Точково-іскровий зварювальний апарат для ювелірних робіт своїми руками
Нещодавно ремонтував точково-іскровий зварювальний апарат Ding Xing Jewelry Machine і після того, як повернув його господареві, вирішив зібрати собі такий же. Природно, з заміною частини оригінальних комплектуючих на те, що є «в тумбочці».
Принцип роботи апарату досить простий - на конденсаторі C5 (рис.1) накопичується така кількість енергії, що при відкриванні транзистора Q9 її вистачає, щоб в місці зварювання точково розплавити метал.
З трансформатора харчування Tr1 напруга 15 В після випрямлення, фільтрації і стабілізації надходить на ті частини схеми, що відповідають за управління характеристиками зварювального імпульсу (тривалість, ток) і створення високовольтного «підпалює» імпульсу. Напруга 110 В після випрямлення заряджає конденсатор С5, який (при натисканні на педаль) розряджається в точку зварювання через силовий транзистор Q8 і через вторинну обмотку трансформатора Tr2. Цей трансформатор спільно з вузлом на транзисторах Q5 і Q8 створюють на висновках вторинної обмотки високовольтний імпульс, що пробиває повітряний проміжок між зварювальним електродом (вольфрамової голкою, червоний висновок) і зварюються деталями, підключеними до чорного висновку. Це, швидше за все, необхідно для хімічно чистої зварювання ювелірних виробів (вольфрам досить тугоплавкий метал).
рис.1
Частина схеми на елементах R1, C1, D1, D2, R2, Q1, R3, Q2, K1 і D5 забезпечує короткочасне включення реле К1 на час близько 10 мс, залежне від швидкості заряду конденсатора С1 через резистор R1. Реле через контакти К1.1 подає стабілізоване напруга живлення +12 В на два вузла. Перший, на елементах C8, Q5, R15, R16, Q8, R18, R20 і Tr2 - це вже згаданий генератор високовольтного «підпалює» імпульсу. Другий вузол на R5, C2, R6, D6, D7, R9, C4, R10, Q3, R12, Q4, R13, R14, Q6, R24, Q7, R17, R21, D8, R22, Q9 і R23 - генератор одиночного зварювального імпульсу, регульованого резисторами R6 по тривалості (1 ... 5 мс) і R17 по току. На транзисторі Q3 зібраний, власне, сам генератор імпульсу (принцип роботи як і на включення реле), а транзистори Q6 і Q7 - це складовою емітерний повторювач, навантаженням якого є силовий ключ на транзисторі Q9. Низькоомним резистор R23 - датчик сили зварювального струму, напруга з нього проходить через регульований дільник R22, R17, R14 і відкриває транзистор Q4, який зменшує напругу відкривання вихідного транзистора Q9 і цим обмежує протікає струм. Параметри регулювання струму точно визначити не вдалося, але розрахунковий верхня межа не більше 150 А (визначається внутрішнім опором транзистора Q9, опорами вторинної обмотки Tr2, резистора R23, монтажних провідників і місць пайки).
Польовий транзистор Q8 зібраний з чотирьох IRF630, включених паралельно ( в оригінальній схемі варто один IRFP460). Силовий транзистор Q9 складається з десяти FJP13009, також включених «паралельно» (в оригінальній схемі стоять два IGBT транзистора). Схема «запаралелювання» показана на рис.2 і крім транзисторів містить в собі елементи R21, D8, R22 і R23 кожні для свого транзистора (рис.3).
рис.2
рис.3
Низькоомні резистори R20 і R23 виконані їх ніхромового дроту діаметром 0,35 мм. На рис.4 і рис.5 показано виготовлення і кріплення резисторів R23.
рис.4
рис.5
Друковані плати в форматі програми Sprint-Layout розвів (рис.6 і рис.7), але займатися їх виготовленням за технологією ЛУТ не став, а просто вирізав на фольгированном текстоліті доріжки і «п'ятачки» (видно на рис.8). Розміри друкованих плат 100х110 мм і 153х50 мм. Контактні з'єднання між ними виконані короткими і товстими провідниками.
рис.6
рис.7
Трансформатор харчування Tr1 «зроблений» з трьох різних трансформаторів, первинні обмотки яких включені паралельно, а вторинні послідовно для отримання потрібного вихідного напруги.
Сердечник імпульсного трансформатора Tr2 набраний з чотирьох феритових сердечників малих трансформаторів від старих «кінескопів» моніторів. Первинна обмотка намотана проводом ПЕЛ (ПЕВ) діаметром 1 мм і має 4 витка. Вторинна обмотка намотана дротом в ПВХ ізоляції з діаметром жили 0,4 мм. Кількість витків в останньому варіанті намотування - 36, тобто коефіцієнт трансформації дорівнює 9 (в оригінальній схемі застосовувався трансформатор з Ктр. = 11). «Початок-кінець» однією з обмоток треба скоммутіровать так, щоб вихідний негативний імпульс на червоному виведення апарату виникав після закриття польового транзистора Q8. Це можна перевірити дослідним шляхом - при правильному підключенні іскра «потужніше».
Елементи R19, C10 є демпфирующей антирезонансним ланцюжком (снаббер), а таке включення діода D9 забезпечує на червоному виведення зварювального апарату негативну півхвилю високовольтного «підпалює» імпульсу і захищає транзистор Q9 від пробою високою напругою.
Накопичувальний конденсатор С5 складений з 30 електролітичних конденсаторів різної ємності (від 100 до 470 мкФ, 200 В), включених паралельно. Їх загальна ємність - близько 8700 мкФ (в оригінальній схемі застосовані 4 конденсатора по 2200 мкФ). Щоб обмежити зарядний струм конденсаторів, в схемі варто резистор R8 NTC 10D-20. Для контролю струму використовується стрілочний індикатор, підключений до шунт R7.
Апарат був зібраний в комп'ютерному корпусі розмірами 370х380х130 мм. Всі плати і інші елементи закріплені на шматку товстої фанери відповідного розміру. Фото розташування елементів під час налаштування на рис.8. В остаточному варіанті з передньої панелі був прибраний шунт R7 і стрілочний індикатор струму (рис.9). Якщо ж індикатор потрібно ставити в апарат, то опір резистора R7 доведеться підбирати по робочому струму використовуваного індикатора.
рис.8
рис.9
Збірку і настройку апарату краще проводити послідовно і поетапно. Спочатку перевіряється робота трансформатора харчування Tr2 разом з випрямлячами D3, D4, конденсаторами С3, С5, С9, стабілізатором VR1 і конденсаторами С6 і С7.
Потім зібрати схему включення реле К1 і підбором ємності конденсатора С1 або опору резистора R1 домогтися сталого спрацювання реле на час близько 10-15 мс при замиканні контактів на педалі.
Після цього можна зібрати вузол високовольтного «підпалює» імпульсу і, піднісши висновки вторинної обмотки один до одного на відстань часток міліметра, перевірить, проскакує між ними іскра під час спрацьовування реле К1. Добре б ще переконатися, що її тривалість лежить в межах 0,3 ... 0,5 мс.
Потім зібрати решту схеми управління (ту, що нижче R9 по рис.1), але до колектора транзистора Q9 підключити не трансформатор Tr2, а резистор опором 5-10 Ом. Другий висновок резистора припаяти до плюсового висновку конденсатора С9. Включити схему і переконатися, що при натисканні педалі на цьому резисторі з'являються імпульси тривалістю від 1 до 5 мс. Щоб перевірити роботу регулювання по струму, потрібно буде або збирати високовольтну частину апарату або, збільшивши опір R23 до декількох Ом, подивитися, чи змінюється тривалість і форма імпульсу струму, що протікає через Q9. Якщо змінюється - це значить, що захист працює.
Можливо, що знадобиться підбір номіналів резистора R9 і конденсатора C4. Справа в тому, що для того, щоб повністю «відкрити» транзистори Q9.1-Q9.10, потрібен чималий струм, який пропускає через себе Q7. Відповідно, рівень напруги живлення на конденсаторі С4 починає «просаджувати», але цього часу повинно вистачати, щоб провести зварювання. Зайве велике збільшення ємності конденсатора C4 може привести до уповільнення появи харчування в вузлі, а відповідно, до затримки по часу зварювального імпульсу щодо «підпалює». Кращим виходом з цієї ситуації є зменшення керуючого струму, тобто заміна десяти транзисторів 13007 на два-три потужних IGBT. Наприклад, IRGPS60B120 (1200 В, 120 А) або IRG4PSC71 (600 В, 85 А). Ну, тоді є сенс і в установці "рідного" транзистора IRFP460 в вузлі, що формує високовольтний «підпалює» імпульс.
Не скажу, що апарат виявився дуже потрібним в господарстві :-), але за минулі три тижні було приварено всього кілька провідників і резисторів до пелюсток електролітичних конденсаторів при виготовлення блоку живлення і зроблено кілька «показових виступів» для допитливих глядачів. У всіх випадках в якості електрода використовувалася мідна оголена міліметрова дріт.
Нещодавно провів "доопрацювання" - замість педалі поставив кнопку на передній панелі і додав індикацію включення апарату (звичайна лампочка розжарювання, підключена до обмотці з відповідним напругою одного з трансформатора).
Андрій Гольцов, r9o-11, м Іскітім, лютий-березень 2015
список радіоелементів
Позначення Тип Номінал Кількість Примітка Магазин Мій блокнот Q1, Q5 Біполярний транзистор
КТ3102
2 Пошук в Utsource В блокнот Q2, Q3, Q4 Біполярний транзистор
КТ503Б
3 Пошук в Utsource В блокнот Q6 Біполярний транзистор
КТ817В
1 Пошук в Utsource В блокнот Q7 Біполярний транзистор
FJP13007
1 Пошук в Utsource В блокнот Q8 MOSFET-транзистор
IRF630
4 см. Текст Пошук в Utsource В блокнот Q9 Біполярний транзистор
FJP13009
10 см. Текст Пошук в Utsource В блокнот VR1 Лінійний регулятор
LM7812
1 Пошук в Utsource В блокнот D1, D2, D5-D7 Випрямляючий діод
1N4148
5 Пошук в Utsource В блокнот D3, D4 Випрямний міст PBL405 2 Пошук в Utsource В блокнот D8 Випрямляючий діод
FR152
10 см. Текст Пошук в Utsource В блокнот D9 Випрямляючий діод FUF5407 1 Пошук в Utsource В блокнот R1 Резистор
4.7 кОм
1 МЛТ-0,25 Пошук в Utsource В блокнот R2, R3, R10 Резистор
20 кОм
3 МЛТ-0,25 Пошук в Utsource В блокнот R4 Резистор
100 Ом
1 МЛТ-2 Пошук в Utsource В блокнот R5, R16 Резистор
51 Ом
2 МЛТ-0,25 Пошук в Utsource В блокнот R6 Змінний резистор 10 кОм 1 Пошук в Utsource В блокнот R7 Резистор
0.1 Ом
1 см. Текст Пошук в Utsource В блокнот R8 Резистор NTC 10D-20 1 Пошук в Utsource В блокнот R9, R19 Резистор
10 Ом
2 МЛТ-0,5 Пошук в Utsource В блокнот R11 Резистор
33 ком
1 МЛТ-2 Пошук в Utsource В блокнот R12, R13, R15 Резистор
1 кОм
3 МЛТ-0,25 Пошук в Utsource В блокнот R14 Резистор
15 Ом
1 МЛТ-0,25 Пошук в Utsource В блокнот R18, R24 Резистор
100 Ом
2 МЛТ-0,25 Пошук в Utsource В блокнот R20 Резистор
0.05 Ом
1 см. Текст Пошук в Utsource В блокнот R21, R22 Резистор
15 Ом
20 см. Текст Пошук в Utsource В блокнот R23 Резистор 0.25 10 см. Текст Пошук в Utsource В блокнот С1 Конденсатор електролітичний 33 мкФ 1 Пошук в Utsource В блокнот С2 Конденсатор 1 мкФ 1 Пошук в Utsource В блокнот С3, С7, С9 Конденсатор електролітичний 2200 мкФ 35 В 3 Пошук в Utsource В блокнот С4, С6 Конденсатор електролітичний 10 мкФ 16 В 2 Пошук в Utsource В блокнот С5 Конденсатор електролітичний 8800 мкФ 200 В 1 см.текст Пошук в Utsource В блокнот С8, С11, С12 Конденсатор 100 нФ 3 Пошук в Utsource В блокнот С10 Конденсатор 5.6 нФ 1.6 кВ 1 Пошук в Utsource В блокнот K1 Реле TRIL-12VDC-FB-CM 1 Пошук в Utsource В блокнот Tr1 Трансформатор силовий 220/110/15 1 см.текст Пошук в Utsource В блокнот Tr2 Трансформатор імпульсний Ктр. = 10 1 см.текст Пошук в Utsource В блокнот Додати все
Завантажити список елементів (PDF)
