26.12.2019

Реле времени 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.

Читать еще: Калибровально шлифовальный станок своими руками

Реле времени для споттера своими руками

Самоделки из двигателя от стиральной машины:

1. Как подключить двигатель от старой стиральной машины через конденсатор или без него
2. Самодельный наждак из двигателя стиральной машинки
3. Самодельный генератор из двигателя от стиральной машины
4. Подключение и регулировка оборотов коллекторного двигателя от стиральной машины-автомат
5. Гончарный круг из стиральной машины
6. Токарный станок из стиральной машины автомат
7. Дровокол с двигателем от стиральной машины
8. Самодельная бетономешалка

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.

Реле времени для споттера своими руками

Микроконтроллерный таймер для споттера своими руками

Читать еще: Шинная пилорама своими руками с электродвигателем

Рисунок 1 – Схема силовой части.

Рисунок 2 – Полная схема споттера.

Рисунок 3 – Схема силовой части.

Что собой представляет схема споттера

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 аппарата точечной сварки 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:

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

Блок питания и его схема

Схема намотки трасформатора.

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.

Читать еще: Как сделать лебедку из стартера своими руками

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.

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.

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 %.

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:

Индикаторы отключаются, контроллер контролирует уровень напряжения на контакте AIN1.
При снижении напряжения до нулевого уровня запускается счетчик с установленным периодом паузы.
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.

Состав схемы управления точечной сварки споттер

Дополнительно с контроллером использованы разгружающие ключи IC2 для предохранения микросхемы процессора от перегрузок. Микросхема IC3 применена из-за недостаточного количества выводов на процессоре. Используется в качестве регистра памяти с параллельным выходом и последовательным входом. В зависимости от полученного кода включается определенный светодиод. Цифровые индикаторы имеют семь сегментов, подключенных к общему катоду. В общую схему соединяются дорожками платы. В качестве LED5-10 можно использовать любые светодиоды, подобрав необходимый цвет.

Устройство для звука должно иметь собственный генератор с рабочим напряжением 5 В. Пассивные элементы можно применять любых марок с точностью номиналов до 20 %.

Для программирования контролера необходимо установить соответствующий разъем, подключенный к выводам микропроцессора: MOSI, MISO, SCK, Reset, Gnd. Прошивку можно выполнять на программаторе или на компьютере с установленной специальной программой. Существует несколько вариантов различных программ, помогающих выполнять прошивку процессоров различного назначения. Основное внимание в них уделено работе устройства как аппарата точечной сварки. Споттер в переводе означает “точка”.

Оценка статьи:

Загрузка...