Регулятор мощности для точечной сварки своими руками
Обновлено: 17.05.2024
Недавно ремонтировал точечно-искровой сварочный аппарат Ding Xing Jewelry Machine и после того, как вернул его хозяину, решил собрать себе такой же. Естественно, с заменой части оригинальных комплектующих на то, что есть «в тумбочке».
Принцип работы аппарата достаточно простой – на конденсаторе C5 (рис.1) накапливается такое количество энергии, что при открывании транзистора Q9 её хватает, чтобы в месте сварки точечно расплавить металл.
С трансформатора питания Tr1 напряжение 15 В после выпрямления, фильтрации и стабилизации поступает на те части схемы, что отвечают за управление характеристиками сварочного импульса (длительность, ток) и создания высоковольтного «поджигающего» импульса. Напряжение 110 В после выпрямления заряжает конденсатор С5, который (при нажатии на педаль) разряжается в точку сварки через силовой транзистор Q8 и через вторичную обмотку трансформатора Tr2. Этот трансформатор совместно с узлом на транзисторах Q5 и Q8 создают на выводах вторичной обмотки высоковольтный импульс, пробивающий воздушный промежуток между сварочным электродом (вольфрамовой иглой, красный вывод) и свариваемыми деталями, подключенными к чёрному выводу. Это, скорее всего, необходимо для химически чистой сварки ювелирных изделий (вольфрам достаточно тугоплавкий металл).
Часть схемы на элементах R1, C1, D1, D2, R2, Q1, R3, Q2, K1 и D5 обеспечивает кратковременное включение реле К1 на время около 10 мс, зависящее от скорости заряда конденсатора С1 через резистор R1. Реле через контакты К1.1 подаёт стабилизированное напряжение питания +12 В на два узла. Первый, на элементах C8, Q5, R15, R16, Q8, R18, R20 и Tr2 – это уже упомянутый генератор высоковольтного «поджигающего» импульса. Второй узел на R5, C2, R6, D6, D7, R9, C4, R10, Q3, R12, Q4, R13, R14, Q6, R24, Q7, R17, R21, D8, R22, Q9 и R23 – генератор одиночного сварочного импульса, регулируемого резисторами R6 по длительности (1…5 мс) и R17 по току. На транзисторе Q3 собран, собственно, сам генератор импульса (принцип работы как и на включение реле), а транзисторы Q6 и Q7 – это составной эмиттерный повторитель, нагрузкой которого является силовой ключ на транзисторе Q9. Низкоомный резистор R23 - датчик силы сварочного тока, напряжение с него проходит через регулируемый делитель R22, R17, R14 и открывает транзистор Q4, который уменьшает напряжение открывания выходного транзистора Q9 и этим ограничивает протекающий ток. Параметры регулировки тока точно определить не удалось, но расчётный верхний предел не более 150 А (определяется внутренним сопротивлением транзистора Q9, сопротивлениями вторичной обмотки Tr2, резистора R23, монтажных проводников и мест пайки).
Полевой транзистор Q8 собран из четырёх IRF630, включенных параллельно (в оригинальной схеме стоит один IRFP460). Силовой транзистор Q9 состоит из десяти FJP13009, также включенных «параллельно» (в оригинальной схеме стоят два IGBT транзистора). Схема «запараллеливания» показана на рис.2 и кроме транзисторов содержит в себе элементы R21, D8, R22 и R23 каждые для своего транзистора (рис.3).
Низкоомные резисторы R20 и R23 выполнены их нихромовой проволоки диаметром 0,35 мм. На рис.4 и рис.5 показано изготовление и крепёж резисторов R23.
Печатные платы в формате программы Sprint-Layout развёл (рис.6 и рис.7), но заниматься их изготовлением по технологии ЛУТ не стал, а просто вырезал на фольгированном текстолите дорожки и «пятачки» (видно на рис.8). Размеры печатных плат 100х110 мм и 153х50 мм. Контактные соединения между ними выполнены короткими и толстыми проводниками.
Трансформатор питания Tr1 «сделан» из трёх разных трансформаторов, первичные обмотки которых включены параллельно, а вторичные последовательно для получения нужного выходного напряжения.
Сердечник импульсного трансформатора Tr2 набран из четырёх ферритовых сердечников строчных трансформаторов от старых «кинескопных» мониторов. Первичная обмотка намотана проводом ПЭЛ (ПЭВ) диаметром 1 мм и имеет 4 витка. Вторичная обмотка намотана проводом в ПВХ изоляции с диаметром жилы 0,4 мм. Количество витков в последнем варианте намотки – 36, т.е. коэффициент трансформации равен 9 (в оригинальной схеме применялся трансформатор с Ктр.=11). «Начало-конец» одной из обмоток надо скоммутировать так, чтобы выходной отрицательный импульс на красном выводе аппарата возникал после закрытия полевого транзистора Q8. Это можно проверить опытным путём – при правильном подключении искра «мощней».
Элементы R19, C10 являются демпфирующей антирезонансной цепочкой (снаббер), а такое включение диода D9 обеспечивает на красном выводе сварочного аппарата отрицательную полуволну высоковольтного «поджигающего» импульса и защищает транзистор Q9 от пробоя высоким напряжением.
Накопительный конденсатор С5 составлен из 30 электролитических конденсаторов разной ёмкости (от 100 до 470 мкФ, 200 В), включенных параллельно. Их общая ёмкость – около 8700 мкФ (в оригинальной схеме применены 4 конденсатора по 2200 мкФ). Чтобы ограничить зарядный ток конденсаторов, в схеме стоит резистор R8 NTC 10D-20. Для контроля тока используется стрелочный индикатор, подключенный к шунту R7.
Аппарат был собран в компьютерном корпусе размерами 370х380х130 мм. Все платы и другие элементы закреплены на куске толстой фанеры подходящего размера. Фото расположения элементов во время настройки на рис.8. В окончательном варианте с передней панели был убран шунт R7 и стрелочный индикатор тока (рис.9). Если же индикатор нужно ставить в аппарат, то сопротивление резистора R7 придётся подбирать по рабочему току используемого индикатора.
Сборку и настройку аппарата лучше производить последовательно и поэтапно. Сначала проверяется работа трансформатора питания Tr2 вместе с выпрямителями D3, D4, конденсаторами С3, С5, С9, стабилизатором VR1 и конденсаторами С6 и С7.
Затем собрать схему включения реле К1 и подбором ёмкости конденсатора С1 или сопротивления резистора R1 добиться устойчивого срабатывания реле на время около 10-15 мс при замыкании контактов на педали.
После этого можно собрать узел высоковольтного «поджигающего» импульса и, поднеся выводы вторичной обмотки друг к другу на расстояние долей миллиметра, проверит, проскакивает ли между ними искра во время срабатывания реле К1. Хорошо бы ещё убедиться, что её длительность лежит в пределах 0,3…0,5 мс.
Потом собрать остальную часть схемы управления (ту, что ниже R9 по рис.1), но к коллектору транзистора Q9 подключить не трансформатор Tr2, а резистор сопротивлением 5-10 Ом. Второй вывод резистора припаять к плюсовому выводу конденсатора С9. Включить схему и убедиться, что при нажатии педали на этом резисторе появляются импульсы длительностью от 1 до 5 мс. Чтобы проверить работу регулировки по току, нужно будет или собирать высоковольтную часть аппарата или, увеличив сопротивление R23 до нескольких Ом, посмотреть, меняется ли длительность и форма импульса тока, протекающего через Q9. Если меняется – это значит, что защита работает.
Возможно, что понадобится подбор номиналов резистора R9 и конденсатора C4. Дело в том, что для того, чтобы полностью «открыть» транзисторы Q9.1-Q9.10, нужен достаточно большой ток, который пропускает через себя Q7. Соответственно, уровень напряжения питания на конденсаторе С4 начинает «просаживаться», но этого времени должно хватать, чтобы провести сварку. Излишне большое увеличение ёмкости конденсатора C4 может привести к замедленному появлению питания в узле, а соответственно, к задержке по времени сварочного импульса относительно «поджигающего». Лучшим выходом из этой ситуации является уменьшение управляющего тока, т.е. замена десяти транзисторов 13007 на два-три мощных IGBT. Например, IRGPS60B120 (1200 В, 120 А) или IRG4PSC71 (600 В, 85 А). Ну, тогда есть смысл и в установке "родного" транзистора IRFP460 в узле, формирующем высоковольтный «поджигающий» импульс.
