Autorius: Šarūnas („circuit“)
Aut. teisės: Šarūnas
Įdėta: 2009-11-07
View automatic English translation

Kontaktinio suvirinimo aparatas

Šis straipsnis dar nebaigtas ir prašosi tvarkymo, tačiau jau galite bantyti skaityti. Jei žinote ką darote, galite pradėti gamintis jau dabar. Pradedančiuosius noriu įspėti, kad aparato valdiklis neturi galvaninio išrišimo nuo ~220 V tinklo, taigi būtina laikytis saugumo reikalavimų, taip pat rankomis neliesti jokių plikų laidų, įskaitant mygtuko laidus. Transformatoriaus išėjimo laidus su elektrodais liesti galima.

Kontaktinis suvirinimas, dar kitaip vadinamas taškiniu suvirinimu, naudojamas dviejų sąlyginai plonų metalo ruošinių suvirinimui. Dažniausiai kontaktinio suvirinimo ruošiniais būna plieno arba nikelio skarda arba viela. Kontaktinis suvirinimas pagrįstas sąlyginai didele kontakto tarp ruošinių varža: tarp ruošinių paleidžiama didelė elektros srovė, dėl kurios ruošiniai tiesiog susilydo tarpusavyje.

Rimti kontaktinio suvirinimo aparatai išėjime duoda nuolatinę srovę, taigi yra gana sudėtingi (naudojami galingi impulsiniai maitinimo šaltiniai) ir brangūs. Nors ir tai sipriai pagerina virinimo kokybę, paprastiems darbams pakanka ir primityvaus aparato, kurio išėjime yra paprasta 50 Hz sinusoidė. Toks aparatas padaromas iš paprasto, gana didelės galios transformatoriaus. Nors ir tuo galima būtų apsiriboti, yra labai sunku pataikyti reikalingą veikimo laiką: per trumpas srovės impulsas lemia blogą suvirinimą, o per ilgas — ruošinio perkaitinimą. Taip pat tokiu režimu dirbantis mechaninis jungiklis (kuris sujungia ~220 V tinklą su transformatoriumi) labai greitai susidėvi. Dėl to šiame projekte padarytas simistorinis transformatoriaus jungiklis, o tiksliam veikimo laiko valdymui panaudotas AVR šeimos mikrovaldiklis.

Komponentai

Aparatas susideda iš trijų pagrindinių dalių:

1. Valdiklio;
2. Transformatoriaus;
3. Elektrodų.

Valdiklis (elektroninis jungiklis) atsakingas už tikslų srovės impulso laiko valdymą. Aparato galia siekia kelis kW, taigi yra labai svarbu, kad srovė nebūtų įjungiama ar išjungiama ties tinklo įtampos sinusoidės viršūne, nes tai sukeltų dideles perkrovas elektros tinkle, taip pat tinklu ir į eterį išspinduliuotų stiprų elektromagnetinį impulsą, kuris gali pakenkti aplinkoje esančiai įrangai. Dėl šios priežasties valdiklis pasirūpina, kad transformatorius būtų įjungtas tik tuo momentu, kai momentinė tinklo įtampa yra lygi nuliui ("zero-cross"). Tinklo įtampos dažnis yra 50 Hz, taigi vienas sinusoidės pusperiodis trunka 10 ms. Tai yra minimalus laiko tarpas, kurį gali veikti suvirinimo aparatas. Valdiklyje įmontuotas aštuonių dalių mikro jungiklis, kuriuo 10 ms žingsniu nustatomas veikimo laikas. Jungiklio padetys atitinka dvejetainį kodą, taigi iš viso yra 256 (2⁸=256) impulso trukmės padalos. Rezultate gaunamas srovės impulso laikas nuo 10 ms iki 2,56 s. Laiko valdymą atlieka mikrovaldiklis ATtiny2313.

Projektas buvo daromas iš idėjos ir nenorėta į jį daug investuoti, taigi transformatorius buvo gautas dykai, o ankstesnis savininkas jį išėmė iš galingos mikrobangnės krosnelės. Pirminė apvija yra skirta ~220 V įtampai, taigi visiškai tiko. Dvi antrines apvijas teko pašalinti (žr. nuotraukas dešinėje).

Elektrodai yra labai svarbi kontaktinio suvirinimo aparato dalis, nes nuo jų stipriai priklauso virinimo taško kokybė ir naudojimosi patogumas. Labai svarbu, kad elektrodai būtų kuo laidesni elektros srovei: pagaminti iš kuo didesnio skerspjūvio ploto vario strypų. Transformatoriaus antrinės apvijos varža čia taip pat labai svarbi, nes, kuo didesnė visos grandinės varža, tuo mažesnė srovė gaunama išėjime. Dėl to yra svarbu daryti kuo trumpesnę grandinę.

Konstrukcija

Valdiklis surinktas vienpusėje spausdintinio montažo plokštėje: čia sumontuotas mikrovaldiklis, laiko nustatymo jungiklis, mikrovaldiklio maitinimo grandinė bei galingas simistorius (žr. nuotraukas dešinėje). Momentinė tinklo srovė gali pakilti net iki kelių dešimčių amperų, todėl plokštės takeliai, kuriais teka transformatoriaus pirminės apvijos srovė padaryti kaip įmanoma trumpesni ir pastorinti prilituojant 1,5 mm² varinę vielą. Plokštės vietos taupymo sumetimais, kai kurie panaudoti komponentai yra paviršinio montažo.

Valdiklio mikrovaldiklis maitinamas maždaug 4,7 V įtampa, kuri gaunama stabilitronu ribojant tinklo įtampą, kurios srovė nuosekliu kondensatoriumi apribota iki 5 mA. Toks sprendimas pašalina būtinybę mikrovaldiklio maitinimui naudoti atskirą transformatorių. Yra vienas trūkumas, bet apie tai vėliau.

Transformatoriaus antrinė suvyniota 20 mm² laidu: dvi lygiagrečios apvijos po 4 vijas, kurių galuose gaunama ~3,7 V įtampas ir 40 mm² bendras antrinės apvijos skerspjūvis. Šis laidas yra skirtas galingos automobilinės aparatūros jungimui, taigi ir kaina gan didelė. Man tai buvo skubus reikalas, taigi naudojau kas buvo po ranka. Jei gaminsitės ką nors panašaus, pasidomėkite alternatyvomis. Rekomenduočiau naudoti varinę šyną su plona izoliacija — galima bus privynioti daugiau vario ir gauti didesnę išėjimo srovę: čia jums padės elementarus Omo dėsnis: I=U/R; didesnei srovei gauti, reikia didinti išėjimo įtampą arba mažinti grandinės varžą, o abu šie variantai lemia vario kiekio didinimą. Tik turėkite mintyje, kad storą laidą vynioti ant neišrinktos transformatoriaus šerdies yra labai sunku, taigi gali tekti transformatorių išrinkti. Mikrobanginių krosnelių gamintojai stengiasi pagaminti kaip įmanoma pigesnį produktą, taigi transformatoriaus plokštelės yra tiesiog suvirintos tarpusavyje, taigi suvirinimo siūlę gali tekti išpjauti su kampiniu šlifuokliu — visos apvijos tiesiog nusimaus nuo šerdies.

Principinė elektrinė schema padaryta kaip įmanoma primityvesnė ir pigesnė. Žinoma, galima buvo atsisakyti mikrovaldiklio, bet su juo pasiekiamas žymiai stabilesnis ir funkcionalesnis veikimas.

Principinėje elektrinėje schemoje pavaizduota jungtis XP1 jungiama tiesiai į ~220 V tinklą (galima per jungiklį, bet jis turėtų laikyti bent jau 30 A srovę); XP2 — tiesiai į transformatoriaus pirminę apviją. Jungtis XP4 sujungiama su paprastu mygtuku, kurį nuspaudus trumpam įjungiamas transformatoriaus maitinimas. Šis laiko tarpas nustatomas jungikliu S1 pagal anksčiau aptartą sistemą. Jungtis XP3 yra skirta tik mikrovaldiklio programavimui ir suvirinimo aparato eksploatacijos metu yra visiškai nereikalinga, todėl jos galima iš vis nelituoti, o programavimo metu tiesiog prispausti programatoriaus laido kontaktus (AVR šeimos mikrovaldiklių programavimui tinkamą programatorių rasite šiame puslapyje). Šviesos diodas LED1 skirtas pasirengimo darbui indikacijai, o jo švietimas reiškia, kad laukiama mygtuko paspaudimo. Labai svarbu atkreipti dėmesį į kondensatorius C4 ir C1 — jų pramušimo įtampa turi būti bent 350 V. Grandinė C1R3 ("snubber") yra skirta dėl induktyvios apkrovos atsirandančios generacijos pašalinimui ir, jei be jos valdiklis veikia gerai, gali būti neįlituota. Kondensatorius C4 veikia kaip aktyvus mikrovaldiklio maitinimo įtampos daliklio srovės ribotuvas, o juo tekanti srovė apskaičiuojama pagal formulę: I=(U_IN-U_OUT)2πfC, kur U_IN=220 V, U_OUT=5 V, f=50 Hz, o C yra kondensatoriaus talpa faradais. Rezistorius R1 daliklio praktiškai neįtakoja, tačiau apriboja srovę įjungimo metu, šitaip apsaugodamas stabilitroną D1 nuo pramušimo (valdiklis į tinklą gali būti įjungtas tuo metu, kai sinusoidė yra ties maksimalia verte, o tokio staigaus šuolio C4 nufiltruoti negali).

Valdiklio montažo vaizdas iš komponentų ir takelių pusių

Kol straipsnis tvarkomas, galite atsisiųsti spausdinto montažo plokštės takelių atvaizdą spausdinimui (matmenys: 54,61*35,56 mm) ir sukompiliuotą mikrovaldiklio programą (Fuse nustatymus palikti gamyklinius: 8MHz, įjungtas CKDIV8).