Делаем аппарат для контактной сварки

Широкое распространение Li-Ion аккумуляторов, их доступность и лёгкость применения дали возможность замены устаревших батарей аккумуляторов. Но при этом возникла проблема их соединения в батареи, чтобы получить нужное напряжение. В промышленности аккумуляторы, как правило, соединяют в батареи никелевой лентой с помощью контактной сварки, но для этого надо иметь соответствующий аппарат. Можно аккумуляторы соединить и с помощью пайки, но это небезопасно — можно повредить их или устроить пожар. Можно, конечно, приобрести готовый аппарат для контактной сварки, но он стоит дорого, и это своего рода лотерея. Эксплуатация такого аппарата, приобретённого моим знакомым в Интернете, показала, что ведёт он себя не всегда адекватно, иногда сваривает нормально, а в большинстве случаев — только удовлетворительно.

В Интернете много информации о том, как самостоятельно изготовить аппарат для контактной снарки, но то, что предлагается, меня не устроило, а то. что было интересно, оказалось коммерческим предложением по принципу: купи готовую плату с программой и будет тебе счастье. Это мало отличается от лотереи, и не устраивает то. что от меня ничего не зависит.

Для изготовления аппарата для контактной сварки можно использовать несколько способов. Во-первых, на базе батареи суперконденсаторов. Я собрал такой аппарат на конденсаторах суммарной ёмкостью 3000 Ф, но возникли проблемы с коммутирующими транзисторами. В результате экспериментов большое их число вышло из строя. Дело в том, что приобрести настоящий полевой транзистор оказалось не просто, предлагаемые в Интернете транзисторы очень часто оказывались фальсификатом. При покупке транзисторов в отечественных магазинах аппарат становился золотым. Во-вторых, аппарат можно сделать на основе автомобильной аккумуляторной батареи, но после получения готовой платы оказалось, что она работает неустойчиво. Но осталась проблема с аккумуляторной батареей, поскольку покупать её специально для сварочного аппарата слишком накладно, особенно для редких работ, к тому же она требует ухода. Поэтому аппарат был сделан на основе мощного трансформатора от СВЧ-печи мощностью 500.. 600 Вт. Этот вариант меня устроил больше всего, поскольку в этом случае всё зависит от меня.

Этот трансформатор потребовалось переделать. Как это сделать, можно с подробностями узнать в Интернете. Но коротко доработку проводят в следующей последовательности. Аккуратно спиливают вторичную обмотку с одного бока и остальную часть выбивают молотком. Обмотка оказалась намотана алюминиевым проводом — китайцы экономят на всём. Затем выбивают металлические перемычки и наматывают свою вторичную обмотку. Для неё был использован автомобильный провод АХ637 (1) с площадью сечения 16 мм2 с наконечниками и длиной около 1 м, купленный в автомобильном магазине. Обычно наматывают два витка этого провода, но у меня вошло три витка и осталось немного для подключения проводов к сварочной рукоятке (рис. 1), приобретённой в Интернете [2]. Внешний вид трансформатора с перемотанной вторичной обмоткой показан на рис. 2.


Сварочная рукоятка подключена двойным проводом сечением по 8 мм? и длиной 500 мм с напрессованными наконечниками, который также приобретён в том же автомагазине. Снаружи этот провод медный, а внутри — алюминиевый. Можно подключить проводом сечением 16 мм2,но он слишком жёсткий, плохо гнётся, и им неудобно работать, а один провод сечением 8 мм? не обеспечивав і требуемый ток при сварке. Для запуска процесса сварки была использована педаль (рис. 3), приобретённая в Интернете [3].

Схема аппарата показана на рис. 4 Он собран на популярном и дешёвом модуле Arduino Nano (А2) с индикацией на четырёхразрядном светодиодном дисплее — модуль A3 (рис. 5) [4]. Питается устройство от модуля А1, который преобразует переменное напряжение 230 В в постоянное стабилизированное напряжение 9 В. На диодном мосте VD1 и оптроне U2 собран датчик перехода переменного напряжения через ноль, резисторы R2 и R3 — токоограничивающие. На коллекторе фототранзистора оптрона U2 формируются короткие положительные импульсы при переходе сетевого напряжения через ноль, два импульса на один период. Осциллограмма этих сигналов показана на рис. 6

Датчик обнаружения перехода переменного напряжения через ноль нужен для синхронизации включения симистора VS1. Чтобы он включался на пике полуволны, в программе Arduino Nano сделана регулируемая задержка от 1 до 5 мс для изменения времени задержки его включения. Включается симистор VS1 симисторным оптроном U1 МОС3023 без узла детектора ноля Обратите внимание, что оптрон МОС3063 и аналогичный, в котором присутствует детектор ноля, использовать нельзя.

При включении устройства происходит инициализация микроконтроллера и дисплея на модуле A3, после этого микроконтроллер читает данные из EEPROM, выводит данные на дисплей и переходит в режим ожидания действий оператора. Устройство управляется тремя кнопками SB1— SB3 ’’Plus”, "Minus" и "Select" и педалью SB4 включения режима сварки "Start".


Опрос кнопок и педали производится каждые 50 мс по прерыванию от таймера 1 микроконтроллера, также по прерыванию таймера 1 производится обновление информации на дисплее. При включении по умолчанию на дисплей выводится 8 первый разряд информация о числе импульсов сварки, второй разряд погашен (не используется), в третий и четвёртый разряды выводится информация о времени включения симистора в миллисекундах. Кнопкой "Select" можно переключать изменяемый параметр по кольцу, при первом нажатии можно изменить время прожига 1...99 мс, при втором нажатии число импульсов прожига — 1 или 2. при третьем нажатии — время задержки включения прожига от 1 до 5 мс. Следующее нажатие выводит на дисплей изменённые значения числа импульсов и времени прожига. Изменяют выбранный параметр нажатием на кнопки SB1 "Plus" или SB2 "Minus”. Для сохранения этих параметров надо нажать на кнопку SB3 "Select" на 5 с. О сохранении в EEPROM информирует светодиод HL1. который включается на 1 с.

Включение симистра VS1 происходит по сигналу от датчика ноля, который поступает на вход микроконтроллера D2. работающий по прерыванию При нажатии на кнопку (педаль) SB4 "Start" устанавливается время прожига и включается режим прерывания по входу 02, как только датчик ноля выдаст положительный импульс, микроконтроллер выходит из основной программы и отрабатывает прерывание, задерживает время включения симистора и потом включает симистор на пике сетевого напряжения. После этого отключает режим прерывания по входу D2 и переходит к выполнению основной программы и отключает симистор после истечения времени включения прожига. Если установлены два импульса прожига. второй импульс появляется через 1 с после первого импульса. Кнопка (педаль) SB4 "Start" блокируется после нажатия, разблокируется после отпускания.


Собрано устройство (рис. 7) в корпусе от стабилизатора переменного напряжения мощностью 1 кВт СТАР-1000 от фирмы СТАБИК. В авторском варианте большинство деталей установлены на трёх макетных печатных платах: управления, коммутации и силовой Платы коммутации и управления размещены на передней пластмассовой панели аппарата (рис. 8). Силовая плата установлена на стойках над трансформатором (рис. 9).

Для изготовления плат можно использовать односторонний фольгированный стеклотекстолит толщиной 1,5...2 мм. Чертеж платы управления показан на рис. 10. платы коммутации — на рис. 11, а силовой платы — на рис. 12.

Платы рассчитаны на применение резисторов МЛТ, оксидных конденсаторов К50-35, плёночных К73-17 или аналогов иностранного производства, светодиод HL1 — любого свечения диаметром 3 мм. Гнездо и вилка для подключения педали могут быть любые подходящие.

Модуль А1 — плата из блока питания 9 В/1 А (рис. 13). приобретённого в Интернете [5). Монтаж между платами разведён проводом МГТФ Симистор установлен на теплоотвод. Корпус можно применить любой подходящего размера, желательно, чтобы крышка была не металлическая, поскольку при сварке трансформатор создаёт сильное магнитное поле и крышка дребезжит. Все библиотеки, которые применены в программах, можно загрузить с сайта GitHub (https://github.com/ru-doc).


Налаживания устройство не требует, если оно собрано без ошибок, после сборки устройство сразу начинает работать. При первом включении и программировании данные внести надо в EEPROM микроконтроллера, изменив в скетче, в функции SETUP перед строкой EEPROM Read(); разблокировать строку EEPROM_Write();, и после программирования и запуска программы заблокировать эту строку и снова прошить Arduino Nano либо с помощью кнопок в блоке управления установить свои параметры и записать их в EEPROM