Функциональная схема точечной сварки
Для точечной сварки нужен импульс тока в несколько сотен ампер. Часто в качестве источника тока используют трансформатор от микроволновки. Я не хотел связываться с трансформаторами из-за их гигантского размера и веса, а в качестве источника возьму пару ионисторов емкостью 3000 Фарад.
Мощность сварки выбирается в зависимости от толщины никелированной ленты. Для соединения аккумуляторов используют лены толщиной 0.1 мм — 0.3 мм.
Схема точечной сварки на ионисторах и мосфетах.
Одновибратор на таймере 555 по нажатию на зеленую кнопку формирует одиночный импульс. Переменный резистор на 10к позволяет регулировать длительность импульса от 5 до 30 мс. Импульс с большей длительностью вызывает локальный перегрев места сварки и ухудшает качество соединения.
Сформированный импульс поступает на драйвер силовых транзисторов TC4420, который может резко открыть или закрыть сборку из силовых ключей IRF1324.
Вольт-амперная характеристика транзистора IRF1324
По вольт-амперной характеристике понятно, что при напряжении 5 В один транзистор может выдать ток более 100 А. Сборка из 4-х мосфетов выдаст токи примерно в 500 А. А при 7.5В более 1000 А
Для более резкого срабатывания силовых ключей на затворах желательно формировать напряжение 7 — 12В. Это сокращает переходные процессы и уменьшает нагрев транзисторов.
Для повышения напряжения с 5 В до 12 В возьму готовый DC-DC бустер. На выходе бустера обязательно нужен конденсатор на 470 — 1000 мкФ. Именно он питает схему в момент сварки, а диод, расположенный в бустере не дает конденсатору быстро разрядится при замыкании сварочных электродов.
Блок питания на 5 В 3 А подзаряжает ионисторы в перерывах между сварочными импульсами.
Прототип платы, собранный на макетной плате.
Устройство с функцией задержки включения
Перейдем непосредственно к реле времени. В этой статье мы разберем с одной стороны схему максимально простую, но с другой стороны не имеющую гальванической развязки.
Внимание! Сборка и наладка рассматриваемой схемы без гальванической развязки должна выполняться только специалистами, имеющими соответствующее образование и допуски.
Устройство является источником опасности, так как в нем присутствует опасное для жизни напряжение. Такое устройство в своей конструкции имеет 15 элементов и делится на две части:
- Узел формирования питающего напряжения или блок питания;
- Узел с временным контроллером.
Блок питания работает по бестрансформаторному принципу. В его конструкцию входят компоненты R1, C1, VD1, VD2, C3 и VD3. Само напряжение питания 12 В формируется на стабилитроне VD3 и сглаживается конденсатором C3.
Во вторую часть схемы включены интегральный таймер с обвеской. Роль конденсатора C4 и резистора R2 мы описали выше, и теперь по указанной ранее формуле мы можем вычислить значение времени задержки реле:
T = 1.1 * R2 * C4 = 1.1 * 680000 * 0.0001 = 75 секунд ≈ 1.5 минуты Изменив номиналы R2-C4, вы можете самостоятельно определить необходимое вам время задержки и своими руками переделать схему на любой временной интервал.
Принцип работы схемы следующий. После включения устройства в сеть и появления напряжения питания на стабилитроне VD3, а, следовательно, и на микросхеме NE555, конденсатор начинает заряжаться до тех пор, пока напряжение на входах 2 и 6 чипа NE555 не опустится ниже 1/3 от питающего, то есть, примерно до 4 В. После наступления этого события на выходе OUT появится управляющее напряжение, которое запустит (включит) реле K1. Реле, в свою очередь, замкнет нагрузку HL1.
Диод VD4 ускоряет разрядку конденсатора C4 после отключения питания для того, чтобы после быстрого повторного включения в сеть устройства время сработки не сократилось. Диод VD5 гасит индуктивный выброс от K1, чем защищает схему. C2 служит для фильтрации помех по питанию NE555.
Если правильно подобраны детали и без ошибок выполнен монтаж элементов, то устройство в проведении настройки не нуждается.
При испытании схемы, чтобы не выжидать полторы минуты, необходимо сопротивление R1 снизить до значения 68–100 кОм.
Вы, наверное, обратили внимание, что в схеме нет транзистора, который бы включал реле K1. Сделано это не из экономии, а по причине достаточной надежности выхода 3 (OUT) микросхемы DD1. Микросхема NE555 выдерживает на выходе OUT максимальную нагрузку до ±225 мА.
Такая схема идеально подходит для контроля времени работы вентиляционных приборов, установленных в санузлах и других подсобных помещениях. За счет ее наличия вентиляторы включаются только при условии присутствия в помещении в течение длительного времени. Такой режим значительно снижает расход электрической энергии, и продлевает срок службы вентиляторов за счет меньшего износа трущихся деталей.
Электрическая схема макет печатной платы
Два синих светодиода, соединенные последовательно, начинают светится как раз при напряжении в 5 В. Из них получился индикатор готовности аккумуляторов. Я добавил желтый индикатор контакта электродов. Сделал схему и развел плату в редакторе EasyEDA
Схема на SMD компонентах
Точечный сварочник своими руками
В этой инструкции мы рассмотрим, как сделать небольшой аппарат для точечной сварки. Размерами он небольшой, все элементы поместились внутри компьютерного блока питания. Электроды у автора установлены таким образом, что при сваривании образуется сразу две точки. Собирается все довольно просто, а материалы легко доступны.
В качестве основы используется трансформатор, а также таймер-модуль. При нажатии на кнопку пуска устройства таймер включает сварку на короткое время, в итоге получается сварочная точка. При желании вы можете настроить прибор на любой промежуток времени, если металл толстый, таймер можно отрегулировать на более продолжительное время. Итак, приступим.
Материалы и инструменты, которые использовал автор: Список материалов:
— таймер-модуль; — трансформатор (у автора на 800 Ватт); — винтовые зажимы для проводов; — медный провод толщиной 1.7 мм; — силовой провод (8 мм); — блок питания на 12В, 0.5А; — выключатель; — старый блок питания от компьютера; — термоусадка; — крепежные уголки; — деревянный брусочек; — пружина; — пластиковые хомуты; — винтики с гайками и другие мелочи.
Панель инструментов:
— дрель; — заклепочный пистолет; — дремель; — отвертки; — плоскогубцы; — кусачки; — паяльник; — клеевой пистолет; — молоток.
Процесс изготовления сварочного аппарата:
Шаг первый. Подготовка корпуса
В качестве корпуса автор использовал старый компьютерный блок питания. Весь его разбираем и извлекаем все содержимое. Вам нужно будет оставить только одну «розетку», с помощью нее будет подавать питание.
Когда трансформатор будет установлен, приступаем к монтажу таймер-модуля. У него имеется регулировочная ручка, с помощью нее и гаечки модуль крепится к корпусу. Сверлим отверстие и прикручиваем модуль. На всякий случай заклейте открытее контакты липкой лентой, чтобы не произошло замыкания.
В завершении установите выключатель, автор его монтирует в то место, где раньше была розетка. Крепим изнутри выключатель с помощью горячего клея.
Шаг четвертый. Собираем схему
Как все подключать, видно на фото. Трансформатор подключается к сети в разрыв через таймер, он будет включать на заданное время трансформатор после нажатия на кнопку. Таймер нуждается в питании 12В, для этого нам внутри корпуса нужно установить блок питания. Автор отрезает от блока питания вилку для удобного монтажа, припаивает провода и изолирует места пайки термоусадкой. Блок питания можно зафиксировать горячим клеем, чтобы не болтался внутри.
Ну а далее собираем все так как на схеме.
Теперь можно закрепить концы силовых проводов. Для этого дела вам понадобятся винтовые зажимы. Устанавливаем их на концы проводов, а потом сами зажимы с помощью саморезов прикручиваем к рычагу.
Еще вам нужно установить на конце рычага пусковую кнопку. Под нее сверлим отверстие в рычаге и устанавливаем на горячий клей или другим способом. А чтобы провода не болтались, фиксируем их пластиковыми стяжками.
Корпус и механическая сборка
В собранном виде получился вполне работоспособный аппарат для точечной сварки. Я установил плату управления на сборку из ионисторов.
Заводская плата и смонтированные SMD компоненты
Чтобы скрыть потроха — замоделил крышку корпуса во Fusion360 и напечатал её на 3d принтере. Новая версия немного отличается, т.к. сделана под заводскую плату.
Собранный споттер на 2-х ионисторах.
Один ионистор на 3000 Ф обошелся примерно 1900 руб. Весь споттер стоит значительно дешевле даже китайских сварочников и справляется с лентой 0.1 — 0.12 мм.
Вариант точечной сварки на 3-х ионисторах.
Плата достаточно универсальна. Ее можно использовать для более мощной сварки на 3-х ионисторах напряжением 7.5В. В такой сборке DC-DC бустер можно заменить на диод Шоттки, а вместо одного из 2-х синих светодиодов использовать сабилитрон на 5.1 В. Естественно для зарядки понадобиться блок питания на 7.5В 3А. Такой споттер справляется с лентой до 0.3 мм
Функционал споттера достаточен для домашней мастерской. Однако, можно добавить отложенный автозапуск при касании электродами ленты. Также можно добавить дисплей для индикации параметров и выборов режимов работы. Еще можно сделать двойной импульс сварки.
Если вам понравился проект — поддержите автора! Это мотивирует на создание полезных самоделок!
ПОДДЕРЖАТЬ АВТОРА
Также вы можете заказ комплект для самостоятельной сборки CapWelder со всеми необходимыми материалами, кроме ионисторов и блока питания. Их можно заказать самостоятельно по ссылке.
Заказать комплект за 1900 руб
или заказать готовую плату на SMD компонентах
Заказать плату SMD за 1490 руб
В посылке с комплектом будут все компоненты, в т.ч. печатная плата, корпус и все элементы кроме ИОНИСТОРОВ и блока питания. Вырученные средства пойдут на на закупку материалов для новых проектов, оборудования для съемки, содержание сайта и доменного имени.
Как работает микросхема 555
Перед тем, как перейти к примеру устройства реле, рассмотрим структуру микросхемы. Все дальнейшие описания будут делаться для микросхемы серии NE555 производства Texas Instruments.
Как видно из рисунка, основа — это RS-триггер с инверсным выходом, управляемый выходами с компараторов. Положительный вход верхнего компаратора называется THRESHOLD, отрицательный вход нижнего — TRIGGER. Другие входы компараторов подключены к делителю напряжения питания из трех резисторов по 5 кОм.
Как вы скорее всего знаете, RS-триггер может находиться в устойчивом состоянии (обладает эффектом памяти, объемом 1 бит) либо в логическом «0», либо в логической «1». Как он функционирует:
- Приход положительного импульса на вход R (RESET) устанавливает выход в логическую «1» (именно «1», а не «0», так как триггер инверсный — об это говорит кружок на выходе триггера);
- Приход положительного импульса на вход S (SET) устанавливает выход в логический «0».
Резисторы по 5 кОм в количестве 3-х штук делят напряжение питания на 3, что приводит к тому, что опорное напряжение верхнего компаратора (вход «–» компаратора, он же, вход CONTROL VOLTAGE микросхемы) составляет 2/3 Vcc. Опорное напряжение нижнего — 1/3 Vcc.
С учетом сказанного, можно составить таблицы состояний микросхемы относительно входов TRIGGER, THRESHOLD и выхода OUT. Обратите внимание, что выход OUT — это инвертированный сигнал с RS-триггера.
| THRESHOLD < 2/3 Vcc | THRESHOLD > 2/3 Vcc | |
| TRIGGER < 1/3 Vcc | OUT = лог «1» | неопределенное состояние OUT |
| TRIGGER > 1/3 Vcc | OUT остается без изменений | OUT = лог «0» |
С помощью такой функциональности микросхемы можно легко делать различные генераторы сигнала с частотой генерации, независимой от питающего напряжения.
В нашем случае, для создания реле времени применяется такая хитрость: входы TRIGGER и THRESHOLD объединяются вместе и к ним подается сигнал с RC-цепочки. Таблица состояний в таком случае будет выглядеть так:
| OUT | |
| THRESHOLD, TRIGGER < 1/3 Vcc | OUT = лог «1» |
| 1/3 Vcc < THRESHOLD, TRIGGER < 2/3 Vcc | OUT остается без изменений |
| THRESHOLD, TRIGGER > 2/3 Vcc | OUT = лог «0» |
Схема включения NE555 для такого случая следующая:
После подачи питания конденсатор начинает заряжаться, что приводит к постепенному увеличению напряжения на конденсаторе с 0В и далее. В свою очередь, напряжение на входах TRIGGER и THRESHOLD будет наоборот, убывать, начиная с Vcc+. Как видно из таблицы состояний, на выходе OUT присутствует логический «0» после подачи питания Vcc+, а переключение выхода OUT в логическую «1» произойдет, когда на указанных входах TRIGGER и THRESHOLD напряжение опустится ниже 1/3 Vcc.
Важен тот факт, что время задержки реле, то есть промежуток времени между подачей питания и зарядкой конденсатора до момента переключения выхода OUT в логическую «1», можно рассчитать по очень простой формуле:
T = 1.1 * R * C И как видите, это время не зависит от напряжения питания. Следовательно, при проектировании схемы реле времени можно не заботиться о стабильности питания, что значительно позволяет упростить схемотехнику.
Далее приведем рисунок варианта исполнения микросхемы в DIP-корпусе и покажем расположения выводов чипа:
Также стоит упомянуть, что кроме 555 серии производится серия 556 в корпусе с 14-ю выводами. Серия 556 содержит два таймера 555.
Необходимые метериалы
- Таймер NE555
- Драйвер MOSFET TC4420
- Силовые ключи IRF1324 — 4 шт
- Ионисторы на 3000 Ф 2.8 В — 2 шт ил 3 шт (для версии 7.5В)
- Блок питания 5 В 3 А или БП на 7.5 В (для версии 7.5В)
- Gerber файл печатной платы
- Или макетная плата, как в видео
- Потенциометр 10кОм
- Мягкий провод для подключения электродов ПУГВ 1х6 мм2 — 1 м
- Жесткий провод ПуВнг 1х4 мм2 — 0.1 м
- Клеммники для изготовления ручки электрода
- Наконечники для провода 6х6 мм2 — 4 шт или 6 шт (для версии 7.5В)
- Синий светодиод — 1 шт
- Стабилитрон BZX55C3V9 на 3.9В или BZX55C5V1 на 5.1В (для версии 7.5В)- 1 шт
- Желтый светодиод — 1 шт
- Резистор 4.7 кОм 1206 — 2 шт
- Резистор 2.2 кОм 1206 — 1 шт
- Резистор 100 Ом 1206 — 1 шт
- Резистор 220 Ом или на 390 Ом (для версии 7.5В) 1206 — 1 шт
- Конденсатор 4.7 нФ 50 В 0805 — 1 шт
- Конденсатор 2.2 мкФ 25В 1206 — 1 шт
- Электролитический конденсатор 470 мкФ 25В — 1 шт
- Гнездо питания
- Зеленая кнопка
- Кнопка включения
- DC-DC бустер 5В — 12В или диод Шотки 1N5818 (для версии 7.5В)
- Stl файл 3D модели корпуса для печати
Как сделать реле с задержкой отключения
Приведенную схему, благодаря особенностям NE555, можно легко переделать в таймер задержки отключения. Для этого необходимо поменять местами C4 и R2-VD4. В таком случае K1 замкнет нагрузку HL1 сразу после включения устройства. Отключение нагрузки произойдет после того, как напряжение на конденсаторе C4 увеличится до 2/3 от напряжения питания, то есть примерно до 8 В.
Недостатком такой модификации является тот факт, что после отключения нагрузки схема будет оставаться под воздействием опасного напряжения. Устранить такой недостаток можно включив контакт реле в цепь подачи питания на таймер параллельно с кнопкой включения (именно кнопкой, а не выключателем!).
