Elektronikus vezérlés ponthegesztőhöz: DIY útmutató
Sok időt töltöttem el a neten található különböző házi készítésű megoldások áttanulmányozásával. Úgy gondoltam, hogy amíg megjönnek a megrendelt li-ion akksik, valamint a fentebb említett elektronikai modulok Kínából (2-4 hét), addig lesz időm elkészíteni egy ponthegesztőt.
A 18650-es li-ion cellák bár némi ügyeskedéssel forraszthatóak is, de ha már egyszer felújítást végzek, akkor megpróbálom azt úgy kivitelezni, hogy legalább hangulatában hasonlítson egy profi átalakítási művelethez. Azaz forrasztás helyett ponthegesztéssel fogom illeszteni a cellákat egymáshoz.
Nagyjából két irányzat létezik a DIY (házi/hobby gyártmány) világában: egy nagyobb kapacitású akkumulátor vagy feltöltött kondenzátor-telep kisütésén, ill. Homemade Spot Welding Machine with Power Control. Mivel az akkumulátor/kondenzátor telep kisütéses történet számomra kissé körülményesnek tűnt (akksi beszerzés, annak töltése, nagy áramú FET-es kapcsolók építése, és alkatrészeim se voltak hozzá, meg különben is ...), így a MOT mellett döntöttem.
Egy MOT-ot nem tűnt olyan nehéznek a fentebb említett videók és leírások alapján átalakítani. Viszont a témában nyilatkozók számos alkalommal említették, hogy a finomabb munkák élérése érdekében érdemes időzítővel és/vagy szabályozó áramkörrel együtt építeni a ponthegesztőnket. A leírásokban ismertetett szabályozó áramkörök az egyszerű időzítő reléktől az Arduino alapú dupla impulzust biztosító mikrokontrollerekig terjednek. De léteznek kész, 'bóti' modulok is, nem is drágák, vannak közöttük komolyabb kivitelezésűek is.
Általában a 'rendesebb' áramkörök nem csak a hegesztés időtartamát (impulzus szélességét) hanem a hegesztési áramát/teljesítményét is beállíthatóvá teszik. Úgy gondoltam, hogy - felelevenítve a korábbi szakmámat - megpróbálok egy olyan áramkört létrehozni, amely biztosítja a fentebb körülírt funkcionalitásokat, mindeközben leporolhatom a már rég megkopott elektronikai ismereteimet is.
Úgy gondoltam, hogy ha már nekiállok egy ponthegesztőnek, akkor egy több funkciós ponthegesztő kivitelt szeretnék megvalósítani, amely a cellák hegesztésén kívül képes megbirkózni a vékonyabb fémlemezekkel is.
MOT átalakítása
A MOT előkészítésénél szintén a legjobb stratégia, ha átnézünk néhány olyan videót, amely a MOT alapú ponthegesztők készítésével foglalkozik. El kell távolítani a szekunder (vékonyabb huzalozású, nagyobb menetszámú) és a magnetron fűtés (néhány menetnyi vastagabb szigetelt menet középen) tekercseit .
A szekundert legkönnyebben úgy lehet eltávolítani, hogy vasfűrésszel levágjuk a tekercs egyik oldalának a vasmagból kiálló mindkét részét, majd a másik irányba kiütögetjük (bár inkább kiszenvedjük) a vasmagból a maradékot.
Az alábbi táblázat tartalmát átfutva válasszuk ki a szimpatikus (pontosabban a célzott áramerősséghez leginkább megfelelő) szekunder oldali vezeték keresztmetszetet, majd minimum 2 menetet tekerjünk a trafóra szekunderként. Mivel ponthegesztőt készítünk, így a legkisebb BI (bekapcsolási idő) oszlopot is használhatjuk, mint tájékoztató információ.
Rövid idejű (tipikusan max 4-8 mp) terheléseknek lesznek kitéve a kábelek, így ezek az értékek - a tapasztalataim szerint - túlléphetőek (értsd ~1,5-2 szorzó). Minél rövidebb kivezetésekre kell törekedni, a csatlakozási pontokat gondosan kell kivitelezni.
Gyakorlati LED ellenállás útmutató
Valóban érdemes eltávolítani a két tekercs között lévő un. mágneses söntöket! Néhány tized voltot és nagyobb áramerősségeket tudunk így elérni ugyan azon szekunder menetszám esetén.
Az egyes elektróda egységek gyors csatlakozásának módját az ívhegesztési technológiában már jó régen kitalálták: én "Dinse" vagy "Binzel" csatlakozónak ismerem. (Ez valószínűleg olyan lehet, mint a tócsi/tócsni/cicege/beré/,...: ezer neve van ugyan annak a dolognak.) Nem olcsó "cucc", de kiváló minőséget és igen gyors átszerelhetőséget nyújt cserébe. Méretét a tovább menő kábel keresztmetszete határozza meg.
Érdemes nagyon gondosan kimunkálni a munkakábel csatlakozási végeket! A legjobb eredményt azzal értem el, hogy a sarukat rápréseltem a kábelvégekre, majd forrasztással gondoskodtam a jobb vezetésről. Nagy teljesítményű pákám, vagy "forrasztó lámpám" nem lévén, egy egyszerű hőlégfúvóval végeztem el a saruk forrasztását, némi lágyforrasztáshoz használt folyasztószer bevetésével (miközben könnyfakasztóan sok forrasztóónt nyel el a művelet...).
Az alábbiakban néhány olyan kép látható, amelyek épp egy "szívátültetés" során készültek. A MOT teljesítményével nem voltam megelégedve, így a mágneses söntöket kivettem. Emellett a korábbi Ø35mm² szekunder tekercset lecseréltem egy Ø50mm²-esre, a menetszám maradt 2 menet.
Itt (valamint a hasonló tartalmú további táblázatoknál) az árakat csak tájékoztató jelleggel érdemes figyelembe venni. Az adatok inkább azt tükrözik, ahogy a projekt megvalósulása, valamint a cikk írása időszakában (2018.02...2018.03) az egyes alkatrészekhez épp hozzá tudtam jutni. Nyilván nem minden esetben sikerült a legolcsóbb alkatrészt és annak a legjobb forrását fellelni.
Szabályozó elektronika tervezése
Amint az már a korábbiakban említésre került, egy olyan szabályozó elektronika tervezése volt a cél, ami nem csak az időt, hanem a MOT teljesítményét is képes vezérelni. A feladat erőteljesen hasonlít egy sima váltakozóáramú teljesítményszabályozáshoz, amikre szintén számtalan leírás és akár kész modul is található a neten.
A váltakozó áramú környezetben a teljesítmény szabályozása legegyszerűbben a fázis hasítás elvén lehet kivitelezni, erről elég részletes leírások találhatóak itt és itt. Úgy tűnt, hogy ezt a technikát (dimer/dimmer) többnyire fényforrások szabályozására használják leginkább, de - utánajárva a neten a témának - sok teljesítményszabályozással foglalkozó cikk és projekt dimert használ az induktív terhelésekkel (motorok, transzformátorok) kapcsolatban is.
Számos forrásanyag áttekintése során Giorgos Lazaridis projektje fogott meg leginkább. Bár időben egy elég veretes (2010.01.01? hmm...) cikkről van szó, amiben részletesen ismerteti az áramkörének működését, de megnyerően elegáns az alapötlete és frappánsan egyszerű az elektronika. Olcsó alkatrészekből áll, ráadásul a triakon és az optodiakon kívül mindenem volt.
Azonban Lazaridis projektje csak a teljesítményszabályozást teszi lehetővé, így a kapcsolást kissé továbbfejlesztettem, hogy az időt is be lehessen állítani. Az eredeti cikk részletesen ismerteti az áramkörének működését, így itt nem is térek ki erre. Az eredeti fázishasító áramkört - ebben a kapcsolásban az NE556 második tagja - R8, PT1, C4, R10, P2, R11, Q1 és R12 komponensek alkotják, ebben nincs semmi lényegi változtatás (néhány alkatrész értékén kívül).
Azonban a nullátmenet érzékelését (ZCD, Zero Carrier Detect) egy picit átdolgoztam, az alapja egy 4N25-ös optocsatoló. No, nem saját az ötlet: a cikk kommentjeiben (pontosabban Islam Qabel billentyűzetéből) van rá utalás, hogy valószínűleg működhet a ZCD így is. Igaza volt! Korábbi (sajnos már sok-sok évvel ezelőtti) tapasztalatok alapján illesztettem be R3-at az optocsatoló fotó-tranzisztorának bázisa és emmitere közé, ugyan is meglehetősen érzékeny tud lenni a 4N25 nyitott bázissal.
A kapcsolás további módosítása is végtelenül egyszerű: az NE556 első tagja és R7, P1, C2 komponensek által alkotott monostabil multivibrátor (monoflop) engedélyezi a fázishasító monoflop működését, a beállított/kívánt ideig. Amíg az első monoflop aktív, addig a második monostabil "nincs resetelve", azaz pöröghet (pin5 → pin10). Emiatt - pontosabban Q1 jel invertáló funkciója miatt - viszont meg kellett oldani, hogy inaktív állapotban ne kapjon vezérlést az optodiak. Ezt a feladatot D2, Q2, R13 komponensek látják el: ha inaktív az első monoflop, akkor az OUT1 kimenet (pin5) alacsony szintű. Ez az alacsony szint lehúzza D2 katódját és egyben Q2 bázisát is. Q2 zár, így az emmiterén nincs feszültség az optodiak LED-jének meghajtásához.
Egy további apró módosítás található még a kapcsolásban: az első (időbeállító) monoflop indításánál meg kellett oldani, hogy a "start" gomb nyomva tartásától független legyen az időzítés időtartama.
A BTA41 triak 40A folyamatos és a 400A impulzus terhelési kapacitása ebben az alkalmazásban bőven elég, de a biztonság kedvéért egy kisebb hűtőbordára szereltem.
Mind az eredeti, mind a módosított kapcsolás egészen jó modellezhető és elemezhető szimulátor programokkal. Teszt gyanánt a National Istruments Multisim egy korábbi (ha minden igaz V10.4) próba verzióját engedtem rá a saját kapcsolásom egy egyszerűsített módozatára. A kapcsolásom néhány érzékenyebb alkatrészeinek értékét is így ellenőriztem.
Bár az eredeti Lazaridis cikk szerint is egész jól érhető az áramkör működése, de itt talán még látványosabban mutatkozik meg a lényeg. A második monoflop minden nullátmenet környékén triggerelődik, azaz akkor startol. Kimenete magas szintű lesz, amit egészen a beállított (C4, PT1, R8) késleltetés idejéig tart, majd ismét alacsony szintű lesz. Q1 miatt a tovább menő jelszintek invertálódnak, így végső soron késleltetve kap pozitív jelet az optodiak LED-je. Ennek hatására a triak a nullátmenethez képest a beállított késleltetési idővel később gyújt be. A következő nullátmenetkor egyrészt újra indul a monoflop, másrészt a triak is kikapcsol.
Ahogy a második monoflop vezérlőfeszültsége csökken (CONT2, pin11), úgy csökken a késleltetési ideje is, vagyis a triak hamarabb gyújt be, nagyobb lesz a kimenő teljesítmény. Lazaridis a cikkében "őrült diszkófény"-ként emlegeti azt a hatást, amikor a maximális vezérlőfeszültséség mellett a késleltetési idő nagyobb, mint a félhullám periódus ideje (100Hz →10ms), amit tényleg így van.
Így egy 2x24cm hosszú, Ø25mm² kábelekből alkotott rövidzár hurkon 725A-t mértem, ~13.3A primer oldali áramfelvétel mellett (miután persze az első sikertelen próba után kicseréltem a biztosítékot egy 15A-esre....). Így már viszont elég rendesen melegedtek a rövidzár kábelek, de a trafó, annak szekunderje és a triak meg se érezte a terhelést (pedig gyötörtem rendesen a kütyüt: áramkör elindít, áram felszabályoz, fénykép.... rossz lett a kép .. .elölről az egészet... most nem látszik az érték...ismét! ... nagyon csillog a műszer kijelzője ...megint ....
Ezt talán meg sem kell említenem, de figyelni kell az optodiak típusára! Ebben a kapcsolásban kizárólag olyan alkalmazható, amely NEM nullátmenet kapcsolós/érzékelős! Keressük az un.
Az áramkör felélesztésénél kulcsfontosságú a fázishasítást végző késleltető áramkör helyes belövése. Én (az első próbát kivéve) ezt a MOT helyett bekötött hagyományos izzóval működtetett hegesztővel végeztem: maximális CONT2 (pin11) vezérlő feszültség mellett PT1-et addig állítottam, amíg az izzó majdnem teljesen "elalszik".
A tapasztalatok alapján a start gomb "nyomva tartásának mentesítése" nem sikeredett igazán kielégítően: így nagyon érzékeny ez az áramkör. Képes akkor is elindulni, ha pl.: a kapcsolót éppen csatlakoztatom...
Bár egy nagyobb 12V-os, PC táp bontásából származó ventilátor is belekerült a kész ponthegesztőbe, de nincs rá igazán szükség. Se a trafó vasmagja, se a szekunder vezetékek, de még a triak sem melegszenek annyira, hogy hűteni kelljen őket.
A kísérletezgetés és a belövés megkönnyítése miatt a nyákokba is kerültek kontroll LED-ek, de ezek valójában elhagyhatók. A kapcsolási rajzon LED4 és LED3 van kivezetve az előlapra.
Egy régebbi bontott mágneskártya olvasó dobozába pakoltam bele a ponthegesztőmet, ami ~1,2mm-es acéllemezből készült. De a doboz fedelét/tetejét a későbbiekben egy nem mágnesezhető anyagúból kell majd kialakítani.
Itt megpróbáltam összeszedni az összes alkatrészt. De csak amiatt, hogy mégis láthassam, hogy ha mindent megvettem volna, akkor nagyjából mennyibe is került volna. Ebben a listába nem szerepel a próbapanel, vezetékek, biztosíték + ház, a 230V-os beépíthető aljzat, stb., azaz koránt sem teljes. trimmer, helikális! Táp. csat. Táp. csat.
A hegesztő tollat kifejezetten az akkumulátor cellák ponthegesztésére szántam, ahol is nem kellenek akkora áramok, vagy épp csak lényegesen rövidebb ideig. A könnyebb kezelhetőség érdekében a ponthegesztőtől futó vezetékek keretmetszetére csak Ø16mm²-t választottam, ~60-70cm-es hosszban, ívhegesztő munkakábelből. A vezetékek egyik vége Dinse dugókban végződnek, a másik végük egy-egy szigetelt érvéghüvelyen keresztül egy 16-os sorkapocs (csoki) szemekhez csatlakozik.
A sorkapcsos megoldás egyrészt jól rögzíti a munkakábelt, másrészt könnyen cserélhetővé teszi az elektródát. A sorkapocs szemek rögzítését úgy oldottam meg, hogy középen megfúrtam, majd egy vezető réteg nélküli üvegszálas lemezek közé szorítottam/csavaroztam őket. A sorkapcsokat tartó lemezeket egy hőre nem lágyuló szigetelő anyagból készült (esetemben bakelit) pálcára rögzítettem, ami munka közben egy kis tartást ad a kábeleknek, így egy kicsit kényelmesebb a tollal történő munka is.
A ponthegesztés indítását egy panelba forrasztható mikrókapcsolóval oldottam meg, amelyet a toll feje környékén kapott helyet. A toll ebben a kivitelben melegszik ugyan, de egyáltalán nem kényelmetlen módon. Volt, hogy több órát birkóztam a tollal, mégsem éreztem elviselhetetlennek sem a kábelek, sem az elektródák környékén a melegedést.
Az egyszer már jól belőtt idő és áramerősség értékeket elég körülményes ismét megtalálni a potikkal. A prés tartószerkezete egy 320x120x8-as rétegelt falemez alapra szerelt 3...
Tapasztalatok és tanácsok
Már egy ideje én is gondolkodtam, hogy a régi rossz notebook akkukat javítandó az új cellák fülét hogyan hegesszem össze, és eszembe jutott, hogy mi volna, ha egy nagyobb kapacitású kondit sütnék ki a kérdéses ponton? Nekem anno amikor nagy teljesítményű tápokat építettem, 10000µF már képes volt részben megolvasztani a csavarhúzómat is.
Kísérletezés kérdése, de biztos van egy pont, ahol még nem válik füstté az a vékony lemez, de már összeolvad a két fül. Hát, nem tudom, szerintem a kisütési idő olyan rövid, hogy nemigen lehet szabályozni. A kondi töltését kellene hozzá variálni, de bármennyire is jól hangzik, annyira nem értek hozzá, hogy egy ilyen szerkentyulát saját magam tervezzek meg.
Ötletem van rá. de az még az egyszerűségében is bonyolult. Konkrétan arra gondoltam, hogy egy ellenálláson engedni rá az áramot, és közben mérni, hogy mennyi töltést szedett fel. Amikor elérte a kívánt szintet, a rendszer automatikusan lekapcsolná a töltést.
Úgy is lehetséges volna, hogy egy gombot addig tartok nyomva, míg a töltést jelező ledsor egy bizonyos tagja el nem kezd világítani, és akkor elengedem a gombot.
Az ötlet nem rossz, de a kondi feszültségét kellene figyelni, és egy beállitott szint fölött a töltését leállitani egy komparátorral.
Kétfázisú ponthegesztő elektronikus szabályozása
A helyzet a következő: Adott egy nagyon régi kétfázisú ponthegesztő gép, amit egy jó szaki átalakított elektronikus szabályozásúra. Magyarul készített agy panelt, amire agy tirisztoros szabályozó automatikát épített. A lábpedálon egy reed relével indítva a folyamatot, egy potenciométer az időt (0,1 -3 másodpercig) állította, egy másik pedig az áramot. Ez egy nagyon régi gyári gép volt, lemez tekercsekkel, zárlati áramra méretezve, és nagyon pipecül működött. Volt egy led dióda, ami a működés közben világított, meg egy csengő reduktor segítségével hangjelzést (sípoló) adó hangszóró.
A legnagyobb baj az, hogy a panel természetesen be lett öntve műgyantával, védendő illetéktelen nézelődők és másolni szándékozók ellen. Most meg kellene javítani a gépet, de én nem foglalkoztam elektronikával, csak erősáramú villanyszereléssel. Kérem, segítsen valaki, egy olyan áramköri kapcsolási rajz kellene, ami a fent említett paramétereket kezeli. Talán a tirisztor adata még rajta van, ma megnézem, és felrakom. Az biztos, hogy primer oldali szabályozás, tehát 400 V működtető feszültség ment a panelra, és onnan a trafóra, a szekunder 1-2 menetű, fixen a vörösréz csapokra van kötve.
Próbáld ki ezt. A Reed-et kösd a DIAC-al sorba. Először is köszi a gyors válaszért, nem is reméltem, hogy ilyen hamar jön segítség. Ne haragudj, ha hülyeséget írok, vagy kérdezek, de nem vagyok az elektronikában jártas, ezért azt kérdezném, hogy az ellenállások, vagyis a 400 voltos üzemmód miatt 440 ohmos, a 24 kiló ohmos, az 11,2 kiló ohmos ellenállás milyen százalékban térhet el, mert nyilván ilyen értékűt nem lehet kapni, vagy kettőt sorba kötve a rajzon szereplő értékűből jó-e, és milyen teljesítményű, hány wattos legyen?A pótméter 1 mega ohmos szintén hány wattos legyen.
A rajzon szereplő diak milyen típusú, vagy milyen értékű? És abból is látszik, mennyire nem értek hozzá, megkérdezem, a diaknak mi a szerepe, és bekötése polaritás érzékeny-e, vagyis mindegy, milyen irányba kötöm be?
Találtam egy katalógust a neten, abban nem volt BTA40/600, csak BTA40/700B. Az jó-e helyette?
A diak típusa, amit találtam: DB3 32V 2A DO35, vagy DLDB3 32V 2A MINIMELF.
A válaszból az is kiderül, hogy a reed relé, vagy egy általa kapcsolt relé érintkezője indítaná a folyamatot, és addig hegeszt, amíg az érintkező bekapcsolt állapotban van. Egy időrelé beiktatásával akár az időt is tudom szabályozni?
Sok a kérdés, de számítok a segítségedre. Nem tudom, lehet, hogy hülyeség, de van Skypod? Mert sokkal egyszerűbb, és gyorsabb lenne megbeszélni a dolgokat, vagy telefonon, vagy mikor tartózkodsz általában gép közelben, amikor tudunk gyorsan reagálni egymás írására? A dolog sürgős lenne, nagyon kellene a segítség!
tags: #elektronika #vezérlés #ponthegesztőhöz