Микроконтроллерный таймер для споттера своими руками

Под термином “споттер” в данной статье понимается установка точечной контактной сварки, используемая в первую очередь автомобилистами и кузовщиками, для быстрой точечной приварки к кузову различных вспомогательных элементов, таких как шайбы, крючки, проволока и прочее, для последующей вытяжки и выравнивания поверхности. Точечная сварка основана на принципе выделения тепла на переходном сопротивлении соприкасающихся свариваемых элементов. Поэтому задачей споттера является подача в место свариваемого контакта мощного импульса тока (I=800..1200А, U=5В) при нажатии соответствующей кнопки на “пистолете”. При точечной сварке необходимо контролировать длительность импульса (обычно она не превышает 0,5 с). Далее в статье будут рассмотрен принцип работы силовой схемы, схема и принцип работы таймера. Довольно распространенной схемой силовой части самодельного трансформаторного споттера является схема, приведенная на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема силовой части.

Как видно по схеме, коммутация производится тиристором на стороне первичной обмотки силового трансформатора. Можно использовать и симистор, тогда отпадет необходимость в диодном мосте. Для задания длительности импульса тока на выходе необходимо поддерживать напряжение на управляющем электроде тиристора в течение соответствующего времени (длительности выходного импульса). Но следует иметь ввиду, что даже если управляющее напряжение уже снято, обычный незапираемый тиристор не закроется пока ток, проходящий через него, не упадет ниже тока удержания (в данной схеме ток достигает нуля 100 раз в секунду). Самый простой способ управления тиристором – RC-цепочка с регулировочным резистором (для изменения постоянной времени) и подзарядкой конденсатора от дополнительного источника низкого напряжения. Но этот способ далее не рассматривается. Для более точного задания длительности разработан простой таймер на базе контроллера ATtiny2313. Длительность импульса регулируется двумя кнопками и может принималь значения от 0,01с до 0,5с с дискретостью 0,01с. На 7-сегментном индикаторе отображаются цифры, соответствующие заданной длительности в сотых долях секунды. Но, благодаря описанному выше свойству незапираемых тиристоров, реальная длительность выходного импульса может отличаться от заданой на время до 10мс (один полупериод). Схема споттера с микроконтроллерным управлением представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Полная схема споттера.

Spotter_v1.pdf (98 кб) – схема + перечень элементов. Элементы, помеченные * на ноге Reset не обязательны, но их желательно ставить для снижения вероятности ложных сбросов из-за возможных наводок на этой ноге. Так как разводка плат выполнена для однослойного текстолита, некоторые аноды одноименных сегментов двух цифр LED-индикатора соединены перемычками со стороны дорожек. Схема работает следующим образом. При подаче питания на схему управления выполнение программы контроллером начинается с момента, когда конденсатор на ноге Reset зарядится до напряжения логической единицы. После запуска контроллер выполняет функции динамической индикации и опроса кнопок. Опрос кнопок происходит по таймеру примерно 4 раза в секунду. При нажатии на кнопку подачи импульса на “пистолете” (обозначена пунктиром), на ноге PD2 появляется логическая единица (5В), единица снимается через заданное время, которое отображается на светодиодном индикаторе в виде сотых долей секунды. Сигнал с вывода микроконтроллера усиливается по току повторителем на КТ972, так как для управления используемым оптотиристором ТО142-80 необходимо подавать ток не менее 120 мА на его внутренний светодиод. Оптронный тип тиристора выбран из простоты организации гальванической развязки цепей управления от силовых. В прошивке контроллера реализованы два режима работы: импульсный (по умолчанию) и непрерывный. Выбор режима, установка длительности (больше/меньше) осуществляется тремя кнопками. В непрерывном режиме длительность подачи сигнала управления тиристором зависит от длительности нажатия кнопки на пистолете. Для пояснения работы силовой части на рисунке 3 приведена упрощенная схема. На рисунке 4 изображена временная диаграмма работы силовой схемы с активной нагрузкой и идеальным тиристором (время включения =0, падение напряжения в открытом состоянии =0).

Рисунок 3 – Схема силовой части.

Рисунок 4 – Временная диаграмма работы прерывателя.

Практика показала, что с реальным тиристором рассмотренная силовая схема (рис.3) при применении с достаточно мощными трансформаторами не всегда надежно коммутирует ток первичной обмотки при КЗ во вторичной (режим работы споттера). Для надежного запирания тиристора к его силовым выводам нужно прикладывать обратное напряжение. Требуемые величина и длительность импульса обратного напряжения зависят от тока, который протекал через тиристор до коммутации. В рассмотренной силовой схеме обратное напряжение к тиристору не прикладывается, поэтому он не всегда запирается при работе с большими токами. Так в случае с трансформатором одной мощности всё работает, с более мощным – уже нет. Одно из простых решений проблемы – применение твердотельных реле. В этом случае таймер будет управлять твердотельным реле. Реле выбирается по току и напряжению, числу фаз (однофазное), должно быть предназначено для коммутации переменного тока активно-индуктивной нагрузки.

Рисунок 5 – Изображение твердотельного реле.

Рисунок 6 – Применение твердотельного реле в споттере.

Файлы к статье: spotter_002.zip (210 кб) – печатки, прошивка, модель в Proteus, схема + перечень элементов. Добавлено: 002_for_ca.hex (948 б) – прошивка контроллера при использовании индикатора с общим анодом. Описанный выше таймер был доработан. Основные принципы работы остались теми же, добавилась развязка управляющего сигнала, устранено замирание динамической индикации во время выдачи управляющего импульса.

Контроллер точечной сварки (споттера)

#1 alek956

По этой ссылке в параллельной теме находятся файлы проекта контроллера “Полуавтомат + Споттер”
http://websvarka.ru/. vtomata/page-13

В этой теме буду выкладывать файлы проектов , видео и фото материалы .
Предложения по улучшению, приветствуются.

где в ЕГРН серия и номер документа

Общее для всех котроллеров – синхронизация с частотой сети , включение очередного импульса с противоположной по знаку полуволны , время импульса считается по количеству полуволн.

Версия 1.4.1
Простой вариант без автостарта (220 – 380В) . Пять программ выбора дипазонов времени импульса , задержка 0.5 сек., в крайнем положении переменного резистора (наибольшем) включается режим 2Т.
Файлы и описание во вложении

СПОТТЕР 1.4.1..rar 133,54К 1657 скачиваний

Версия 1.2
СПОТТЕР_1.2.rar 1,12К 757 скачиваний

ATtiny 2313 (вн. ген. 8 мГц)
Контроллер выдает только четные импульсы тоесть 0.02; 0.04; 0.06 и т.д. благодаря чему достигается “магнитный баланс”
В меню можно выбрать нужный диапазон времени импульсов. Для выбора диапазона нажать кнопку “старт” и включить аппарат – через 5 сек попадаем в меню , энкодером выбираем диапазон –
на первом светодиоде 0.02; 0.04; 0.08; 0.12; 0.16; 0.20; 0.26; 0.34; 0.42; 2Т.
на втором светодиоде – 0.02; 0.06; 0.10; 0.16; 0.22; 0.30; 0.38; 0.48; 0.60; 2Т
на третьем светодиоде – 0.06; 0.10; 0.14; 0.20; 0.26; 0.36; 0.46; 0.80; 1.40; 2Т
Выбрав нужный светодиод оставляем в покое энкодер и через 8 сек. диапазон запишется в память.

Версия 1.2.1
Настройки и работа версии на видео
Схема, и др. файлы во вложении
СПОТТЕР 1.2.1.rar 183,69К 1016 скачиваний

Вариант разводки для ДИП корпуса от tadi

СПОТТЕР_1.2.1 DIP 2313.rar 4,03МБ 813 скачиваний

ВЕРСИЯ 1.3
Простая версия с автостартом , мк Аттини 2313 (8 мГц внутренний генератор)
Версия 1.3.rar 67,14К 1550 скачиваний
В спойлере обновленные прошивки (добавлено переключение мощности) .

Обновление прошивки (16.05.2016) – добавлена возможность переключения мощности (100% или 60%) . Для переключения нужно при выключеном питании нажать и держать кнопку “больше” —- включить питание и отпустить кнопку во время отсчета 5 секунд до выхода в меню. СПОТТЕР_1.3.2.rar 2,2К 511 скачиваний

Вариант для семисегментных индикаторов с ОК (общий катод) для СМД монтажа и вариант для ДИП монтажа , (прошивка в файле для СМД монтажа),- схема, и разводка сделанны tadi

СПОТТЕР_1.3.2(индикатор с ОК).rar 38,28К 1120 скачиваний

DIPv1.3 ОК.rar 333,48К 1074 скачиваний

Сообщение отредактировал alek956: 06 Март 2017 23:51

#2 alek956

Версия для токов ХХ не превышающих 2 А !! (версия 3.2 более надежна и работает с токами хх от 0 до 20А проверено)

Версия на (крутилках) переменных резисторах – регулируется время задержки, мощность, время импульса. Кнопка переключает авто или ручной режим.

Файлы с описанием , и т.д. в вложении .

Атмега 8 только в TQFP корпусе . в ДИП не получится так как в дипе нет входов ADC6 и ADC7

СПОТТЕР 3.1.rar 272,1К 1498 скачиваний

Улучшеная версия 3.1 , Может измерять напряжение импульса , в схеме и разводке предусмотрен также замер тока импульса но пока не запрограммирован. (можно не делать схему измерения напряжения)
Программная настройка автостарта . В вложении фото готового контроллера .
В видео работа контроллера и настройка автостарта. Измеритель на мк Аттини 85 можно заменить на Аттини 25 , 45.

СПОТТЕР_3.2.rar 602,07К 2238 скачиваний

Для версии 2.5.1 —-
На дисплее –
Q=…. – мощность (регулируется угол отсечки …. 10 – 100%)
t1=…. – время задержки (настраивается от 0 до 5 сек шаг 0.1сек)
t2=…. – время сварочного импульса (настраивается от 0.1 до 5 сек.)
t3=…. – время между импульсами (0.1-5 сек)
N=…. – колличество импульсов (от 1 до 5)
Температура симистора (в меню заранее вводится температура включения вентилятора и температура отключения в случае перегрева симистора)
Для выхода в меню настроек нужно нажать и удерживать кнопку “>>” (на схеме) , в меню настраивается температура включения вентилятора охлаждения , температура тепловой защиты (отключения) , время восстановления (готовность к очередному процессу после окончания предыдущего и вкл и выкл звукового сопровождения .Также добавлена настройка автостарта – ручная и автоматическая.
При подаче питания происходит опрос на замыкание вторички силового транса – если вторичка замкнута контроллер заблокируется – для разблокировки нужно соответственно разомкнуть вторичку но если этого делать по специфическим причинам нельзя то нужно нажать и удерживать кнопку “СТАРТ” до сигнала . далее контроллер переходит в нормальный режим работы.

Разводка блока управления для СМД, силового блока для ДИП.

В силовом блоке в качестве источника питания применен переделаный электронный трансформатор . Для подсветки дисплея применен модуль DC-DC Step_Down с регулируемым выходным напряжением.

Варианты питания могут бытьлюбые .

Два файла hex вложены – для Русскоязычной версии и Англоязычной.

СПОТТЕР 2.5.1.rar 652,68К 1449 скачиваний

СПОТТЕР_2.5.1.rar 9,82К 896 скачиваний

СПОТТЕР_2.5.2.rar 93,71К 1261 скачиваний

Проверочная програмка для проверки синхроимпульсов и заодно пищалки и светодиодов.
Версия 2.5 (проверочный).rar 2,62К 757 скачиваний
Полевой ключ IRLML0060 или любой другой на соответствующий ток (куллера), можно биполярный использовать.

Прикрепленные изображения

Сообщение отредактировал alek956: 02 Декабрь 2016 12:55

Электроника для споттера из того, что есть под рукой

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.

Горошков Б.И., «Радиоэлектронные устройства», Москва, «Радио и связь», 1984.
Массовая радиобиблиотека, Я.С. Кублановский, «Тиристорные устройства», М., «Радио и связь», 1987, вып.1104.

Микроконтроллерный таймер для споттера своими руками

База самоделок для всех!

Микроконтроллерный таймер для споттера своими руками

Точечная сварка основана на принципе выделения тепла на переходном сопротивлении соприкасающихся свариваемых элементов. Поэтому задачей споттера является подача в место свариваемого контакта мощного импульса тока (I=800..1200А, U=5В) при нажатии соответствующей кнопки на “пистолете”. При точечной сварке необходимо контролировать длительность импульса (обычно она не превышает 0,5 с). Далее в статье будут рассмотрен принцип работы силовой схемы, схема и принцип работы таймера.

Довольно распространенной схемой силовой части самодельного трансформаторного споттера является схема, приведенная на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема силовой части.

Для более точного задания длительности разработан простой таймер на базе контроллера ATtiny2313. Длительность импульса регулируется двумя кнопками и может принималь значения от 0,01с до 0,5с с дискретостью 0,01с. На 7-сегментном индикаторе отображаются цифры, соответствующие заданной длительности в сотых долях секунды. Но, благодаря описанному выше свойству незапираемых тиристоров, реальная длительность выходного импульса может отличаться от заданой на время до 10мс (один полупериод). Схема споттера с микроконтроллерным управлением представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Полная схема споттера.

Элементы, помеченные * на ноге Reset не обязательны, но их желательно ставить для снижения вероятности ложных сбросов из-за возможных наводок на этой ноге. Так как разводка плат выполнена для однослойного текстолита, некоторые аноды одноименных сегментов двух цифр LED-индикатора соединены перемычками со стороны дорожек.
Схема работает следующим образом. При подаче питания на схему управления выполнение программы контроллером начинается с момента, когда конденсатор на ноге Reset зарядится до напряжения логической единицы. После запуска контроллер выполняет функции динамической индикации и опроса кнопок. Опрос кнопок происходит по таймеру примерно 4 раза в секунду. При нажатии на кнопку подачи импульса на “пистолете” (обозначена пунктиром), на ноге PD2 появляется логическая единица (5В), единица снимается через заданное время, которое отображается на светодиодном индикаторе в виде сотых долей секунды. Сигнал с вывода микроконтроллера усиливается по току повторителем на КТ972, так как для управления используемым оптотиристором ТО142-80 необходимо подавать ток не менее 120 мА на его внутренний светодиод. Оптронный тип тиристора выбран из простоты организации гальванической развязки цепей управления от силовых. В прошивке контроллера реализованы два режима работы: импульсный (по умолчанию) и непрерывный. Выбор режима, установка длительности (больше/меньше) осуществляется тремя кнопками. В непрерывном режиме длительность подачи сигнала управления тиристором зависит от длительности нажатия кнопки на пистолете.

Для пояснения работы силовой части на рисунке 3 приведена упрощенная схема. На рисунке 4 изображена временная диаграмма работы силовой схемы с активной нагрузкой и идеальным тиристором (время включения =0, падение напряжения в открытом состоянии =0).

Рисунок 3 – Схема силовой части.

Микроконтроллерный таймер для споттера своими руками

Что такое споттер и зачем он нужен? Споттер это аппарат для контактной сварки и не только, применяется в частности для кузовных работ железных коней, когда нужно что -то выпрямить.

Состоит споттер из 3-х основных узлов: силового трансформатора, электронного замыкателя с таймером и электродов.

Мощный трансформатор, как правило сетевой, предназначен для получения гигантских токов. Этот трансформатор управляется таймером, который на определенное время включает и выключает транс.

Один из силовых выводов этого трансформатора, в частности масса, подключается к кузову автомобиля, второй электрод рабочий, его кончик соединяется или прижимается к центру того участка, который нужно выправить. Таймер запускает трансформатор, протекающий между электродами ток вызывает нагрев, и рабочий электрод частично приваривается к кузову. Легкими движениями мастер ремонтник вытягивает прилипший электрод, этим самым таща за собой помятый участок кузова. Время сварки нужно тщательно контролировать, иначе в кузове можно получить дыру.

По сути, спотер ничто иное как контролируемый выключатель, который замыкается и размыкается источник питания строго на заданное временя.

Мой вариант споттера можно сказать портативный. Для его работы не нужны сетевые трансформаторы, питание берется непосредственно с автомобильного аккумулятора. Он подключается в разрыв минуса или массы аккумулятора.

Схема состоит из таймера и замыкателя из мощных полевых ключей.

Рассмотрим принцип работы схемы. На микросхеме NE555 собран таймер, который запускается нажатием кнопки S1. На транзисторах VT1 VT2 собран эмиттернынй комплементарный повторитель. Его функция заключается в усилении по току выходного сигнала с микросхемы. В момент запуска таймера, на его выходе получаем управляющий импульс или логическую единицу. Этот сигнал поступает на базы ключей повторителя, в следствии чего срабатывает верхний транзистор, так как он обратной проводимости, а такой транзистор открывается от положительной полуволны. Плюс источника питания через открытый переход данного транзистора поступает на затворы полевых ключей, которые подключены параллельно для увеличения общего тока коммутации. Они открываются, и через их открытые каналы, силовое питание с аккумуляторов поступает на электроды.

Когда на выходе таймера сигнал отсутствует, то на базы транзисторов поступает логический нуль, открывается нижний транзистор, через его открытый переход затворы полевых транзисторов замыкаются на массу питания, этим обеспечивается их скоростной разряд и надежное запирание.

А если простыми словами , то вся наша схема ничто иное как управляемый таймер, который просто на короткое время замыкает аккумулятор на точку сварки.

Полевые транзисторы в наше схеме работают в довольно жестком режиме, хотя и работа кратковременная. В мгновении ока по ним протекают токи вплоть до 1000 Ампер, и очень важно обеспечить толковое управление, данная схема является пожалуй самым простым и довольно надежным способом управления.

Читайте также: Прибор ночного видения

В схеме два источника питания, один из них силовой, второй нужен для корректной и стабильной работы схемы управления. В качестве маломощного источника питания для схемы управления может быть задействована 9-и вольтовая батарейка формата 6F22 (Крона).

Конструкция собрана на одной печатной плате. Силовые дорожки на печатной плате дополнительно усилены миллиметровыми медными проводами.

Все полевые транзисторы прикручены к дюралевой шине, которая является и радиатором и силовым токосьемным контактом. Транзисторы прикручены к шине без прокладок, даже термопасту не нужно использовать, так как она будет ухудшать электрический контакт. Ключи будут в работе на очень короткое время и нагрев отлично отводится без термопасты.

В схеме установлены мощные полевые ключи IRFP1404, кратковременно каждый такой полевик может коммутировать токи до 800 ампер, в схеме их 8 штук. По идее максимальный ток коммутации схемы может доходить до 6500 ампер, но проблема в том, что ключи из Китая и лучше перестраховаться.

Силовые провода многожильные на 25 квадратов, к сожалению они у меня алюминиевые, но фишка в том, что они довольно мягкие и легко гнуться. Сечение в 25 квадратов является оптимальным вариантом, не забываем , что при токах в 1000 и более ампер, которые будут протекать по нашей схеме, образуются потери на сопротивлении, эти потери приводят к образованию тепла на проводниках, что снижение общее кпд схемы, поэтому провода нужны толстые.

Точно такими же проводами комплектуются многие сварочные инверторы, но в наем случае токи будут куда больше, чем при дуговой сварке, хотя протекать они будут очень короткое время. К проводами приспособлены обычные латунные клеммы для подключения к штатному автомобильному аккумулятору.

Тут еще раз напомню, что наша схема замыкает питание по минусу, то есть плюс от аккумулятора напрямую идет к электроду.

Таймер для контактной сварки

Цена: 11.26$ (723 рос. рубля)

Перейти в магазин

Когда то я озадачился созданием точечной сварки своими руками для соединения аккумуляторов 18650. Сначала был собран таймер на 555, потом на микроконтроллере pic16f628a. Для него была написана самодельная прошивка, управление энкодером с нажатием, от 0.01 сек до 10 сек и до 10 импульсов. Но этот аппарат точечной сварки давно продан и мне нужно было чем то сваривать аккумуляторы 18650. Для этого на aliexpress был заказан этот таймер за 11.14$ или около 700 российских руб.
Приехало чуть быстрее чем за месяц.
Посмотрим что он из себя представляет.

Что такое контактная сварка?
Берем большой транс, чтоб пробки в квартире не выбивало (от микроволновки например). Срезаем вторичку, первичка на 220 остаётся. Выбираем шунт. Вместо тысяч витков старой вторички запихиваем 2-5 витков толстого провода. Для сварки аккумов можно 3-5 витков сечением 35мм. Для более толстых пластин и проволоки 2 витка сечением 70-120мм. Оконцовываем толстые проводки. Крепим к концам провода электроды в зависимости от задачи. И если подать на первичку транса 220 вольт, то во вторичке пойдет ток в районе 1000А, который разогревает место контакта электродов с металлом. Если это толстое железо или проволока то выдержка обычно большая, несколько секунд и можно просто подавать 220 вольт на транс через автомат или любым другим ручным методом. Если же варить круглые литиевые аккумы, то там тонкие пластины 0.1-0.3мм и нужны очень короткие выдержки, при этом они должны быть одинаковыми для повторяемости результатов. Прожиг аккумуляторов недопустим, разгерметизация банки — банка на выброс. Вот для замены автомата или кнопки, для того чтоб точно выставить короткую выдержку и применяется этот таймер.
Для тех, кто мало представляет что это такое и с чем его едят, можно почитать:
мой прошлый обзор
или обзор от Yurok

Упаковано хорошо, картонная коробочка и внутри плата под несколькими слоями вспененного полиэтилена. Если играть коробкой в футбол то ничего не повредится.
Внутри плата с хорошего качества.

Микросехема контроллера от STMicroelectronics STM8S003F3, триггер Шмитта 74hc14d, оптрон moc3021 и pc817, симистор BTA41600B, стабилизатор lm317k диоды и прочая обвязка.

Силовой симистор желательно прикрутить на радиатор через термопасту. Можно прикрутить его прямо на корпус контактной сварки, но тогда это нужно делать через изолятор. Слюдяная прокладка и изолятор на винт крепления. Плата разделена на две части белой полосой — та часть, которая ближе к симистору, находится под опасным напряжением 220 вольт. Китайские иероглифы возле этой полосы как раз об этом говорят. Большая часть платы контактной сварки находится под низким напряжением и безопасна.

Расшифровка надписей возле светодиодов по порядку от ручек регуляторов:
— Состояние. Светит когда есть питание.
— Статус. Мигает в норме и горит когда подключено постоянное напряжение. При питании постоянным напряжением плата работать не будет.
— Педаль. Тухнет когда нажата педаль.
— Триггер. Светит пока открыт симистор и идет сварка.

Выносной дисплей таймера для точечной сварки содержит несколько светодиодных семисегментных индикаторов, драйвер LED семисегментного индикатора TM1650, и обвязку к нему.

Для работы контактной сварки кроме этой платы таймера нужны:

— Питающий трансформатор на переменное напряжение 9-12в. От постоянки плата не работает. Не видит импульсы сети. Должен мигать второй слева светодиод, от постоянки он не мигает. Большая мощность трансформатора не нужна, от него питается только логика. Зарядка от сотового не подойдет. Готовый подходящий транс есть у этого же продавца. Нужно выбрать версию 220в, стоит меньше 6$ или 370 руб.
— Педаль или кнопка. Что то, что будет замыкать контакты на плате. Нормально разомкнутая.
Готовая педаль от продавца стоит примерно столько же.
— Трансформатор контактной сварки. Силовая часть то есть. Ну если вы интересуетесь такой платой то наверное знаете что это такое. Это трансформатор с первичной обмоткой на 220В и вторичной на низкое напряжение (1-6В) и большой ток (100-1000А). Этот ток и варит.
Этот таймер коммутирует первичку, то есть дает напряжение на первичную обмотку силового трансформатора сварки. Аналогично вместо этого таймера можно поставить просто выключатель — при включении выключателя сварка будет варить, пока включен включатель. Но для сварки аккумуляторов 18650 нужен очень короткий импульс (0.01-0.1 сек), иначе прожигается металл аккумулятора. Так же нужно постоянство результатов, то есть все выдержки точечной сварки должны быть строго одинаковы. Такие условия — выдержки в доли секунды и повторяемость выдержек — невозможно реализовать вручную, по этому я купил этот таймер точечной сварки.
Педаль и транс есть у этого же продавца, силовой трансформатор для точечной сварки можно взять от микроволновки или больший по размеру. Трансформатор тяжелый, с китая заказывать дорого. Можно поискать нерабочую микроволновку или старую на барахолке за малые деньги. Или спрашивать в мастерских по ремонту бытовой техники.

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:

мой осциллограф не супер качества, любительский, по этому привожу фото с отзывов али — как это должно выглядеть на экране осциллографа:

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: