Аппарат для точечной сварки на основе Arduino Nano. Ультрабюджетная точечная сварка литиевых аккумуляторов дома Сварочный инвертор на ардуино
Вашему вниманию представлена схема сварочного инвертора, который вы можете собрать своими руками. Максимальный потребляемый ток - 32 ампера, 220 вольт. Ток сварки - около 250 ампер, что позволяет без проблем варить электродом 5-кой, длина дуги 1 см, переходящим больше 1 см в низкотемпературную плазму. КПД источника на уровне магазинных, а может и лучше (имеется в виду инверторные).
На рисунке 1 приведена схема блока питания для сварочного.
Рис.1 Принципиальная схема блока питания
Трансформатор намотан на феррите Ш7х7 или 8х8
Первичка имеет 100 витков провода ПЭВ 0.3мм
Вторичка 2 имеет 15 витков провода ПЭВ 1мм
Вторичка 3 имеет 15 витков ПЭВ 0.2мм
Вторичка 4 и 5 по 20 витков провода ПЭВ 0.35мм
Все обмотки необходимо мотать во всю ширину каркаса, это дает ощутимо более стабильное напряжение.
Рис.2 Принципиальная схема сварочного инвертора
На рисунке 2 - схема сварочника. Частота - 41 кГц, но можно попробовать и 55 кГц. Трансформатор на 55кгц тогда 9 витков на 3 витка, для увеличения ПВ трансформатора.
Трансформатор на 41кгц - два комплекта Ш20х28 2000нм, зазор 0.05мм, газета прокладка, 12вит х 4вит, 10кв мм х 30 кв мм, медной лентой (жесть) в бумаге. Обмотки трансформатора сделаны из медной жести толщиной 0.25 мм шириной 40мм обернутые для изоляции в бумагу от кассового аппарата. Вторичка делается из трех слоев жести (бутерброд) разделенных между собой фторопластовой лентой, для изоляции между собой, для лучшей проводимости высоко- частотных токов, контактные концы вторички на выходе трансформатора спаяны вместе.
Дроссель L2 намотан на сердечнике Ш20х28, феррит 2000нм, 5 витков, 25 кв.мм, зазор 0.15 - 0.5мм (два слоя бумаги от принтера). Токовый трансформатор – датчик тока два кольца К30х18х7 первичка продетый провод через кольцо, вторичка 85 витков провод толщиной 0.5мм.
Сборка сварочного
Намотка трансформатора
Намотку трансформатора нужно делать с помощью медной жести толщиной 0.3мм и шириной 40мм, ее нужно обернуть термобумагой от кассового аппарата толщиной 0.05мм, эта бумага прочная и не так рвется как обычная при намотке трансформатора.
Вы скажите, а почему не намотать обычным толстым проводом, а нельзя потому что этот трансформатор работает на высокочастотных токах и эти токи вытесняются на поверхность проводника и середину толстого провода не задействует, что приводит к нагреву, называется это явление Скин эффект!
И с ним надо бороться, просто надо делать проводник с большой поверхностью, вот тонкая медная жесть этим и обладает она имеет большую поверхность по которой идет ток, а вторичная обмотка должна состоять из бутерброда трех медных лент разделенных фторопластовой пленкой, она тоньше и обернуты все эти слои в термобумагу. Эта бумага обладает свойством темнеть при нагреве, нам это не надо и плохо, от этого не будет пускай так и останется главное, что не рвется.
Можно намотать обмотки проводом ПЭВ сечением 0.5…0.7мм состоящих из нескольких десятков жил, но это хуже, так как провода круглые и состыкуются между собой с воздушными зазорами, которые замедляют теплообмен и имеют меньшую общую площадь сечения проводов вместе взятых в сравнении с жестью на 30%, которая может влезть окна ферритового сердечника.
У трансформатора греется не феррит, а обмотка поэтому нужно следовать этим рекомендациям.
Трансформатор и вся конструкция должны обдуваться внутри корпуса вентилятором на 220 вольт 0.13 ампера или больше.
Конструкция
Для охлаждения всех мощных компонентов хорошо использовать радиаторы с вентиляторами от старых компьютеров Pentium 4 и Athlon 64. Мне эти радиаторы достались из компьютерного магазина делающего модернизацию, всего по 3…4$ за штуку.
Силовой косой мост нужно делать на двух таких радиаторах, верхняя часть моста на одном, нижняя часть на другом. Прикрутить на эти радиаторы диоды моста HFA30 и HFA25 через слюдяную прокладку. IRG4PC50W нужно прикручивать без слюды через теплопроводящую пасту КТП8.
Выводы диодов и транзисторов нужно прикрутить на встречу друг другу на обоих радиаторах, а между выводами и двумя радиаторами вставить плату, соединяющею цепи питания 300вольт с деталями моста.
На схеме не указано нужно на эту плату в питание 300V припаять 12…14 штук конденсаторов по 0.15мк 630 вольт. Это нужно, чтобы выбросы трансформатора уходили в цепь питания, ликвидируя резонансные выбросы тока силовых ключей от трансформатора.
Остальная часть моста соединяется между собой навесным монтажом проводниками не большой длины.
Ещё на схеме показаны снабберы, в них есть конденсаторы С15 С16 они должны быть марки К78-2 или СВВ-81. Всякий мусор туда ставить нельзя, так как снабберы выполняют важную роль:
первая
- они глушат резонансные выбросы трансформатора
вторая
- они значительно уменьшают потери IGBT при выключении так как IGBT открываются быстро, а вот закрываются
гораздо медленнее и во время закрытия емкость С15 и С16 заряжается через диод VD32 VD31 дольше чем время закрытия IGBT, то есть этот снаббер перехватывает всю мощь на себя не давая выделяться теплу на ключе IGBT в три раза чем было бы без него.
Когда IGBT быстро открываются,
то через резисторы R24 R25 снабберы плавно разряжаются и основная мощь выделяется на этих резисторах.
Настройка
Подать питание на ШИМ 15вольт и хотя бы на один вентилятор для разряда емкости С6 контролирующую время срабатывания реле.
Реле К1 нужно для замыкания резистора R11, после того, когда зарядятся конденсаторы С9…12 через резистор R11 который уменьшает всплеск тока при включении сварочного в сеть 220вольт.
Без резистора R11 на прямую, при включении получился бы большой БАХ во время зарядки емкости 3000мк 400V, для этого эта мера и нужна.
Проверить срабатывание реле замыкающие резистор R11 через 2…10 секунд после подачи питания на плату ШИМ.
Проверить плату ШИМ на присутствие прямоугольных импульсов идущих к оптронам HCPL3120 после срабатывания обоих реле К1 и К2.
Ширина импульсов должна быть шириной относительно нулевой паузе 44% нулевая 66%
Проверить драйвера на оптронах и усилителях ведущих прямоугольный сигнал амплитудой 15вольт убедится в том, что напряжение на IGBT затворах не превышает 16вольт.
Подать питание 15 Вольт на мост для проверки его работы на правильность изготовления моста.
Ток потребления при этом не должен превышать 100мА на холостом ходу.
Убедится в правильной фразировке обмоток силового трансформатора и трансформатора тока с помощью двух лучевого осциллографа.
Один луч осциллографа на первичке, второй на вторичке, чтобы фазы импульсов были одинаковые, разница только в напряжении обмоток.
Подать на мост питание от силовых конденсаторов С9…С12 через лампочку 220вольт 150..200ватт предварительно установив частоту ШИМ 55кГц подключить осциллограф на коллектор эмиттер нижнего IGBT транзистора посмотреть на форму сигнала, чтобы не было всплесков напряжения выше 330 вольт как обычно.
Начать понижать тактовую частоту ШИМ до появления на нижнем ключе IGBT маленького загиба говорящем о перенасыщении трансформатора, записать эту частоту на которой произошел загиб поделить ее на 2 и результат прибавить к частоте перенасыщения, например перенасыщение 30кГц делим на 2 = 15 и 30+15=45, 45 это и есть рабочая частота трансформатора и ШИМа.
Ток потребления моста должен быть около 150ма и лампочка должна еле светиться, если она светится очень ярко, это говорит о пробое обмоток трансформатора или не правильно собранном мосте.
Подключить к выходу сварочного провода длиной не мене 2 метров для создания добавочной индуктивности выхода.
Подать питание на мост уже через чайник 2200ватт, а на лампочку установить силу тока на ШИМ минимум R3 ближе к резистору R5, замкнуть выход сварочного проконтролировать напряжение на нижнем ключе моста, чтобы было не более 360вольт по осциллографу, при этом не должно быть ни какого шума от трансформатора. Если он есть - убедиться в правильной фазировке трансформатора -датчика тока пропустить провод в обратную сторону через кольцо.
Если шум остался, то нужно расположить плату ШИМ и драйвера на оптронах подальше от источников помех в основном силовой трансформатор и дроссель L2 и силовые проводники.
Еще при сборке моста драйвера нужно устанавливать рядом с радиаторами моста над IGBT транзисторами и не ближе к резисторам R24 R25 на 3 сантиметра. Соединения выхода драйвера и затвора IGBT должны быть короткие. Проводники идущие от ШИМ к оптронам не должны проходить рядом с источниками помех и должны быть как можно короче.
Все сигнальные провода от токового трансформатора и идущие к оптронам от ШИМ должны быть скрученные, чтобы понизить уровень помех и должны быть как можно короче.
Дальше начинаем повышать ток сварочного с помощью резистора R3 ближе к резистору R4 выход сварочного замкнут на ключе нижнего IGBT, ширина импульса чуть увеличивается, что свидетельствует о работе ШИМ. Ток больше - ширина больше, ток меньше - ширина меньше.
Ни какого шума быть не должно иначе выйдут из строя IGBT .
Добавлять ток и слушать, смотреть осциллограф на превышение напряжения нижнего ключа, чтобы не выше 500вольт, максимум 550 вольт в выбросе, но обычно 340 вольт.
Дойти до тока, где ширина резко становиться максимальной говорящим, что чайник не может дать максимальный ток.
Все, теперь на прямую без чайника идем от минимума до максимума, смотреть осциллограф и слушать, чтобы было тихо. Дойти до максимального тока, ширина должна увеличиться, выбросы в норме, не более 340вольт обычно.
Начинать варить, в начале 10 секунд. Проверяем радиаторы, потом 20 секунд, тоже холодные и 1 минуту трансформатор теплый, спалить 2 длинных электрода 4мм трансформатор горечеватый
Радиаторы диодов 150ebu02 заметно нагрелись после трех электродов, варить уже тяжело, человек устает, хотя варится классно, трансформатор горяченький, да и так уже не кто не варит. Вентилятор, через 2 минуты трансформатор доводит до теплого состояния и можно варить снова до опупения.
Ниже вы можете скачать печатные платы в формате LAY и др. файлы
Евгений Родиков (evgen100777 [собака] rambler.ru). По всем возникшим вопросам при сборке сварочника пишите на E-Mail.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Блок питания | |||||||
| Линейный регулятор | LM78L15 | 2 | В блокнот | ||||
| AC/DC преобразователь | TOP224Y | 1 | В блокнот | ||||
| ИС источника опорного напряжения | TL431 | 1 | В блокнот | ||||
| Выпрямительный диод | BYV26C | 1 | В блокнот | ||||
| Выпрямительный диод | HER307 | 2 | В блокнот | ||||
| Выпрямительный диод | 1N4148 | 1 | В блокнот | ||||
| Диод Шоттки | MBR20100CT | 1 | В блокнот | ||||
| Защитный диод | P6KE200A | 1 | В блокнот | ||||
| Диодный мост | KBPC3510 | 1 | В блокнот | ||||
| Оптопара | PC817 | 1 | В блокнот | ||||
| C1, C2 | 10мкФ 450В | 2 | В блокнот | ||||
| Электролитический конденсатор | 100мкФ 100В | 2 | В блокнот | ||||
| Электролитический конденсатор | 470мкФ 400В | 6 | В блокнот | ||||
| Электролитический конденсатор | 50мкФ 25В | 1 | В блокнот | ||||
| C4, C6, C8 | Конденсатор | 0.1мкФ | 3 | В блокнот | |||
| C5 | Конденсатор | 1нФ 1000В | 1 | В блокнот | |||
| С7 | Электролитический конденсатор | 1000мкФ 25В | 1 | В блокнот | |||
| Конденсатор | 510 пФ | 2 | В блокнот | ||||
| C13, C14 | Электролитический конденсатор | 10 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| VDS1 | Диодный мост | 600В 2А | 1 | В блокнот | |||
| NTC1 | Терморезистор | 10 Ом | 1 | В блокнот | |||
| R1 | Резистор | 47 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R2 | Резистор | 510 Ом | 1 | В блокнот | |||
| R3 | Резистор | 200 Ом | 1 | В блокнот | |||
| R4 | Резистор | 10 кОм | 1 | В блокнот | |||
| Резистор | 6.2 Ом | 1 | В блокнот | ||||
| Резистор | 30Ом 5Вт | 2 | В блокнот | ||||
| Сварочный инвертор | |||||||
| ШИМ контроллер | UC3845 | 1 | В блокнот | ||||
| VT1 | MOSFET-транзистор | IRF120 | 1 | В блокнот | |||
| VD1 | Выпрямительный диод | 1N4148 | 1 | В блокнот | |||
| VD2, VD3 | Диод Шоттки | 1N5819 | 2 | В блокнот | |||
| VD4 | Стабилитрон | 1N4739A | 1 | 9В | В блокнот | ||
| VD5-VD7 | Выпрямительный диод | 1N4007 | 3 | Для понижения напряжения | В блокнот | ||
| VD8 | Диодный мост | KBPC3510 | 2 | В блокнот | |||
| C1 | Конденсатор | 22 нФ | 1 | В блокнот | |||
| C2, C4, C8 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 3 | В блокнот | |||
| C3 | Конденсатор | 4.7 нФ | 1 | В блокнот | |||
| C5 | Конденсатор | 2.2 нФ | 1 | В блокнот | |||
| C6 | Электролитический конденсатор | 22 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| C7 | Электролитический конденсатор | 200 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| C9-C12 | Электролитический конденсатор | 3000мкФ 400В | 4 | В блокнот | |||
| R1, R2 | Резистор | 33 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R4 | Резистор | 510 Ом | 1 | В блокнот | |||
| R5 | Резистор | 1.3 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R7 | Резистор | 150 Ом | 1 | В блокнот | |||
| R8 | Резистор | 1Ом 1Ватт | 1 | В блокнот | |||
| R9 | Резистор | 2 МОм | 1 | В блокнот | |||
| R10 | Резистор | 1.5 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R11 | Резистор | 25Ом 40Ватт | 1 | В блокнот | |||
| R3 | Подстроечный резистор | 2.2 кОм | 1 | В блокнот | |||
| Подстроечный резистор | 10 кОм | 1 | В блокнот | ||||
| K1 | Реле | 12В 40А | 1 | В блокнот | |||
| K2 | Реле | РЭС-49 | 1 | В блокнот | |||
| Q6-Q11 | IGBT-транзистор | IRG4PC50W | 6 | ||||
В некоторых случаях вместо пайки выгоднее использовать точечную сварку. К примеру, такой способ может пригодится для ремонта аккумуляторных батарей, состоящих из нескольких аккумуляторов. Пайка вызывает чрезмерный нагрев ячеек, что может привести к выходу их из строя. А вот точечная сварка нагревает элементы не так сильно, поскольку действует относительно непродолжительное время.
Для оптимизации всего процесса в системе используется Arduino Nano. Это управляющий блок, который позволяет эффективно управлять энергоснабжением установки. Таким образом, каждая сварка является оптимальной для конкретного случая, и энергии потребляется столько, сколько необходимо, не больше, и не меньше. Контактными элементами здесь является медный провод, а энергия поступает от обычного автомобильного аккумулятора, или двух, если требуется ток большей силы.
Текущий проект является почти идеальным с точки зрения сложности создания/эффективности работы. Автор проекта показал основные этапы создания системы, выложив все данные на Instructables .
По словам автора, стандартной батареи хватает для точечной сварки двух никелевых полос толщиной в 0.15 мм. Для более толстых полос металла потребуется две батареи, собранных в схему параллельно. Время импульса сварочного аппарата настраивается, и составляет от 1 до 20 мс. Этого вполне достаточно для сварки никелевых полос, описанных выше.
Плату автор рекомендует делать на заказ у производителя. Стоимость заказа 10 подобных плат - около 20 евро.
В ходе сварки обе руки будут заняты. Как управлять всей системой? Конечно же, при помощи ножного переключателя. Он очень простой.
А вот результат работы:
Таймер реле времени представляет собой устройство, при помощи которого можно осуществлять регулировку времени воздействия тока, импульса. Таймер реле времени для точечной сварки отмеряет продолжительность воздействия сварочного тока на соединяемые детали, периодичность его возникновения. Это устройство используется для автоматизации сварочных процессов, производства сварочного шва, с целью создания разнообразных конструкций из листового металла. Оно осуществляет управление электрической нагрузкой в соответствии с заданной программой. Программируется реле времени для контактной сварки в строгом соответствии с инструкцией. Этот процесс заключается в установке временных интервалов между определенными действиями, а также времени действия сварочного тока.
Принцип работы
Данное реле времени для точечной сварки сможет осуществлять включение и выключение устройства в заданном режиме с определенной периодичностью на постоянной основе. Если говорить попроще, то оно осуществляет смыкание и размыкание контактов. При помощи датчика поворота производится настройка промежутков времени в минутах и секундах по истечению, которого необходимо включить или отключить сварку.
Дисплей служит для отображения информации о текущем времени включения, периоде воздействия на метал сварочного аппарата, количестве минут и секунд до включения или выключения.
Виды таймеров для точечной сварки
На рынке можно найти таймеры с цифровым или аналоговым программированным. Используемые в них реле бывают разных типов, но самыми распространенными и недорогими являются электронные устройства. Их принцип работы основан на специальной программе, которая записана на микроконтроллере. С его помощью можно осуществлять регулировку времени задержки или включения.
В настоящее время можно приобрести реле времени:
- с выдержкой на отключение;
- с задержкой на включение;
- настроенное на установленное время после подачи напряжения;
- настроенное на установленное время после подачи импульса;
- тактовый генератор.
Комплектующее для создания реле времени
Чтобы создать таймер реле времени для точечной сварки понадобятся такие детали:
- плата Arduino Uno для осуществления программирования;
- плата прототипирования или Sensor shield – обеспечивает облегчение соединения, установленных датчиков с платой;
- провода по типу мама-мама;
- дисплей, на котором могут отображаться минимум две строки с 16 символов в ряду;
- реле, осуществляющее переключение нагрузки;
- датчик угла поворота, оснащенный кнопкой;
- блок питания для обеспечения снабжения устройства электрическим током (при проведении испытаний можно запитать его через USB кабель).
Особенности создания таймера реле времени для точечной сварки на плате arduino
Для его изготовления необходимо четко следовать схеме.
При этом часто применяемую плату arduino uno лучше будет заменить на arduino pro mini так как она имеет существенно меньший размер, стоит дешевле и при этом значительно легче осуществить припайку проводов.
После сбора всех составных частей таймера для контактной сварки на ардуино нужно припаять провода, которые соединяют плату с остальными элементами этого устройства. Все элементы необходимо очистить от налета и ржавчины. Это существенно повысит время эксплуатации таймера реле.
Нужно подобрать подходящий корпус и собрать все элементы в нем. Он обеспечит устройству приличный внешний вид, защиту от случайных ударов и механических воздействий.
На завершение необходимо осуществить монтаж включателя. Он понадобится, если хозяин сварки решит на продолжительное время оставить ее без присмотра, чтобы не допустить возгорания, повреждения имущества в случае возникновения чрезвычайных ситуаций. С его помощью покидая помещение, любой пользователь сможет без особых усилий отключить устройство.
«Обратите внимание!
Таймер для контактной сварки на 561 является более продвинутым устройством, так как создан на новом современном микроконтроллере. Он позволяет более точно отмерять время, устанавливать периодичность включения и выключения устройства.»
Таймер для контактной сварки на 555 не такой совершенный и имеет урезанный функционал. Но нередко используется для создания таких устройств, так как является более дешевым.
Чтобы лучше понять, как создать сварочный аппарат стоит связаться с сотрудниками компании. Кроме этого, предлагаем рассмотреть схему создания этого устройства. Она поможет понять принцип функционирования аппарата, что и куда необходимо припаять.
Заключение
Таймер для точечной сварки на ардуино является точным и качественным устройством, которое при должных эксплуатациях, прослужит долгие годы. Он является достаточно простым устройством, поэтому без труда может быть смонтирован на любой сварке. Кроме этого, таймер точечной сварки легок в уходе. Он работает даже в лютый мороз, на него практически никак не влияют негативные проявления природной среды.
Собрать устройство можно своими руками или обратится к профессионалам. Последний вариант более предпочтителен, так как гарантированно обеспечивает конечный результат. Компания проведет тестирование элементов устройства, выявит неполадки, устранит их, восстановив, таким образом, его работоспособность.
Привет, мозгочины ! Представляю вашему вниманию аппарат для точечной сварки на базе микроконтроллера Arduino Nano.
Данный аппарат можно использовать для приваривания пластин или проводников, например, к контактам аккумулятора 18650. Для проекта нам понадобится источник питания напряжением 7-12 В (рекомендуется 12 В), а также автомобильный аккумулятор напряжением 12 В в качестве источника электропитания самого сварочного аппарата. Обычно стандартный аккумулятор имеет емкость 45 А/ч, что вполне достаточно для приваривания никелевых пластин толщиной 0,15 мм. Для приваривания более толстых никелевых пластин вам понадобится аккумулятор большей емкости или два соединенных параллельно.
Сварочный аппарат генерирует двойной импульс, где значение первого составляет 1/8 часть от второго по длительности.
Длительность второго импульса регулируется с помощью потенциометра и отображается на экране в миллисекундах, поэтому очень удобно регулировать продолжительность данного импульса. Диапазон его регулировки от 1 до 20 мс.
Посмотрите видео, где подробно показан процесс создания устройства.
Шаг 1: Изготовление печатной платы
Для изготовления печатной платы можно использовать Eagle файлы, которые доступны по следующей .
Самый простой способ – это заказать платы у производителей печатных плат. Например, на сайте pcbway.com. Здесь можно приобрести 10 плат по цене примерно 20 €.
Но если вы привыкли делать все самостоятельно, тогда для изготовления прототипа платы используйте прилагаемые схемы и файлы.
Шаг 2: Установка компонентов на платы и припаивание проводников
Процесс установки и припаивания компонентов достаточно стандартен и прост. Устанавливайте сначала небольшие компоненты, а затем более крупные.
Наконечники сварочного электрода сделаны из твердой медной проволоки сечением 10 квадратных миллиметров. Для кабелей используйте гибкие медные провода сечением 16 квадратных миллиметров.
Шаг 3: Ножной выключатель
Для управления сварочным аппаратом вам потребуется ножной выключатель, поскольку обе руки используются для удержания наконечников сварочного электрода на месте.
Для этой цели я взял деревянную коробку, в которую установил вышеуказанный выключатель.
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 , 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 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 , диоды VD3 и VD4 - 1N4007.
Литература:
- Горошков Б.И., «Радиоэлектронные устройства», Москва, «Радио и связь», 1984.
- Массовая радиобиблиотека, Я.С. Кублановский, «Тиристорные устройства», М., «Радио и связь», 1987, вып.1104.
Андрей Гольцов, г. Искитим.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| К рисунку №6 | |||||||
| VT1, VT2, VT3 | Биполярный транзистор | КТ315Б | 3 | В блокнот | |||
| T1 | Тиристор & Симистор | ТС132-40-12 | 1 | В блокнот | |||
| VD1, VD2 | Диод | КД521Б | 2 | В блокнот | |||
| R1 | Резистор | 1 кОм | 1 | 0,5 Вт | В блокнот | ||
| R2 | Резистор | 330 кОм | 1 | 0,5 Вт | В блокнот | ||
| R3, R4 | Резистор | 15 кОм | 2 | 0,5 Вт | В блокнот | ||
| R5 | Резистор | 300 Ом | 1 | 2 Вт | В блокнот | ||
| R6 | Резистор | 39 Ом | 1 | 2 Вт | В блокнот | ||
| R7 | Резистор | 12 кОм | 1 | 0,5 Вт | В блокнот | ||
| R8 | Резистор | 18 кОм | 1 | 0,5 Вт | |||