Схема такого устройства с учетом всех доработок приведена ниже:
Внимание! Для того, чтобы опасное напряжение в действительности снималось со схемы контактом реле, необходимо, чтобы ФАЗА была подключена именно так, как показано на схеме.
Обратите внимание, что таймер 555 применен и описан на нашем сайте еще и в другой статье, в которой рассмотрена схема реле времени с задержкой выключения 220В. Приведенная там схема более надежна, содержит гальваническую развязку и позволяет изменять интервал выдержки времени с помощью регулятора.
Если при изготовлении изделия вам потребуется чертеж печатной платы, напишите об этом в комментариях.
Трансформатор
Трансформатор взят от усилителя мощности звука на 500 ватт. Площадь сечения магнитопровода — 23 см/2. При небольших размерах трансформатор имеет значительную мощность. Вторичную обмотку необходимо перемотать. Она должна состоять из 2 метрового провода сечением 35мм/2 (10 мм изоляцией). Размеры окна 46.5 х 9,5 мм позволили уместить четырех витка провода. Они дают 2.6 В и почти 1000 А тока короткого замыкания. Этот трансформатор в сравнении с трансформатором от микроволновой печи имеет то преимущество, что нет необходимости в установке вентилятора охлаждения. Многочисленные отверстия в корпусе обеспечивают пассивное охлаждение.
Результаты
Сварочный аппарат легко справляется с листами 2 x 0,75 мм – шов не может быть разорван на части, без вырывания металла. Возможно, если электроды будут толще и заостренные на концах, можно будет производить сварку более толстых листов. Алюминиевые кронштейны довольно хорошо проводят тепло от электродов, поэтому сварка может производиться без больших волнений по поводу перегрева и плавления изоляции проводов. Схема, печатная плата, файл прошивки, исходники и т.д. – всё в архиве для скачивания.
Форум по сварочному оборудованию
Работа таймера:
Подключаем трансформатор питания (переменка 9-12В) и педаль к соответствующим клеммникам, провода, идущие на силовой трансформатор микроволновки, припаиваются. На плате две ручки — левая для регулировки выдержки времени сварки, правая для регулировки тока. На выносном табло видно цифры, аналогично показывающие слева — выдержку времени и справа — ток. Выдержка времени сварки регулируется от 1 до 50, 1 это один период сети то есть 0.02 секунды. То есть таймер может задавать выдержки до 50*0.02 = 1 секунды. Ток сварки регулируется от 30 до 99.
При нажатии педали микроконтроллер отслеживает напряжение в сети 220 вольт, при пике или нижней части синусоиды дает сигнал на симистор. Пока открыт тиристор, идет ток через первичку сварочного трансформатора и идет сварка. Плата срабатывает как электронный выключатель, ключ. При значении времени 1 на дисплее и значении тока 99 таймер включает симистор на 20 мс, на один период сети. Если нужно меньше, то можно уменьшить ток правым регулятором и контроллер откроет симистор не на полную синусоиду, а только на ее часть.
Я снял осциллограммы с вторичной обмотки сварочного трансформатора на разных значениях тока и выдержках, их можно увидеть на фото ниже:
Смысл регулировки тока в том, что если трансформатор слишком мощный для сварки аккумуляторов 18650 и прочих похожих, а выдержка времени в 0.02 сек слишком большая и прожигает пластину или аккумы, то можно еще понизить ток — импульс станет слабее и аккумуляторы не будет прожигать. Я попробовал варить пластину никеля на выдержке 1 и токах от 30 (самые правые) до 99 (левее) результат явно виден. Это можно увидеть на фото ниже. Пластина шириной 8 мм, толщина 0.15 мм.
Последние две пробы сварки я пробовал сделать на большой выдержке и малом токе. При выдержке 10 и 30 и токе 30 — пластина греется, даже меняет цвет но не приваривается. Для сварки тонких никелевых пластин лучше короткий импульс большим током чем длинный импульс но с слабым током.
Последние точки слева, одна из них сквозная, сделаны как раз на выдержках 10 и 30 и малом значении тока сварки 30. Все это можно наглядно увидеть в видеоверсии обзора ниже:
источник
