решил делать симистором, осталось решить вопрос каким оптосимистором им управлять. Я решил делать схему распознавания нуля, поэтому выбрал вариант без детекции нуля, взяв MOC3021. Datasheet на эту микросхему. Типовое включение следующее:
Вентилятор от микроволновки я решил использовать для охлаждения трансформатора и платы. Так как он тоже на 220 В, то для его включения я решил использовать релюшку OMRON G3MB-202P, она компактная и хорошо справляется с маломощной нагрузкой.
Для управления логикой я решил использовать контроллер atmega328p в корпусе QFP32.
Блок питания нужен на 5 Вольт, я применил такой. Он рассчитан на 600 мА, чего вполне достаточно.
Основной фокус в данном деле это синхронизация с сетью 220 В. Нужно научиться включать нагрузку в момент когда сетевое напряжение имеет определенное значение. В итоге я пришел к такой схеме:
Особенности: VD1 — нужно выбирать быстрый диод (я взял MUR) — он нужен для шунтирования оптрона и избегания появления на нем обратного напряжения более 5 В, VD2 — подойдет любой выпрямительный (подойдет 1N4007 — он существенно снизит тепловую нагрузку на R2, убрав лишнюю полуволну), R2- следует взять мощностью 1-2 Вт (у меня под рукой не было и я поставил 2 резистора параллельно по 90 КОм на 1/4 Вт, температура оказалась приемлемой). А6 — это аналоговый вход контроллера, который использовал я для этих целей. R1 подтягивает вход контроллера к земле. В остальном схема довольно простая.
Нарисовал плату в программе Sprint Layout:
Изготавливаем плату ЛУТ-ом. После травления в хлорном железе:
После смывки тонера:
После лужения:
Вопреки привычной тактике, я сначала спаял силовую часть, чтобы ее отладить независимо от контроллера, на симистор решил приклеить радиатор, выпиленный из алюминиевого профиля:
Получилось так:
Убедился что все хорошо:
Схема слежения за нулем выдает вот такое:
Припаял остальные элементы:
Прошиваем загрузчик (благо я специально вывел пины SPI), и начинаем писать тестировать, исправлять, перепаивать…
Для отладки интенсивно использовался осциллограф, я использую на даче такой, дома конечно удобнее стационарный:
Теперь можно припаять провода для подключения нагрузки (трансформатора и вентилятора), я использовал провода с клеммами от той же микроволновки, в этот момент промелькнула мысль не перепутать бы их при сборке…
Для проверки подключил лампу накаливания вместо трансформатора, на этом этапе сварка выглядит так:
Сдвиг в 3 мс — дает вот такие управляющие импульсы:
А вот так выглядит то, что идет в нагрузку (масштаб сетевого напряжения специально взят иной):
И вот так при другой длительности:
Для визуализации я использовал светодиод трехцветный (использовал только 2: синий и зеленый), с общим катодом. Когда сварочник включен в сеть, горит зеленый свет, когда идет сварка синий. Также используется звуковая сигнализация с помощью вот такой пищалки, при нажатии кнопки сварки проигрывается одна мелодия, после другая.
Для визуализации процесса настройки, я использовал OLED дисплейчик с диагональю 1.3". Он компактный и хорошо виден из-за своей яркости — по моему оптимальное решение.
Стартовый экран выглядит так:
Рабочий режим так:
Как видно, можно задать три параметра: длительность сварочного импульса, количество импульсов и сдвиг относительно распознанного начала положительной полуволны.
Все параметры настраиваются энкодером KY-040. Я решил сделать такую логику: переключение режимов настройки осуществляется кратковременным нажатием энкодера, изменение текущего параметра в заданном диапазоне вращением энкодера, а чтобы сохранить текущие параметры нужно использовать длительное нажатие энкодера, тогда при загрузке будут именно они использоваться (значения по умолчанию).
Видео тестовой сварки с экранчиком и применением энкодера, в качестве нагрузки вместо трансформатора все та же лампочка 75 Вт:
Первый опыт сварки на жести от консервной банки, еще без корпуса:
Результатом я остался доволен.
Но нужен корпус. Корпус решил изготовить из дерева. Один мебельный щит из Леруа у меня был, второй купил. Прикинул расположение и напилил, навырезал (получилось не особо аккуратно, но меня как корпус для аппарата точечной сварки вполне устраивает:
Все управление решил сделать в передней части корпуса для удобства настройки в процессе работы:
Сзади предусмотрел отверстия для забора воздуха:
В качестве кнопки включения и предохранителя установил автомат на 10А.
Корпус покрасил черной краской:
Для защиты установил решетки на заднюю панель:
Немного про кнопку включения. Ее решил делать отдельно, причем, мне хотелось иметь два варианта кнопки: стационарный — для длительной работы и мобильный — для быстрой сварки. Соответственно требовался разъем, в качестве которого выступил стандартный разъем для питания (припаял к нему проводки и изолировал термоусадкой):
Стационарный вариант кнопки решил соорудить в виде педали:
К ней шел коротенький проводок, видимо предполагается ее присоединение к длинному. Разбираем:
Припаиваем ПВС 2х0.5:
В исходном кабеле шло три провода:
Нам черный не нужен.
Собираем все обратно. И припаиваем на другой конец провода штекер:
Мобильную версию изготовил совсем просто:
Экранчик и разъем для кнопки крепим в корпус:
Туда же крепим нашу плату:
Внутри довольно плотно:
Помните я писал о мысли про неперепутывание нагрузок… так вот я перепутал. OMRON G3MB-202P — отправился к праотцам, начав находится включенным независимо от управляющего сигнала… Во он:
Пришлось снимать стенку, потом плату и перепаивать релюху. Процесс сопровождался небольшим количеством нецензурных выражений. Причем плату до этого я уже покрыл защитным лаком в 2 слоя… Но не будем о грустном. Все получилось, прибор заработал.
Как известно, вращение вентилятора, особенно такого не маленького как в нашем случае, сопровождается вибрацией и нагрузкой на крепление, резьбовое соединение постепенно ослабевает и процесс усугубляется. Чтобы этого не происходило, я в своих поделках стараюсь пользоваться отечественным фиксатором резьбы Автомастергель от «Регион Спецтехно». Обзор этого замечательного геля я даже делал тут:
Данный фиксатор является анаэробным, то есть полимеризуется именно там где нужно — в плотной скрутке резьбы.
На дно корпуса прикрутил гламурные ножки:
Тестовая сварка, принесла немало положительных эмоций:
В качестве электродов нужно использовать медные пластины, у меня их не было, сплющил трубку от кондиционера — вполне нормально.
Варилось вот это:
Итоговый вид агрегата:
Вид сзади:
Гвозди сваривает вполне нормально:
Немного измерений. Параметры дачной электросети:
Потребление холостого хода:
При включенном вентиляторе:
Из-за инерционности прибора и сварки короткими импульсами скорее всего прибор не может определить максимальную мощность, вот столько он показал:
Токовые клещи у меня не умеют показывать пик, то что удалось зафиксировать кнопкой:
В реальности я видел цифру в 400 А.
Напряжение на контактах:
Теперь полезное применение. У одного человека (привет ему :) ) Шуруповерт перезимовал на даче и весной или даже осенью был затоплен паводком. Жалобы были на очень короткое время работы акумов 1-2 шурупа и все… Вот такая картина вскрытия:
Акумы чувствовали себя явно не в порядке, позже это подтвердилось тестами:
На замену были заказаны новые банки. И после окончания работ со сварочником, самое время было их заменить:
Оторвать руками полоски у меня не вышло. Платка была отмыта провода тоже заменены::
Аккумулятор начал новую жизнь:
Видео сварки аккумуляторов:
Результат всегда стабилен, оптимальное время 34 мс, количество импульсов 1, сдвиг 3 мс.
Спасибо всем, кто дочитал этот огромный обзор до конца, надеюсь кому-то данная информация окажется полезной. всем крепких соединений и добра!
Читайте также: