Главная » Автоматика в быту
Призовой фонд
на октябрь 2020 г.
1. 1500 руб
Сайт Паяльник
2. Тестер компонентов MG328
Сайт Паяльник

Точечно-искровой сварочный аппарат для ювелирных работ своими руками

Недавно ремонтировал точечно-искровой сварочный аппарат Ding Xing Jewelry Machine и после того, как вернул его хозяину, решил собрать себе такой же. Естественно, с заменой части оригинальных комплектующих на то, что есть «в тумбочке».  

Принцип работы аппарата достаточно простой – на конденсаторе C5 (рис.1) накапливается такое количество энергии, что при открывании транзистора Q9 её хватает, чтобы в месте сварки точечно расплавить металл.

С трансформатора питания Tr1 напряжение 15 В после выпрямления, фильтрации и стабилизации поступает на те части схемы, что отвечают за управление характеристиками сварочного импульса (длительность, ток) и создания высоковольтного «поджигающего» импульса. Напряжение 110 В после выпрямления заряжает конденсатор С5, который (при нажатии на педаль) разряжается в точку сварки через силовой транзистор Q8 и через вторичную обмотку трансформатора Tr2. Этот трансформатор совместно с узлом на транзисторах Q5 и Q8 создают на выводах вторичной обмотки высоковольтный импульс, пробивающий воздушный промежуток между сварочным электродом (вольфрамовой иглой, красный вывод) и свариваемыми деталями, подключенными к чёрному выводу. Это, скорее всего, необходимо для химически чистой сварки ювелирных изделий (вольфрам достаточно тугоплавкий металл).

Схема принципиальная
Рис.1

Часть схемы на элементах R1, C1, D1, D2, R2, Q1, R3, Q2, K1 и D5 обеспечивает кратковременное включение реле К1 на время около 10 мс, зависящее от скорости заряда конденсатора С1 через резистор R1. Реле через контакты К1.1 подаёт стабилизированное напряжение питания +12 В на два узла. Первый, на элементах C8, Q5, R15, R16, Q8, R18, R20 и Tr2 – это уже упомянутый генератор высоковольтного «поджигающего» импульса. Второй узел на R5, C2, R6, D6, D7, R9, C4, R10, Q3, R12, Q4, R13, R14, Q6, R24, Q7, R17, R21, D8, R22, Q9 и R23 – генератор одиночного сварочного импульса, регулируемого резисторами R6 по длительности (1…5 мс) и R17 по току. На транзисторе Q3 собран, собственно, сам генератор импульса (принцип работы как и на включение реле), а транзисторы Q6 и Q7 – это составной эмиттерный повторитель, нагрузкой которого является силовой ключ на транзисторе Q9. Низкоомный резистор R23 - датчик силы сварочного тока, напряжение с него проходит через регулируемый делитель R22, R17, R14 и открывает транзистор Q4, который уменьшает напряжение открывания выходного транзистора Q9 и этим ограничивает протекающий ток. Параметры регулировки тока точно определить не удалось, но расчётный верхний предел не более 150 А (определяется внутренним сопротивлением транзистора Q9, сопротивлениями вторичной обмотки Tr2, резистора R23, монтажных проводников и мест пайки).

Полевой транзистор Q8 собран из четырёх IRF630, включенных параллельно (в оригинальной схеме стоит один IRFP460). Силовой транзистор Q9 состоит из десяти FJP13009, также включенных «параллельно» (в оригинальной схеме стоят два IGBT транзистора). Схема «запараллеливания» показана на рис.2 и кроме транзисторов содержит в себе элементы R21, D8, R22 и R23 каждые для своего транзистора (рис.3).


Рис.2


Рис.3

Низкоомные резисторы R20 и R23 выполнены их нихромовой проволоки диаметром 0,35 мм. На рис.4 и рис.5 показано изготовление и крепёж резисторов R23.


Рис.4


Рис.5

Печатные платы в формате программы Sprint-Layout развёл (рис.6 и рис.7), но заниматься их изготовлением по технологии ЛУТ не стал, а просто вырезал на фольгированном текстолите дорожки и «пятачки» (видно на рис.8). Размеры печатных плат 100х110 мм и 153х50 мм. Контактные соединения между ними выполнены короткими и толстыми проводниками.


Рис.6


Рис.7

Трансформатор питания Tr1 «сделан» из трёх разных трансформаторов, первичные обмотки которых включены параллельно, а вторичные последовательно для получения нужного выходного напряжения.

Сердечник импульсного трансформатора Tr2 набран из четырёх ферритовых сердечников строчных трансформаторов от старых «кинескопных» мониторов. Первичная обмотка намотана проводом ПЭЛ (ПЭВ) диаметром 1 мм и имеет 4 витка. Вторичная обмотка намотана проводом в ПВХ изоляции с диаметром жилы 0,4 мм. Количество витков в последнем варианте намотки – 36, т.е. коэффициент трансформации равен 9 (в оригинальной схеме применялся трансформатор с Ктр.=11). «Начало-конец» одной из обмоток надо скоммутировать так, чтобы выходной отрицательный импульс на красном выводе аппарата возникал после закрытия полевого транзистора Q8. Это можно проверить опытным путём – при правильном подключении искра «мощней».

Элементы R19, C10 являются демпфирующей антирезонансной цепочкой (снаббер), а такое включение диода D9 обеспечивает на красном выводе сварочного аппарата отрицательную полуволну высоковольтного «поджигающего» импульса и защищает транзистор Q9 от пробоя высоким напряжением.

Накопительный конденсатор С5 составлен из 30 электролитических конденсаторов разной ёмкости (от 100 до 470 мкФ, 200 В), включенных параллельно. Их общая ёмкость – около 8700 мкФ (в оригинальной схеме применены 4 конденсатора по 2200 мкФ). Чтобы ограничить зарядный ток конденсаторов, в схеме стоит резистор R8 NTC 10D-20. Для контроля тока используется стрелочный индикатор, подключенный к шунту R7.

Аппарат был собран в компьютерном корпусе размерами 370х380х130 мм. Все платы и другие элементы закреплены на куске толстой фанеры подходящего размера. Фото расположения элементов во время настройки на рис.8. В окончательном варианте с передней панели был убран шунт R7 и стрелочный индикатор тока (рис.9). Если же индикатор нужно ставить в аппарат, то сопротивление резистора R7 придётся подбирать по рабочему току используемого индикатора.


Рис.8


Рис.9

Сборку и настройку аппарата лучше производить последовательно и поэтапно. Сначала проверяется работа трансформатора питания Tr2 вместе с выпрямителями D3, D4, конденсаторами С3, С5, С9, стабилизатором VR1 и конденсаторами С6 и С7.

Затем собрать схему включения реле К1 и подбором ёмкости конденсатора С1 или сопротивления резистора R1 добиться устойчивого срабатывания реле на время около 10-15 мс при замыкании контактов на педали.

После этого можно собрать узел высоковольтного «поджигающего» импульса и, поднеся выводы вторичной обмотки друг к другу на расстояние долей миллиметра, проверит, проскакивает ли между ними искра во время срабатывания реле К1. Хорошо бы ещё убедиться, что её длительность лежит в пределах 0,3…0,5 мс.

Потом собрать остальную часть схемы управления (ту, что ниже R9 по рис.1), но к коллектору транзистора Q9 подключить не трансформатор Tr2, а резистор сопротивлением 5-10 Ом. Второй вывод резистора припаять к плюсовому выводу конденсатора С9. Включить схему и убедиться, что при нажатии педали на этом резисторе появляются импульсы длительностью от 1 до 5 мс. Чтобы проверить работу регулировки по току, нужно будет или собирать высоковольтную часть аппарата или, увеличив сопротивление R23 до нескольких Ом, посмотреть, меняется ли длительность и форма импульса тока, протекающего через Q9. Если меняется – это значит, что защита работает.

Возможно, что понадобится подбор номиналов резистора R9 и конденсатора C4. Дело в том, что для того, чтобы полностью «открыть» транзисторы Q9.1-Q9.10, нужен достаточно большой ток, который пропускает через себя Q7. Соответственно, уровень напряжения питания на конденсаторе С4 начинает «просаживаться», но этого времени должно хватать, чтобы провести сварку. Излишне большое увеличение ёмкости конденсатора C4 может привести к замедленному появлению питания в узле, а соответственно, к задержке по времени сварочного импульса относительно «поджигающего». Лучшим выходом из этой ситуации является уменьшение управляющего тока, т.е. замена десяти транзисторов 13007 на два-три мощных IGBT. Например, IRGPS60B120 (1200 В, 120 А) или IRG4PSC71 (600 В, 85 А). Ну, тогда есть смысл и в установке "родного" транзистора IRFP460 в узле, формирующем высоковольтный «поджигающий» импульс.

Не скажу, что аппарат оказался очень нужным в хозяйстве :-), но за прошедшие три недели было приварено всего несколько проводников и резисторов к лепесткам электролитических конденсаторов при изготовление блока питания и сделано несколько «показательных выступлений» для любознательных зрителей. Во всех случаях в качестве электрода использовалась медная оголённая миллиметровая проволока.

Недавно провёл "доработку" - вместо педали поставил кнопку на передней панели и добавил индикацию включения аппарата (обыкновенная лампочка накаливания, подключенная к обмотке с подходящим напряжением одного из трансформатора).

Андрей Гольцов, r9o-11, г. Искитим, февраль-март 2015

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
Q1, Q5 Биполярный транзистор
КТ3102
2 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
Q2, Q3, Q4 Биполярный транзистор
КТ503Б
3 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
Q6 Биполярный транзистор
КТ817В
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
Q7 Биполярный транзистор
FJP13007
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
Q8 MOSFET-транзистор
IRF630
4 см. текстПоиск в магазине ОтронВ блокнот
Q9 Биполярный транзистор
FJP13009
10 см. текстПоиск в магазине ОтронВ блокнот
VR1 Линейный регулятор
LM7812
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
D1, D2, D5-D7 Выпрямительный диод
1N4148
5 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
D3, D4 Выпрямительный мостPBL4052 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
D8 Выпрямительный диод
FR152
10 см. текстПоиск в магазине ОтронВ блокнот
D9 Выпрямительный диодFUF54071 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R1 Резистор
4.7 кОм
1 МЛТ-0,25Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R2, R3, R10 Резистор
20 кОм
3 МЛТ-0,25Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R4 Резистор
100 Ом
1 МЛТ-2Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R5, R16 Резистор
51 Ом
2 МЛТ-0,25Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R6 Переменный резистор10 кОм1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R7 Резистор
0.1 Ом
1 см. текстПоиск в магазине ОтронВ блокнот
R8 РезисторNTC 10D-201 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R9, R19 Резистор
10 Ом
2 МЛТ-0,5Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R11 Резистор
33 кОм
1 МЛТ-2Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R12, R13, R15 Резистор
1 кОм
3 МЛТ-0,25Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R14 Резистор
15 Ом
1 МЛТ-0,25Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R18, R24 Резистор
100 Ом
2 МЛТ-0,25Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R20 Резистор
0.05 Ом
1 см. текстПоиск в магазине ОтронВ блокнот
R21, R22 Резистор
15 Ом
20 см. текстПоиск в магазине ОтронВ блокнот
R23 Резистор0.2510 см. текстПоиск в магазине ОтронВ блокнот
С1 Конденсатор электролитический33 мкФ1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
С2 Конденсатор1 мкФ1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
С3, С7, С9 Конденсатор электролитический2200 мкФ 35 В3 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
С4, С6 Конденсатор электролитический10 мкФ 16 В2 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
С5 Конденсатор электролитический8800 мкФ 200 В1 см.текстПоиск в магазине ОтронВ блокнот
С8 ,С11, С12 Конденсатор100 нФ3 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
С10 Конденсатор5.6 нФ 1.6 кВ1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
K1 РелеTRIL-12VDC-FB-CM1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
Tr1 Трансформатор силовой220/110/151 см.текстПоиск в магазине ОтронВ блокнот
Tr2 Трансформатор импульсныйКтр.=101 см.текстПоиск в магазине ОтронВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 11
Я собрал 0 4
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 4.5 Проголосовало: 4 чел.

Комментарии (106) | Я собрал (0) | Подписаться

0
george-yanov #
Да, собрал. Много чего переделал.
Давно собираю. Мне он как-то без особой надобности. Но идея мне понравилась.
Питание: использовал БП от тв Panasonic, вырезал из моноплаты. Там же использовал элементы SMD для схемы управления (там же было и реле). Где-то что-то удалил, что-то добавил, обрезал, скомутировал. В общем много места не заняло. За то, целый набор напряжений от 5в. до 150. R8 поставил 100 ом 2вт, чтобы не перегружать импульсник. После каждого разряда, зарядка пару сек. Амперметр хоть табло на 50А, отградуирован на 2А - видна зарядка.
Высоковольтная часть на IRFP460 с тиристором. Работает без проблем, ничего не выбивает. Сердечник трансформатора как и у автора, первая 6 витков, вторая за 50, сбился со счётом, мотал до заполнения. Здесь коэффициент трансформации по моему особо не влияет, важно чтобы сердечник вошёл в насыщение и была резкая отсечка тока, самоиндукция сделает всё остальное.
С выходом пришлось повозиться. Какие-то IGBT были - поставил, сразу вылетели. Попробовал IRFP460 при меньшей (4000) ёмкости конденсаторов. Пошло хорошо. Ждал когда придут из Китая. Вроде заработало, но иногда по одному транзистору выбивало (было 6). Решил поставить мощные IGBT FGH80N60. Ждал когда придут. Поставил: - ещё хуже чем IRFP460, буквально сразу вылетели, да и разряд был очень слабым. В общем зря деньги потратил и время.
Хоть бросай.
Однако пришла мысль - поставить вместо транзисторов реле. Поставил 2 реле (24v AC R2) с двумя группами контактов с искрогасящей RC цепочкой.
На удивление всё заработало. Правда на малой длительности реле не успевало срабатывать. Увеличил С2 до 2мкф, R6 изначально 68к.Напряжение с К1,1 29в для более четкого срабатывания реле. Диапазон регулирования стал от 3,5мс до 15мс. На R23 импульс 8в, на обратную связь нормально.
Конечно можно было бы заказать IXFB110N60P3 (110А, 1890вт) пару штук, но они стоят по 15$ и будет обидно и досадно... Да и эксперименты уже надоели.
Прикрепленный файл: sch.JPG
Ответить
0
Андрей Ч. #
IGBT транзисторы в этой схеме работать не будут. Видимо автор ввел читателей в заблуждение своим предположением о том, что можно биполяры заменить на IGBT. Но изначально в схеме стояли биполярные. И у него в работе применяются биполярные...

Дело в том, что основные транзисторы работают в линейном режиме в момент ограничения тока. И прямая замена BJT на IGBT в этой схеме приведет к тому, что при одинаковом напряжении на затворах IGBT токи через параллельные ключи будут течь разные вплоть до того, что один транзистор окажется полностью открытым, а второй - закрытым(или слегка приоткрытым). Открытый не выдержит через себя тока в сотни ампер и сдохнет. Что у Вас и наблюдается.
Кроме того, IGBT имеют нехорошую особенность при работе в линейном режиме - они начинают пропускать через себя тем больше тока, чем выше температура кристалла (или его участка), что приводит к протеканию большей части тока через узкий участок кристалла. В итоге кристалл перегревается в одном узком месте и транзистор выгорает. Потому IGBT не совсем подходят для применения в линейных стабилизаторах тока.
Как собственно и MOSFET.

Но если очень хочется, то нужно переделывать схему, применяя по хорошему, драйвер для управления затворами. И для каждого!!! применяемого IGBT (или MOSFET) нужно ставить свою отдельную цепочку ограничения тока на: Q4, R14, R17, R22, R23. При этом R17 должны управляться одной ручкой(резистор на 2 и более параллельных каналов). А на 100 Ом таких резисторов днем с огнем, как говорится...
Ответить
0
Дмитрий #
Хочу тоже собрать такой аппарат. Кто нибудь собрал уже? Есть видео его работы?Хотелось бы немного по мощней. Кто собрал хотелось бы обсудить вопрос по поводу увеличению мощности или кто знает подскажите.
Ответить
0
Андрей #
Очень интересное изделие. А случайно фотографий получающегося шва нет? Любопытно глянуть.
Ответить
0
pavyan #
Доброе утро!
Прежде всего, большое спасибо автору за оба описания - это действительно большая и ценная работа. Если можно, у меня есть несколько вопросов - извините, я использую гугл-переводчик.
1. Транзистор Q9
Если ВАША версия сварочного аппарата будет построена, будет ли здесь лучше использовать IGBT (дешевле при сопоставимых максимальных токах?) или MOS (дороже, но может быть быстрее?). Поскольку китайцы здесь использовали Toshiba MOS 2SK3132, может быть, это оправдано?
Я нашел два типа MOS, которые, вероятно, подходят для замены оригинальной TOSHIBA 2SK3132 - это IXFX78N50P3 500V / 78A, 68mOhm. В нем больше ток, это хорошо - и цена пока приемлемая, ~ 9 долларов. Второй - IXFQ60N50P3, 500V / 60A, 6 долларов. Оба имеют встроенный защитный диод.
Но на всякий случай я также выбрал несколько IGBT, с гораздо более высоким током и по хорошей цене (лучший - IXXH150N60C3, 600V/150A, 6$; другие более дешевые имеют токи от 74 до 100 А). IGBT не имеют встроенных защитных диодов - их нужно использовать (?).
В обоих вышеупомянутых случаях (MOS или IGBT) достаточно двух параллельно соединенных частей.
С сильноточными МОS или IGBT я пока не работал - не знаю специфики таких элементов, я не инженер силовой электроники.

2. Я собираюсь использовать в схеме конденсаторы 1500uФ / 250V / 85 C, NIPPON CHEMI-CON SMH, 6 или 8 штук (9-12 мФ) Они кажутся подходящими. Я прав?

3. Правильно ли работает схема триггера авторской разработки (высокого напряжения)? Но не безопаснее ли реализовать это на тиристоре MCR100-6, как в оригинальной конструкции?

4. Важный вопрос для автора: Правильно ли нарисована оригинальная диаграмма и можно ли строго на ней опираться? Можно ли его безопасно скопировать? Я говорю об этом описании: https://cxem.net/remont/remont69.php
Единственное изменение - замена транзисторов Q9 (MOS 2SK3132) на «более сильные». И второй - возможно, - использование двух СОЕДИНЕННЫХ потенциометров R17 на 100 Ом, то есть двух независимых схем стабилизации/регулирования сварочного тока, так что каждый транзистор (Q9.1 и Q9.2) имеет свою собственную схему защиты.
С уважением, Павел.
Ответить
«12
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется напряжение?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Радиореле 220В
Радиореле 220В
Набор для сборки - УНЧ 2х60 Вт на TDA7294 ELM327 OBD II — адаптер с поддержкой CAN
вверх