Управление точечной сваркой своими руками на микроконтроллере. Контроллер точечной сварки (споттера)

Вот и в моем арсенале появилась контактная сварка.

Поводом послужил трансформатор от микроволновой печи, выкинутый на мусорку, но буквально перехваченный в полете, и аккуратно доставленный для диагностики.

Внешний осмотр показал, что первичная обмотка выполнена алюминиевым проводом. И первое желание было, возобновить прерванный полет к мусорной куче. Но что-то подсказывало, а ведь оно как-то работало, хоть и алюминий…

Аккуратно, избавился от вторичных обмоток. Намотал 4 витка монтажного провода. И получил такие результаты:

• Напряжение сети 234В.
• Напряжение вторичной обмотки 3,76В, (0,94 вольта на виток).
• Тогда первичная обмотка имеет 249 витков.
• Ток (х.х.) первичной обмотки 2,4А это чуть больше полукиловатта на рассеяние.

Мотаю 4 витка вторички, но уже мягкой шиной 32мм^2. Корочу вторику, на шину цепляю клещи для измерения тока короткого замыкания. Включаю… цифровой тестер, измеряющий ток в первичной обмотке успел показать ток 17А и потерял свой предохранитель. Быстро перевооружившись новым прибором на 50А, включаю.

Результаты на картинке:

Ток первичной обмотки 26А

Напряжение на клеммах первичной обмотки 215В (в сети 235В, 20В потеря на линии).

То есть, где-то около 5 киловатт чистой энергии (500Вт мощность потерь).

Ток вторички прибор показал 902А. Конечно, за правильность показаний не ручаюсь (предел у этого китайца 400А), но исходя из имеющегося, получается 902 х 3,76 = 3,4кВт.

То есть, к 500Вт добавились еще 5 – 3,4 = 1,6кВт. И эти 1,6+0,5=2кВт просто греют обмотки. И действительно, сетевая обмотка за 2 секунды работы в коротком замыкании нагревается с 30*С до 75*С. Правда это только при длительности 2 секунды, на практике еще не применялось. В основном работа с таймером в 0,02сек.

Вот, собственно и вся диагностика. Добавлю еще, что делал измерения с шестью витками вторички. Но мощность потребления по сети была меньше, (22А и 217В), очевидно повлиял коэффициент заполнения окна трансформатора. В последнем варианте с четырьмя витками он оказался выше.

Чуть не забыл, габаритная мощность получилась: (3,4 + 5,6) /2 = 4,5кВт

Еще вылез косяк с изоляцией вторички, от железа трансформатора. Необходимо учитывать, что температура обмоток может быть значительной, и обратить особое внимание на тип изоляции. Я в своем варианте использовал обычный малярный скотч. Но острые углы прикрыл стеклотекстолитом.

Внутренности окна так же изолировал оставшимися прокладками от родной вторичной обмотки.

Датчик температуры (биметалличечкий) установлен между обмотками. Имеет температуру отключения 80*С. Включается при 56*С. В перспективе, применить DS1821, у него мешая инерционность, а так же можно задать нужную температуру и гистерезис. Но не знаю, как он поведет себя в сильных магнитных полях.

Вся конструкция смонтирована в корпусе Z-2A

Клеммы крепятся к медным пластинам из листовой меди толщиной 2мм.

Для увеличения надежности крепления медные пластины спаяны вместе. Сами пластины приклеены к корпусу клеем, только для фиксации их при сборке. Основной крепеж выполняется скобами. Так же, при помощи скоб выполняется прижатие (электрический контакт) выводов вторичной обмотки к медным пластинам.

Особенности программных решений:

• Синхронизация с сетью теперь по полному периоду (20мс).
• Динамическая индикация посегментная (хотелось увидеть преимущества).
• Управление уставками, при помощи кнопок +/-.
• Ускоренная прокрутка значений при удержании кнопки.
• Защита от повторного включения при удержании педали.
• Сохранение уставки в память МК по отключению питания.
• Защита по перегреву обмоток трансформатора.
• Сохранение работоспособности от 100В сетевого напряжения.

Здравствуйте, уважаемые посетители. Речь в этой статье пойдет о цифровом таймере, предназначенном для аппарата точечной сварки. Схема устройства показана на рисунке 1.

Основой данного таймера является микроконтроллер PIC16F628A. Вообще программа, записанная в контроллер, это программа вычитающего счетчика. Для работы микроконтроллера используется его внутренний генератор. Обратный отсчет производится с периодом в 100мс. Максимальное время выдержки, чтобы не усложнять программу, я сделал, двадцать пять с половиной секунд. Установка времени выдержки устанавливается при помощи кнопок SB1 и SB2. Кнопкой SB1 увеличиваем значение выдержки времени, а с помощью кнопки SB3 — уменьшаем. Причем при установке времени, период смены показаний не постоянный. Сначала показания будут меняться с периодом в половину секунды. Потом этот период уменьшится до 25мс. Это сделано для увеличения оперативности установки необходимой выдержки.
При первом включении таймера на индикатор будет выведена из EEPROM контроллера выдержка в 10,0 секунд. В последующем в энергонезависимую память будут записываться уже ваши значения.
Запускается таймер кнопкой «Старт», после ее нажатия на выводе 15 DD1 появляется фронт управляющего сигнала и сразу же начинается обратный отсчет установленного времени выдержки. По истечении этого времени, напряжение на выводе 15 DD1 падает почти до нуля — спад импульса управления. Повторное нажатие на кнопку возможно только через 3 секунды, если выставленная выдержка менее этого времени, или после окончания импульса управления, если длительность импульса более 3 секунд.

В схему таймера введена перемычка J1, дающая возможность применять индикаторы, как с общим анодом, так и с общим катодом. Если перемычка отсутствует, то программа индикации будет обслуживать индикатор с общим анодом, а если перемычка установлена, то программа будет работать на индикатор с общим катодом.
Номиналы подтягивающих резисторов R1… R4 — могут быть любыми от 4,7к до 10к. Номиналы гасящих резисторов R5… R12 выбираются в соответствии с необходимой яркостью свечения сегментов индикаторов. Я всегда ставлю резисторы по 510 Ом. Это уменьшает нагрузку на выходы микроконтроллера и увеличивает срок службы самого индикатора. Микросхемный стабилизатор напряжения DA1 можно поставить любой на соответствующий ток нагрузки и выходное напряжение пять вольт. Например, КР142ЕН5А. Максимальное входное напряжение зависит от выбранной вами микросхемы стабилизатора. Максимальное входное напряжение для микросхемы КР142ЕН5А равно 15 вольт. Так как при контактной сварке возникают очень большие электромагнитные поля все устройство, во избежание сбоя программы, должно быть тщательно экранировано, а напряжение питания, возможно, придется подавать через LC фильтр. Конденсатор С2 при монтаже схемы припаивают непосредственно в соответствующим выводам микроконтроллера. Программа и схема разрабатывались по просьбе одного из посетителей сайта, поэтому в железе проверить данную схему пока не представляется возможным. Таймер был промоделирован в протеусе.

Силовая электрическая схема споттера давно прошла стадии разработки, экспериментов и используется для рихтовки авто в разнообразных вариантах. После приобретения опыта работы с устройством возник вопрос автоматического управления режимами работы устройства с более точными регулировками и необходимыми защитами. Споттер с режимом и споттер как сварочный аппарат для работы электродом должны иметь различную длительность и мощность импульса. Точка сварки может получиться слабой или слишком крепкой, что создаст дополнительные трудности при ремонте авто.

Фото 1. Споттер незаменим при проведении автомобильных кузовных работ.

Основные параметры, которым нужна точная регулировка для качественного результата работы, это мощность импульса и его длительность. Предлагаемая схема позволит подбирать и сохранять установки параметров как в режиме сварочный аппарат, так и делая точечную сварку.

Схема собрана на трех платах и состоит из двух функциональных частей:

1. Плата, на которой расположен блок питания. Внешний вид можно посмотреть на фото 1.
2. Две платы, на одной из которых расположен контролер и вторая с кнопками переключения и четырехразрядным индикатором.

Блок питания и его схема

Схема блока питания показана на рис.1. Условно ее можно разделить на три составные части:

• цепь питания первичной обмотки понижающего трансформатора;
• понижающий трансформатор;
• вторичная обмотка с диодным мостом и стабилизатором напряжения.

В цепи первичной обмотки трансформатора установлен сетевой фильтр, обычно используемый в импульсных блоках питания. Здесь он используется для защиты микросхемы контролера от импульсов, создающихся в сетевом напряжении при работе споттера.

Трансформатор можно использовать любой с напряжением 220 В/24 В при работе от сети в 220 В. При работе от сети в 380 В нужно применить соответствующий трансформатор и сетевой фильтр.

К вторичной обмотке подключен диодный мост со сглаживающими конденсаторами и стабилизатор напряжения на микросхеме LM2574. С выхода микросхемы напряжение номиналов в 5 В подается на выходной разъем Х1 через цепочку LC — фильтра для устранения высокочастотных помех. Отмеченные пунктиром соединительные линии должны быть минимальной длины и располагаться по возможности ближе ко второй ножке микросхемы IC1.

Рисунок 1. Схема блока питания.

Напряжение на клемме 1 разъема Х1 используется контроллером для определения нулевого уровня.

Напряжение с клеммы 7 разъема Х1 используется для запуска контроллера при положительной полуволне сетевого напряжения.

Изготовленная своими руками схема при отсутствии ошибок в сборке начинает работать без дополнительных настроек. Наличие напряжения в 5 В будет контролировать светодиод LED1.

Пускатель К1 предназначен для подключения сетевого напряжения при замыкании выключателя S1.

Вместо него можно использовать автоматический выключатель с защитой нужного номинала или подключать напряжение напрямую, при наличии предохранителей в питающий сети.

Вернуться к оглавлению

Управление силовым тиристором точечной сварки споттер

Фото 2. Внешний вид платы блока управления с контроллером.

Для управления силовым тиристором или симистором используется микросхема МОС3052. Эта серия микросхем специализирована для использования в устройствах подобного типа и при замене на аналоги. При этом необходимо внимательно оценить технические характеристики предлагаемого варианта.

При питании схемы от сетевого напряжения 380 В необходимо использовать симистор типа ВТА40 — 800v, соответственно рабочее напряжение конденсатора С11 630 В, защитные варисторы R14 и R15 типа 20D241. Для установки симистора нужно использовать радиатор. Конструкция элемента безопасна и не имеет соединения с теплоотводом. На радиатор для контроля температуры желательно установить термостат с температурой размыкания контактов 60-80°С. Аналогичным контролем можно оснастить силовой трансформатор. Аварийный сигнал от термостатов можно подключить к контроллеру для остановки работы при превышении температуры выше допустимой, с отображением соответствующего сигнала на индикаторах.

Для споттеров большой мощности можно рекомендовать другой вариант схемы управления тиристорами. В ней применяются тиристоры типа 70TPS12, для управления которыми использованы оптроны МОС3052. Тиристоры этого типа имеют электрическое соединение с теплоотводами и должны устанавливаться на раздельные радиаторы или с диэлектрическими прокладками.

Вернуться к оглавлению

Схема управления с блоком индикаторов точечной сварки споттер

Рисунок 2. Схема блока управления для споттера.

Внешний вид платы блока управления с контроллером показан на фото 2.

На фотографии показан внешний вид блока индикаторов с кнопками управления без декоративной панели. Панель индикаторов с кнопками и установленной декоративной панелью показана на другом фото 3.

Схема управления имеет минимум вспомогательных элементов. Управление всеми процессами осуществляется микроконтроллером типа AtMega 16, установленном в исполнении DIP. Элемент производителя фирмы Atmel имеет невысокую стоимость и большое количество выводов. Устройство контролера позволяет использовать входные и выходные сигналы на любые ножки микросхемы, поэтому плата получается максимально упрощенной. Кроме возможностей конфигурации, контролер оснащен оперативной и энергонезависимой памятью большой емкости и др. В схеме управления споттером его возможности использованы примерно на 20 %.

Вернуться к оглавлению

Краткое описание работы точечной сварки споттер

Принципиальная схема блока управления показана на рисунке (рис.2). При поступлении напряжения питания загружаются сохраненные в энергонезависимой памяти данные для первой кнопки. На индикаторе отображается выдаваемая контролером информация. Параллельно с выводом информации выполняется контроль состояния кнопок, при обнаружении сработавшей кнопки запускается соответствующая подпрограмма. Информация на табло обновляется в связи с новым запросом.

При каждом срабатывании контактов кнопок раздается звуковой сигнал, его отсутствие означает неисправность или зависание контроллера.

Фото 3. Панель индикаторов споттера.

При помощи кнопок можно выбрать необходимый режим работы, установить нужные параметры импульса. Подобранный режим можно сохранить в памяти для последующего использования.

В режиме «Работа» контроллер работает следующим образом:

1. Индикаторы отключаются, контроллер контролирует уровень напряжения на контакте AIN1.
2. При снижении напряжения до нулевого уровня запускается счетчик с установленным периодом паузы.
3. По окончании отсчета выдается команда на микросхему управления тиристором (симистором). Процесс повторяется на каждом периоде сетевого напряжения для использования только положительной половины периода. Это усовершенствование позволяет избежать режима магнитного насыщения железа.

Контроль сетевого напряжения происходит по цепочке от блока питания, через контакт разъема Х-1 на контакт контроллера SIN. Элементы VR2 и Q2 корректируют форму сигнала. Напряжение на открытие симистора подается на разъем Х3, контакты 1 и 2.