Не скажу, что аппарат оказался очень нужным в хозяйстве :-), но за прошедшие три недели было приварено всего несколько проводников и резисторов к лепесткам электролитических конденсаторов при изготовление блока питания и сделано несколько «показательных выступлений» для любознательных зрителей. Во всех случаях в качестве электрода использовалась медная оголённая миллиметровая проволока.
Недавно провёл "доработку" - вместо педали поставил кнопку на передней панели и добавил индикацию включения аппарата (обыкновенная лампочка накаливания, подключенная к обмотке с подходящим напряжением одного из трансформатора).
Как сделать аппарат для точечной сварки из трансформатора старой микроволновки
В домашней мастерской всегда найдется дело для аппарата точечной сварки, но самый простой из них в магазине стоит от нескольких тысяч рублей. Если из старой микроволновки извлечь трансформатор, то такой аппарат можно сделать своими руками при минимальных затратах.
Понадобится
- Трансформатор от микроволновки;
- кабель и провода;
- вентилятор;
- многослойная фанера;
- наконечники для кабеля и кембрики;
- шурупы, гвозди и скобы;
- переключатель, выключатель и световой индикатор;
- медные стержни с резьбой и гайки;
- лист стальной и др.
Инструменты и приспособления: кусачки, ножовка по металлу, нож, обжимные клещи, сверлильный станок, пила дисковая, станок гибочный и пр.
Процесс изготовления аппарата для точечной сварки
С помощью ручных инструментов извлекаем из трансформатора старой микроволновки вторичную обмотку и изоляцию.
Заводим в образовавшиеся отверстия кабель двойной петлей, заранее удалив наружную оболочку.
Подравниваем концы кабеля, оголяем жилы и обжимаем их наконечниками с помощью обжимных клещей.
На линии контакта надеваем термоусадочные кембрики, отрезаем лишнее и с помощью огня зажигалки производим их усадку (герметизацию).
К полосе многослойной фанеры поперечно по торцу с помощью уголка из алюминия крепим вентилятор.
Квадрат многослойной фанеры приклеиваем и прибиваем гвоздями к полосе перед вентилятором.
Закрепляем на нем трансформатор через прокладки, нарезанные из наружной оболочки кабеля.
Впритык к основанию трансформатора приклеиваем и прибиваем по центру нижней полосы узкую полоску фанеры.
Два одинаковых фанерных квадрата склеиваем по большим плоскостям и разрезаем на две равные части по косой линии.
К узким краям полученных фрагментов приклеиваем и прибиваем две короткие накладки из фанеры, повторяющие их контуры.
Один конец кабеля крепим к узкой полосе двумя скобами.
Части с косиной и накладками ставим на основание и прижимаем к трансформатору вертикальной стороной так, чтобы между ними сверху свободно качался брус из дерева.
Выполняем на боковой стороне фрагмента с косиной сверху отверстие, проходящее точно посередине накладки. Ниже накладки в стойках сверлим еще два отверстия.
В верхнее отверстие вставляем болт, вокруг которого будет качаться деревянный брус между двумя стойками.
Наносим клей на большие основания фрагментов с косиной и устанавливаем на место. Снизу через основание закрепляем их шурупами.
В расчетном месте деревянного бруса-качалки вырезаем углубление для установки переключателя.
Заостряем концы двух медных стержней, используя диск болгарки.
Под наконечник нижнего конца кабеля укладываем диэлектрическую прокладку и закрепляем ее через отверстия скобы шурупами.
Сверху в наконечник нижнего кабеля вставляем плоским концом медный стержень и вкручиваем его в медную гайку под наконечником. Сверху накручиваем вторую гайку из меди и прочно затягиваем.
Второй медный стержень заостренным концом вниз таким же образом закрепляем к верхнему наконечнику конца кабеля.
Упираем нижний усик пружины в нижний стягивающий болт, а верхний – в ось качания деревянного бруса.
Верхний конец кабеля скобой крепим снизу к брусу из дерева, подложив диэлектрическую прокладку.
Прорезь сверху бруса под переключатель закрываем пластинами, приклеивая по бокам бруса.
Из металлического листа сгибаем кожух на ручном гибочном станке для трансформатора и вентилятора. В его стенках выполняем гнезда и отверстия.
В дне прорези под переключатель сверлим два отверстия под провода и подсоединяем их к переключателю.
Одну из жил провода, идущего от переключателя, подсоединяем к концу обмотки трансформатора.
Провод с тремя жилами пропускаем через отверстие в кожухе и закрепляем его хомутом к алюминиевой пластине. Одну жилу крепим к массе.
Вставляем индикатор и выключатель в предназначенные для них места в кожухе и соединяем их согласно схеме.
Закрепляем кожух понизу шурупами к основанию.
К низу основания в шести местах прикручиваем пластиковые опоры.
Включаем вилку питающего кабеля в розетку, выключатель переводим в положение «Включено», и при светящемся индикаторе, приступаем к сварке деталей, прижимая верхний электрод к свариваемым деталям, лежащими на нижнем электроде.
Как сделать простой регулятор тока для сварочного трансформатора
Важной особенностью конструкции любого сварочного аппарата является возможность регулировки рабочего тока. В промышленных аппаратах используют разные способы регулировки тока: шунтирование с помощью дросселей всевозможных типов, изменение магнитного потока за счет подвижности обмоток или магнитного шунтирования, применение магазинов активных балластных сопротивлений и реостатов. К недостаткам такой регулировки надо отнести сложность конструкции, громоздкость сопротивлений, их сильный нагрев при работе, неудобство при переключении.
Наиболее оптимальный вариант - еще при намотке вторичной обмотки сделать ее с отводами и, переключая количество витков, изменять ток. Однако использовать такой способ можно для подстройки тока, но не для его регулировки в широких пределах. Кроме того, регулировка тока во вторичной цепи сварочного трансформатора связана с определенными проблемами.
Так, через регулирующее устройство проходят значительные токи, что приводит к его громоздкости, а для вторичной цепи практически невозможно подобрать столь мощные стандартные переключатели, чтобы они выдерживали ток до 200 А. Другое дело - цепь первичной обмотки, где токи в пять раз меньше.
После долгих поисков путем проб и ошибок был найден оптимальный вариант решения проблемы - широко известный тиристорный регулятор, схема которого изображена на рис.1.
При предельной простоте и доступности элементной базы он прост в управлении, не требует настроек и хорошо зарекомендовал себя в работе - работает не иначе, как "часы".
Регулирование мощности происходит при периодическом отключении на фиксированный промежуток времени первичной обмотки сварочного трансформатора на каждом полупериоде тока. Среднее значение тока при этом уменьшается.
Основные элементы регулятора (тиристоры) включены встречно и параллельно друг другу. Они поочередно открываются импульсами тока, формируемыми транзисторами VT1, VT2. При включении регулятора в сеть оба тиристора закрыты, конденсаторы С1 и С2 начинают заряжаться через переменный резистор R7. Как только напряжение на одном из конденсаторов достигает напряжения лавинного пробоя транзистора, последний открывается, и через него течет ток разряда соединенного с ним конденсатора.
Вслед за транзистором открывается и соответствующий тиристор, который подключает нагрузку к сети. После начала следующего, противоположного по знаку полупериода переменного тока тиристор закрывается, и начинается новый цикл зарядки конденсаторов, но уже в обратной полярности. Теперь открывается второй транзистор, и второй тиристор снова подключает нагрузку к сети.
Изменением сопротивления переменного резистора R7 можно регулировать момент включения тиристоров от начала до конца полупериода, что в свою очередь приводит к изменению общего тока в первичной обмотке сварочного трансформатора Т1. Для увеличения или уменьшения диапазона регулировки можно изменить сопротивление переменного резистора R7 в большую или меньшую сторону соответственно.
Транзисторы VT1, VT2, работающие в лавинном режиме, и резисторы R5, R6, включенные в их базовые цепи, можно заменить динисторами. Аноды динисторов следует соединить с крайними выводами резистора R7, а катоды подключить к резисторам R3 и R4. Если регулятор собрать на динисторах, то лучше использовать приборы типа КН102А.
В качестве VT1, VT2 хорошо зарекомендовали себя транзисторы старого образца типа П416, ГТ308. Вполне реальна замена их более современными маломощными высокочастотными, имеющими близкие параметры.
Переменный резистор типа СП-2, остальные типа МЛТ. Конденсаторы типа МБМ или МБТ на рабочее напряжение не менее 400 В.
Правильно собранный регулятор не требует налаживания. Необходимо лишь убедиться в стабильной работе транзисторов в лавинном режиме (или в стабильном включении динисторов).
Внимание! Устройство имеет гальваническую связь с сетью. Все элементы, включая теплоотводы тиристоров, должны быть изолированы от корпуса.
Аппарат точечной сварки своими руками
Многие просили меня поделиться информацией по этому полезному устройству. С удовольствием делюсь.
Хотел бы предупредить, что любые действия, которые вы делаете, при сборке данного устройства, Вы делаете на свой страх и риск. Автор не несет ответственно за любые действия или последствия сборки и использования данного устройства. Помните, что высокое напряжение опасно для вашего здоровья. Обеспечьте максимальную безопасность при сборке и эксплуатации этого устройства.
Продолжим.
Сразу скажу, что мой вариант сделан на скорую руку и очень топорно. Я и сам пока не определился, как же мне окончательно облагородить. Но это вполне рабочий вариант, с помощью которого я уже собрал 5 АКБ.
Для его изготовления понадобится:
1. Трансформатор от микроволновки мощностью 700 Вт минимум. Лучше от 1000 Вт микроволновки.
2. Провод сечением не менее 25 мм2. Я взял 32 мм2. — 1 метр. Вообще, чем короче по длине получится провод, тем меньше потерь будет.
3. Клеммники — 2 шт. Это по желанию. Можно и без них, если хорошо облудить концевики.
4. Кнопка. Рекомендую от той же микроволновки. Она выдерживает нагрузки и не горит.
5. Клеммники для питающего провода, чтобы аккуратно прицепиться к первичной обмотке.
6. Жала от 100 Вт. паяльника медные — 2 шт. для сварочных контактов.
Из инструмента:
1. Ножовка, стамеска для опиливания или вырубывания вторичной обмотки.
2. Паяльник 100 Вт, чтобы пропаять концы или припой и газовая горелка, для тех же целей.
Первым этапом нужно избавиться от вторичной обмотки. Ее отпиливаем и выбиваем. Можно конечно распилить по линии сварки корпус трансформатора, вынуть целиком вторичку и потом склеить эпоксидкой корпус, но после этого, говорят, корпус будет издавать треск.
Напомню, в стандартном трансформаторе от микроволновки первичная обмотка идет внизу, а вторичная вверху. Между ними есть шунты. Их нужно оставить.
При демонтаже вторичной обмотки не повредите первичную.
Теперь просовываем наш толстый провод на место вторичной обмотки, чтобы получилось 1-2 витка. Больше и не нужно. Т.к. чем больше витков, тем больше напряжение. А повышать его смысла нету.
После этого выравниваем концы отходящие от трансформатора нашей новой вторичной обмотки. Важно, чтобы они были одинаковой длины.
Лудим, пропаиваем концы провода и одеваем клеммники на концы нашего толстого провода.
Теперь обжимаем клеммники на проводах, которые будут питать первичную обмотку. Т.е. тот провод, который будет вставляться в обычную розетку.
На одном из проводов в разрыв ставите кнопку от микроволновки. Ставить ее лучше в месте, до которого удобно дотянуться.
А дальше уже идет полет фантазии, как сделать контактную группу, которая и будет у нас сваривать.
Я у знакомого взял контактные группы от 200 или 300 А предохранителей. Они медные и медь хорошая. Раздобыть можно в старых электрощитах.
Переделал их под держатели контактных электродов. Получилось не плохо. Контакт получается надежный. Не греется.
Всю конструкцию разместил на доске, толщиной 50. Что под руку подвернулось.
Замеры показали напряжение холостого хода 1,5 В. В режиме короткого замыкания 1,2 кажется.
К сожалению мои токовые клещи рассчитаны на ток до 400А, поэтому использовал расчетную методику.
По расчетам, ток в рабочем режиме должен быть в районе 1000-1200А.
Рекомендации по сварке. Контакты нужно прижимать плотно, чтобы не было зазора между привариваемой пластиной и корпусом батареи. В противном случае, пластину может прожечь, а также корпус батареи. Сильно давить тоже не стоит, т.к. тогда будет просто нагрев.
Контакты специально сведены к центру, чтобы расстояние между точками сварки было не больше 5 мм. На картинке они закорочены, т.к. находятся ниже высоты стандартной батареи 18650.
Читайте также: