Сварочный полуавтомат на ардуино своими руками

Обновлено: 06.07.2024

bamian Куратор с. Казинка, Липецкая область 1007 854

Появилась необходимость прикрепить защелки на нержавеющую кастрюлю, думал чем крепить и решил собрать аппарат точечной сварки, тем более еще на очереди перепарковка аккумуляторов ноутбука и шуруповертова как известно пайка не безопасна для аккумуляторов.
Схемы конечно есть в нете, но я решил делать сам. Первый раз писал для Ардуино скетч, поэтому прошу не пинать сильно если что не так.
Вот что получилось.
Сварочник варит двойными импульсами, как пишут двойной импульс улучшает качество сварочного шва.
7. Аппарат точечной сварки на Ардуино Нано. Сделай сам.
Первый импульс как бы прогревает, смягчает металл.
Во время паузы между двумя импульсами, части плотнее прилегают друг к другу обеспечивая этим лучший контакт. Второй импульс непосредственно сама сварка.
Регулировка времени импульсов (от 20 до 960 мсек с шагом 20 (чтоб не мудрить переход через ноль)) только основных.
Импульсы прогрева составляют пропорционально 1/8 от величины основных импульсов.
Есть два режима 1 - управление педалью, "нажал-сварил", и с задержкой 4 секунды "нажал-пауза-сварил".
Защита от перегрева на термисторе т.е. при +80 С, блокируется все, включается вентилятор, при +40С режим сварки восстанавливается.
Трансформатор использовал от 800 ваттной микроволновки, вторичка и шунты убраны и намотаны два витка провода 70 квадратных мм.
Электроника. что было в наличии -
6. Аппарат точечной сварки на Ардуино Нано. Сделай сам.
Ардуино Нано,
LCD1602 с i2c,
модуль энкодера,
релейный модуль, модуль пищалки,
Для управления трансформатором использовал тиристорный силовой ключ с опторазвязкой. Где то прочитал что симистор/твердотельное реле не подходят.
При использовании симистора есть ограничения при индуктивной нагрузке (скорость изменения напряжения между основными электродами симистора и скорость изменения рабочего тока). Превышение скорости изменения напряжения на симисторе (из-за наличия его внутренней ёмкости), а также величины этого напряжения, могут приводить к нежелательному открыванию симистора. А тиристоры всегда выключайте на отрицательном полупериоде.
В железе собрал, вроде все работает. В корпус пихаю тепрь. фото попозже выложу.
Вот что получилось - имитация в Протеусе
1. Аппарат точечной сварки на Ардуино Нано. Сделай сам. 2. Аппарат точечной сварки на Ардуино Нано. Сделай сам. 3. Аппарат точечной сварки на Ардуино Нано. Сделай сам. 4. Аппарат точечной сварки на Ардуино Нано. Сделай сам.
В архиве проект в Протеусе, hex файл для имитации работы, два скетча один для русифицированного дисплея, а другой для латиницы. Ну и еще печатка силового блока. Схему не рисовал, в Протеусе думаю все понятно (для наглядности пищалку, силовой блок, вентилятор заменил светодиодами, чтоб было видно как все работают).
Может кому пригодится.

Посл. ред. 25 Сент. 17, 06:44 от bamian

BogAD Кандидат наук Красногорск - Белово 366 173

bamian Куратор с. Казинка, Липецкая область 1007 854

В архиве проект в Протеусе, hex файл для имитации работы, два скетча один для русифицированного дисплея, а другой для латиницы. bamian, 23 Сент. 17, 01:16

2908969 Кандидат наук Краснокаменск-Москва 406 228

Всем здоровья Господа "прихожане". Начну с того как всё началось)))). Как с коллегами по . Кому не интересно могут сразу пролистать ДАЛЕЕ.
Короче, понравилась темка с пк.дисплеем у "Гувера" и решил я заморочиться с моддингом своего старенького 1156 ))).
Но вот беда, похвалил было дело свой шурик и он, как на зло, медленно умер. Точнее не шурик , а батарейка, собранная мною три года назад (первый мой проект по переделке на литий) и исправно трудившаяся всё это время, до того случая на работе- когда я её уронил с высоты где-то метра полтора. Ну и от удара замкнули две банки которые в корпусе были стоя. Естественно от короткого "БАНОЧКИ ПОМЭРЛИ".))) Разобрав батареечку заменил умершие баночки на скоряк паяльником, поставил от ноута.Короче объект доделал и юзал шурик до недавнего времени. А на работе, ещё тогда когда я чинил батарейку, попутно заказал с али десяток новых АККУМОВ для второй батарейки, чтоб не вляпаться так повторно (не люблю на "ГРАБЛИ" наступать дважды).
Первый аккум был спаян из спаренных аккумов от ДВД проигрывателя, паялся к шинам между аккумов, по этому с самими аккумуляторами ничего не случилось.
при попытке спаять банки на площадки возникали проблемы. не буду описывать какие, но получалась ХРЕНЬ.
Вот тогда я первый раз заморочился со сварочным. пытался слепить на кандёрах, не устроила не стабильность сварки. То не доварит, то прожгёт, ну это я в другой темке парням про сварку на кандёрах писал. Ну и под руки попала мёртвая микроволновка.
ниже фото на кандёрах.

разобрал транс от микроволновки т.е вырезал вторичку. В качестве проводов для вторички использовал кусок кабеля КГ 10х3+1х6.
где-то метра два было. Полностью распотрошил жилы до меди сняв всю изоляцию. тонкую жилу 6 кв/мм использовал в один раз, а 10-ку в шесть жил.
скрутил всё плотненько (как можно ровнее чтоб жила получилась ровная, замотал тряпочной изолентой. после чего первый раз запихал в транс. получилось два витка, но мне показалось этого мало ( в трансе осталось много свободного места, но жила не лезла). Вооружившись молотком я сплющил жилу так чтоб она по ширине занимала всё отверстие в трансе, влезло три витка. Разобрав всё это еще раз (это-же метод "ТЫКА"), затянул получившуюся жилу в термоусадку, и запихал всё это дело тремя витками в транс. оставил концы сантимов 30 примерно и наклепал наконечники медные для 70-го кабеля, при первых тестах он меня устроил полностью. Т.е. напряжение получилось 2,5 вольта , но ток просто бешенный-900 ампер и на первичке, при коротком на вторичке , ток не превышал 10 ампер(автомат не выбивало) . Для первых тестов была изготовлена педаль из концевого выключателя.
Тесты проводил сваривая железо точками толщиною 2мм и нагревая болты на 12мм)))) Баловался))).
В скором времени приехали долгожданные аккумы из поднебесной и я загорелся новым аккумом для шурика.
При первых попытках (на старых никелевых аккумах) качество сварки было отличным, но возникала вторая проблема "ПЕРЕЖОГ" т.е. я рукой (не ногой))) резко бил по концевику и иногда (может концевой запаздывал) получались прожоги, при попытке таким сварочным сварить аккум я убил три новых банки((((. Не люблю это вспоминать т.к. это подтверждает мою "БАРАНЬЮ" натуру. а времени заниматься не было и проект был "ЗАМОРОЖЕН"

Представляю самый маленький, лёгкий и достаточно простой в повторении сварочный инвертор. Он позволяет проводить сварочные работы электродами диаметром до 3мм.

Характеристики инвертора

Размеры (ДхШхВ) — 180х105х80;
Вес — 1100 грамм;
Ток — 80А, можно выжать до 100А;
Ток холостого хода — 170-200мА;
Напряжение холостго хода — 60 вольт.

Инвертор собран в корпусе компьютерного блока питания.

Из-за нехватки места в этом корпусе не удалось обеспечить хороший обдув радиаторов силовых компонентов, поэтому он не предназначен для долговременной работы, но спалить несколько электродов подряд с его помощью можно.

Делать инвертор с нуля достаточно дорого, хорошие оригинальные детали дорогие, нужен опыт работы с импульсными источниками питания и в силовой электронике в целом, лучше и выгоднее купить заводской инвертор, а если решили собрать - то делайте полноразмерный инвертор и не скупитесь на охлаждении.

Схема инвертора

Данный сварочный инвертор — это однотактный прямоходовый преобразователь построенный на ШИМ контроллере UC3844. Выход микросхемы через драйвер управляет IGBT транзистором. Схема снабжена плавным пуском, защитой по перегреву. Обратная связь по току реализована через токовый трансформатор.

Инвертор собран на трёх платах:

все силовые компоненты, трансформатор, дроссель, выпрямители, силовой транзистор и входная цепь размещены на материнской плате;
схема управления;
дежурный источник питания.

Схема управления

Больше половины компонентов, которые есть на схеме находятся на этой компактной печатной плате

В авторской версии вся схема собрана на одной плате, в моем же случае чтобы аппарат был максимально компактным управление перенес на отдельную плату. Она получилась очень компактная, меньше сделать крайне трудно если использовать выводные компоненты, а не смд. Монтаж очень плотный, на плате всего одна перемычка.

После сборки плата была проверена. На вход стабилизатора или диода подается напряжение около 30 вольт. База и эмиттер транзистора VT1 замыкаем между собой имитируя замкнутый термовыключатель, иначе сработает защита по перегреву и реле замкнет регулятор тока и как следствие микросхема перестанет вырабатывать последовательность импульсов. К выходу драйвера подключаем щуп осцилографа и наблюдаем красивый меандр с частотой порядка 30 кГц и заполнением около 44-х процентов. Проверяем защиту, убрав ранее установленную перемычку. Должно сработать реле, засветиться красный светодиод и заблокироваться работа микросхемы ШИМ. Плата управления готова, в дополнительной наладке эта часть не нуждается, если все собрано правильно, компоненты исправны и нет соплей на плате.

Исходная схема работает на частоте в 30 кГц, изначально хотел поднять ее, а также изменением соотношения количества витков обмоток снять с сердечника большую мощность, но конечные расчеты показали, что с сердечника даже при 30-и килогерцах спокойно можно взять мощность около 2-2,2кВт, а это где-то 80-90 Ампер тока, если учитывать просадку напряжения при сварке, примерно до 24-х вольт.

С учетом этого аппарат без проблем справляется с электродами в 3мм, но в моем агрегате для страховки максимальный ток ограничен на уровне 80 Ампер.

Силовой трансформатор

Так как сварочный аппарат планировался на небольшой выходной ток в районе 80 ампер, трансформатор покажется маленьким, но его хватает, хотя и работает он почти на пределе своих возможностей.

Схема однотактная и между половинками сердечника нужен немагнитный зазор 0,1-0,2мм, такой зазор без проблем можно сделать если использовать сердечник из двух половинок, например Ш-образный. Но проблема заключалась в том, что у меня в наличии не было такого сердечника с необходимой габаритной мощностью, единственные более менее хорошие сердечники были колцевого типа размером 47х26,5х15,5мм. Такой сердечник отлично будет работать в двухтактной схеме, в однотактной же нужен зазор.

Сначала делаем разметки, затем пилим сердечник, не полностью, пол миллиметра сполна хватит.

Далее устанавливаем сердечник на деревянные бруски примерно так, как это показано, по центру на месте пропила ставим металлический прут и аккуратно, но сильно бьем по нему молотком. В итоге получаем две ровные половинки. Далее берем чек от банкомата, нарезаем две полоски и приклеиваем на одну из половинок с помощью суперклея, клея много не надо.

Стягиваем половинки сердечника например каптоновым скотчем. В целом данный сердечник имеет изоляцию в виде краски, но дополнительная изоляция не будет лишней.

После мотаем первичную обмотку, в моем случае для намотки использован провод 1,2мм, расчет производился по программе, естественно в случае иных сердечников получим иные намоточные данные, поэтому количество витков указывать не вижу смысла. В данной схеме очень важно солблюдать начало намотки, на схеме они указаны точками, поэтому после намотки каждой из обмоток начала намотки желательно промаркировать.

Витки равномерно растянуты по всему кольцу, после намотки ставим изоляцию и мотаем фиксирующую обмотку.

Количество витков тоже самое, что и в случае первичной обмотки, но провод естественно тоньше, я использовал провод 0,3мм.

Мотать нужно так, чтобы витки фиксирующей обмотки находились между витками первичной обмотки.

После намотки фиксирующей обмотки опять ставим изоляцию и мотаем вторичную обмотку из 80 параллельных жил проводом 0,22мм. Жгут дополнительно изолирован каптоновым скотчем.

Трансформатор тока намотан на небольшом кольцевом ферритовом магнитопроводе, проницаемость сердечника 2400.

Сначала сердечник был изолирован каптоновым скотчем, затем намотана вторичная обмотка. Количество витков около 80, для намотки был использован провод с диаметром 0,24мм. Обмотка равномерно растянута по всему кольцу. Вторичная обмотка один виток двойным проводом по 1,2мм.

Для выходного дросселя в качестве сердечника взят тор размером 38,8х21х11,4 мм из порошкового железа. Кольцо имеет зелено синий окрас, специально предназначено для работы в качестве выходного дросселя.

Для намотки был использован жгут из 80 жил изолированных друг от друга проводов с диаметром 0,22мм каждая жила, то есть точно тоже самое, что и в случае вторичной обмотки трансформатора.

Индуктивность дросселя получилась около 35 микрогенри и этого мало, желательно индуктивность сделать в районе от 80 до 120 мкГн.

Выводы обмотки дросселя были очищены от лака, залужены.

Несколько слов о комплектующих

Реле в схеме плавного пуска полноразмерное 30-и амперное, как у больших инверторов, хотя плату изначально разрабатывал для установки более компактного реле.

Силовой IGBT транзистор, диоды в высоковольтной цепи преобразователя те, что по схеме, никаких отклонений.

В выходном выпрямителе использованы быстродействующие диодные сборки STTH6003. В одной такой сборке 2 диода с током в 30 ампер, катод общий, аноды также включены параллельно, в итоге получаем аналог 60-и амперного диода, обратное напряжение сборки 300 вольт.

Сборки установлены на общий радиатор, подложки не изолированы, т.к. катоды общие, выходной плюс снимается с радиатора.

Резистор в цепи плавного пуска на 5-10 ватт, сопротивление 10-30 Ом.

Дежурный блок питания

Это готовый источник питания универсального типа, который куплен на али и предназначен для работы в индукционных плитах в качестве дежурки, мощностью около 7 ватт.

Он выдает три напряжения: 5 вольт, 12 вольт и 18 вольт. Выходные напряжения задаются стабилитроном на 18 вольт. Этот стабилитрон я заменил на 24-х вольтовый, выкинул цепь 5 вольт, заменил некоторые конденсаторы на выходе на более высоковольтные и в итоге дежурка стала выдавать два напряжения: 15 вольт и 24 вольта.

Первое напряжение нужно для питания вентилятора, он у меня на 12 вольт, второе напряжение питает управление и реле. Такая дежурка имеет плавный пуск, защиту от коротких замыканий, построена всего на одной микросхеме.

Радиаторы охлаждения взяты от компьютерных блоков питания, с учетом наличия активного охлаждения и максимального тока сварки их хватает.

После сборки аппарат заработал сразу, без каких-либо отклонений. Первый запуск делался через страховочную лампу на 100 ватт, на осциллографе форма импульсов на всех обмотках правильная, напряжение холостого хода около 60Вольт.

Проверяем работу системы ограничения тока. Для начала ставим регулятор тока на минимум, цепляемся осциллографом на затвор силового транзистора и делаем короткое замыкание на выходе, видим, что длительность управляющих импульсов резко уменьшается, ток ограничивается, если этого не происходит, меняем местами начало и конец вторичной обмотки токового трансформатора.

Силовые дорожки на печатной плате дополнительно армированы медными лентами.

Выходные клеммы от мощного преобразователя 12-220 Вольт.

Для надёжности трансформаторы, дроссель и пара вертикальных плат были дополнительно приклеены к материнской плате с помощью эпоксидной смолы.

На балласте инвертор выдал честные 80 ампер, минимальный ток сделал в районе 20 ампер, при этом имеем уверенный розжиг дуги. Благодаря малому значению минимального тока можно сваривать даже тонкую жесть.

bamian Куратор с. Казинка, Липецкая область 1007 854

Посл. ред. 25 Сент. 17, 06:44 от bamian

BogAD Кандидат наук Красногорск - Белово 366 173

bamian Куратор с. Казинка, Липецкая область 1007 854

В архиве проект в Протеусе, hex файл для имитации работы, два скетча один для русифицированного дисплея, а другой для латиницы. bamian, 23 Сент. 17, 01:16

2908969 Кандидат наук Краснокаменск-Москва 406 228

Читайте также: