NY-D08, контролер апарата точкового зварювання

У мене вже було кілька розповідей про контролери точкового зварювання, що працюють з іоністорами, але сьогодні йтиметься про більш «класичний» варіант із потужним трансформатором на 50 Гц.
Покажу і сам контролер, і невеликий приклад його застосування в реальному зварювальному апараті.

Як завжди, нагадую: щоб постійно бути в курсі нових тем у блозі, рекомендую підписатися на мій інстаграм, де я публікуватиму сповіщення про всі нові теми й, можливо, писатиму просто про щось цікаве — посилання на акаунт


Контролер замовляв не для себе: у мене вже є зварювальний апарат на іоністорах, та й з акумуляторами я працюю досить рідко. А от товариш користується ним часто, і раніше я допомагав йому зібрати варіант із контролером від Yurok — він цілком успішно працює.

Але знадобився ще один апарат. Для нього купили трансформатор від мікрохвильовки, корпус, різну дрібноту і, власне, контролер. Не дуже хотілося замовляти плату, купувати компоненти й паяти, зате водночас хотілося екран побільший, тож обрали варіант з AliExpress.

Загалом на AliExpress є чимало різних варіантів контролерів: є зовсім прості, є дорожчі. Цікавив контролер, здатний формувати два налаштовувані імпульси, і, як я вже писав вище, з великим екраном.

З найвідоміших, мабуть, можна назвати пару моделей: недорогий приблизно за 15-16 доларів і той, що в огляді.


1. Також траплявся ще один начебто непоганий контролер, одразу встановлено трансформатор, та й симістор на радіаторі.
2. Поки шукав, натрапив на контролер, судячи з усього, для зварювання на іоністорах, але з можливістю зміни полярності, що, в теорії, має бути справді корисним. Я якось скаржився, що помітив різницю в роботі електродів.



Контролер доїхав відносно швидко, але от продавець відправляв... Я вже думав, що він його не відправить, довелося навіть продовжувати термін відправлення.
Упаковано просто: плати в пухирчастій плівці, решта комплекту — просто в пакеті із застібкою.


До комплекту входять:
1. Плата контролера з дисплеєм.
2. Силова плата.
3. З’єднувальний кабель із роз’ємами
4. Перетворювач USB-UART
5. Датчик температури
6. Ковпачок на кнопку
7. Ручка для енкодера.


Щодо дрібниць скажу, що по суті важливий лише кабель для з’єднання модулів — без нього працювати не буде.
Крім того, навіщось поклали перетворювач USB-UART, причому навіщось навіть стерли маркування його мікросхеми.


За задумом кабель потрібен для роботи з програмним забезпеченням, якого я так і не зміг знайти. Але по суті в програмі задаються лише три параметри: вхідна напруга, імовірно, вихідна напруга та потужність трансформатора. Ба більше, наскільки я розумію, усе це можна задавати й через основне керування самого модуля, але знову ж таки незрозуміло як і, головне, навіщо...


Силова плата.
Є гальванічна розв’язка, причому «холодна» й «гаряча» сторони дуже наочно розділені, а також є напис, що до небезпечної частини руками лізти не треба.


На платі є купа роз’ємів:
1. Switch — підключення педалі або кнопки керування
2. AC12V — живлення плати; використовувати лише звичайний «залізний» трансформатор.
3. TEMP — підключення датчика температури
4. State — стан; не розбирався, у схемі не описано, але, як бачу, сюди йде оптрон.
5. FAN — вентилятор на 12 вольт
6. VALVE — клапан, а точніше, клапан пневматичного механізму притискання електродів.

Також на платі видно пару ШІМ-контролерів, діодний місток і транзистори, що відповідають за ввімкнення вентилятора та клапана.


1. У високовольтній частині все набагато простіше: опторозв’язка, потужний симістор, трохи деталей і отвори для припаювання проводів.
2. Клемники досить непогані й зручні.


Плата контролера.
Спереду — РК-дисплей, кнопка й енкодер. Тут хочу посварити виробника. Мало того, що використали енкодер без вбудованої кнопки, так ще й поставили настільки тугий, що здавалося, ось-ось він почне скрипіти.
Я якось не зрозумів сенсу розділяти енкодер і кнопку, адже енкодери з кнопкою коштують копійки, а користуватися було б навіть зручніше.


А ззаду — всі інші компоненти, зокрема й мікроконтролер.


Основні компоненти. праворуч видно також контакти для підключення USB-UART-конвертера, але, як я писав, сенсу в ньому нуль.


Розміри плати та відстані між кріпильними отворами.


Схеми підключення на сторінці продавця не було, але її без проблем можна знайти в аналогічних лотах інших продавців.


Для пробного ввімкнення я обмежився лише силовою платою, контролером і трансформатором, не підключав навіть датчик температури. Але нічого, усе запрацювало цілком нормально.


Після подавання живлення екран спалахує білим, потім з’являється напис Loading. Якщо раптом ваш пристрій відображає інформацію китайською, перед увімкненням треба затиснути кнопку — тоді вимкнеться режим вибору мови.


1. Після завантаження на екрані відображається назва моделі пристрою, налаштування, температура, кількість «зварювань», активність виходу і навіть підказки.
2. Є шість вікон налаштувань:
Номер комірки пам’яті
Тривалість першого імпульсу
Потужність першого імпульсу
Пауза між першим і другим імпульсом
Тривалість другого імпульсу
Потужність другого імпульсу

Перемикання між вікнами налаштувань і регулювання обертанням енкодера, увімкнення/вимкнення режиму регулювання натисканням кнопки. Якщо обертати енкодер далі, потрапимо в режим налаштувань, вхід до нього також здійснюється натисканням кнопки.
3. У налаштуваннях можна лише регулювати затримку ввімкнення/вимкнення клапана та пороги ввімкнення вентилятора.
4. Налаштування клапана: за який час до подавання струму він увімкнеться, через який час вимкнеться і скільки циклів увімкнення/вимкнення виконати в автоматичному режимі.
5. Керування вентилятором: діапазон регулювання температури ввімкнення — 1–99 градусів, гістерезис — 3 градуси.
6. Є режими «вимкнено», «увімкнено» й «авто», залежно від температури.

Також є можливість «відкату» до заводських налаштувань, але як саме — не розібрався: чи то запуск із затиснутою кнопкою зварювання, чи то з одночасним затисканням двох кнопок. А от лічильник «зварювань» скидається, якщо утримувати кнопку приблизно 3–4 секунди в робочому режимі..



В описі іншого лота з таким самим контролером трапилося фото меню налаштувань, де є і третій пункт — інформація, але в моєму випадку його не було.


Якщо датчик температури не підключено, на дисплеї відображається температура 99 градусів, тож якщо в такому стані вибрати режим «Авто», вентилятор увімкнеться, про що сповістить світлодіод, що світиться біля відповідних клем.


Після підключення термодатчика все нормалізувалося. Точність вимірювання не перевіряв, але суб’єктивно температура відповідає реальній.


Щоб не множити зображення, покажу мінімальне й максимальне значення всіх можливих налаштувань, а оскільки кожне вікно налаштовується повністю незалежно, це і є мінімум/максимум.


Тепер переходимо до практичної частини. Процес складання зварювального апарата показати не можу, та й загалом особливого сенсу в цьому немає. У цьому випадку товариш практично всю роботу зробив сам: зібрав усе в корпусі й навіть підготував місця для встановлення контролера.


У цьому випадку за основу взяли корпус від старого радянського вольтметра, який став донором трансформатора.
Запобіжники встановили на обох лініях, про всяк випадок поставили й вентилятор, хоча насправді розігріти такий трансформатор не так просто.
На передню панель вивели:
1. Мережевий вимикач
2. Індикатор, кнопку й енкодер контролера
3. USB-роз’єм для підключення чогось із живленням 5 вольт.
4. Вимикач блока живлення, що живить USB-вихід
5. Підсвічування та вимикач підсвічування.
6. Роз’єм для підключення кнопки подавання зварювального струму.

Також варто відзначити дуже продуману конструкцію встановлення електродів, а точніше — стаціонарного електрода, але про це трохи згодом.


Компонування всередині відносно вільне: згори видно силовий трансформатор, праворуч — допоміжний, для живлення контролера. Під силовим трансформатором розташований блок живлення на 5 вольт.


Судячи з усього, донором трансформатора стала мікрохвильова піч Мулинекс, і можу однозначно сказати, що транс вийшов просто чудовий: тихий, ефективний.
Вторинну обмотку намотано гнучким проводом перерізом 48мм.кв, укладено чотири витки.


Окрім основи зварювального апарата, товариш дав ще різні зварювальні стрічки — приблизно по метру кожного розміру, світлодіоди підсвічування, мідну пластинку та якісь шайби.


Стрічок було шість: три сталеві й три нікелеві. До того ж стрічки мають різну товщину й ширину.
Також тут стали в пригоді мертві акумулятори, які чудово підходять для експериментів, адже здебільшого ще й розряджені в нуль.


Далі були спроби зварювання за різних налаштувань, але, як згодом з’ясувалося, я припустився помилки, через що апарат більше нагрівав місце зварювання, ніж зварював.

Для початку спробував сталеві нікельовані стрічки — їх зварювати найпростіше. У двох із трьох варіантів усе було загалом нормально, але за великої товщини стрічка не хотіла як слід приварюватися.

Також помітив дивний ефект: хоч він і не дуже виразний, але все ж помітний на другому фото біля середнього акумулятора. Там три спроби зварювання, тож мало б бути шість точок, але три добре помітні, а три майже не видно. Причому всі три малопомітні точки — це слід від стаціонарного електрода. Чому так, не знаю.



Другим етапом була нікелева стрічка, і тут, загалом, ситуація була та сама: тонка й середня зварювалися, а товста лише вдавала, що зварюється. Я пробував кілька разів і зрештою просто пропалив стрічку, але нормально приварити не зміг.


Причина стала зрозумілою пізніше: я зварював у неправильному режимі.
Під час зварювання треба прагнути великого струму, але мінімально можливого часу зварювання, а в мене виходило майже навпаки. У результаті я просто нагрівав стрічку: вона розжарювалася, але нормально не приварювалася.
Зліва направо — різні режими за різної товщини стрічки, які я випробував.


На підтвердження цього, коли я спробував зварити дві стрічки між собою, диму було багато, а користі мало :)
Ні, насправді в такому варіанті стрічки якраз зварювалися, але вони так нагрівалися, що шматочок ламінату, на якому я це робив, майже перетворювався на вугілля.
Нижче — три етапи; праворуч від стрічки — відбиток на обрізку ламінату. Видно, що зі зменшенням тривалості імпульсу температура в точці зварювання помітно знижується.


Далі просто з цікавості вирішив приварити шматочок нікелевої стрічки до плоскогубців. І навіщо я це зробив... потім ледве відірвав цю стрічку.
Ось тут, до речі, режим зварювання майже оптимальний: дуже короткий перший імпульс і подовжений другий. Для поліпшення я б радив зменшити потужність першого імпульсу.


А це вже не зварювання, а наслідки випадкового ввімкнення без нормально притиснутих електродів. Я цілився приварити пару пластинок, але випадково натиснув на вимикач і подав струм, перш ніж притиснув їх.
У результаті пропалив стрічку наскрізь і пошкодив електроди, причому другий електрод — досить помітно.


Звісно, багатьох зацікавить, що це взагалі за цифри відображаються під час налаштування, наприклад, що означає режим 5/60/5/5/60.
Тут усе гранично просто: значень загалом шість, але перше — це номер комірки пам’яті, його можна не враховувати.
А далі цікавіше. Наприклад, нижче наведено осцилограми чотирьох режимів
5/60/5/5/60
20/60/5/5/60
5/60/5/30/60
5/60/20/20/60

1. тривалість першого імпульсу
2. потужність першого імпульсу
3. час паузи між імпульсами
4. тривалість другого імпульсу
5. потужність другого імпульсу

При цьому час задається в повних періодах мережевої синусоїди й, відповідно, становить 20мс, тобто 5 у налаштуваннях — це 100 мс, або 0,1 с.


З потужністю ще простіше: по суті, її задають у відсотках від максимуму. Нижче — синусоїда на зварювальних контактах без навантаження за параметрів 30, 50, 75 і 99.


Ну і, звісно, стало цікаво, який струм розвиває зварювальний апарат під час роботи. Для вимірювання використав кліщі з режимом вимірювання пікових значень.
За потужності 60% кліщі пішли в перевантаження, прогнозований максимальний зварювальний струм — близько 1000 А.



Ще на початковому етапі мене дратував тугий енкодер, а коли я встановив плату в корпус і ручка почала трохи зачіпати корпус, усе це перетворилося на суцільний жах. Зрештою запропонував товаришеві замінити штатний тугий енкодер на звичайний, які я використовую, а кнопку прибрати й задіяти замість неї кнопку самого енкодера.
Сказано — зроблено: штатний енкодер і кнопку прибрав, поставив звичайний — обертається плавно, натискати зручно. Зібрав, спробував — виявилося, що поквапився.
Знову розібрав, згадав родичів того китайця, який установив цей енкодер, бо він виявився реверсним і напрямок обертання не збігався. Виправив як слід і зібрав.

Загалом звичайний енкодер із кнопкою набагато кращий, рекомендую одразу переробити.


Крім того, прибрав штатні стійки завдовжки близько 8–10 мм і поставив найкоротші пластикові, завдовжки 5 мм. Так краще, і екран майже врівень із корпусом.


У зайвий отвір товариш одразу надрукував заглушку, але вона поки що в нього вдома.



Тепер перейдемо до випробувань зварювання. Виявилося, що є два ключові моменти:
1. Сталева стрічка завтовшки 0,1 мм
2. Нікелева стрічка завтовшки 0,2 мм.

У першому випадку треба було з'ясувати, чи не пропалюватиме її зварювальний апарат. Виставив майже мінімальну потужність і почав пробувати.


Виявилося, що цього навіть замало, а отже, є запас у бік зменшення. Нижче результати для режимів:
1. 1/35/5/1/35
2. 1/35/5/1/45
3. 1/35/5/1/55
4. 1/35/5/1/65
5. 1/35/5/1/75
6. 1/35/5/1/90

Стрічка нормально зварюється приблизно починаючи з другого-третього режиму.


Приварив другу стрічку до плюсового контакту, а ще одну — до мінусового, використовуючи режим 1/35/5/1/90, тобто мінімально короткий імпульс і майже максимальну потужність другого імпульсу.


Потім узяв товсту нікелеву стрічку й почав зварювати її з останніми використаними налаштуваннями — 1/35/5/1/90.


1. 1/35/5/1/90
2. 1/35/5/2/90
3. 1/35/5/3/90
4–6. 1/35/5/3/90

Тут довелося збільшити тривалість другого імпульсу з 1 до 3. В останньому режимі зварювало чудово: стрічка не пропалювалася, але приварювалася так міцно, що при спробі відірвати просто рвалася.


Результати у вигляді макрофото


Тепер час показати додаткові можливості.
Одразу встановив світлодіод у спеціально призначене місце, використавши спеціально надрукований тримач. На фото, на жаль, не видно, як він світить, але можу сказати, що він якраз освітлює місце зварювання. Вмикається окремим вимикачем.


Але, можливо, більше зацікавить опція зварювання стрічки. Для цього є мідна накладка, яка встановлюється на стаціонарний електрод.


Принцип дуже простий: якщо треба зварити дві стрічки, наприклад під кутом або хрест-навхрест, кладемо цю пару стрічок на пластину, притискаємо другим електродом і подаємо зварювальний струм.


Для прикладу вийняв стаціонарний електрод і зробив те саме у звичайному варіанті. Тут одразу видно різницю між зварюванням.
У першому випадку на пластинах лише акуратні точки, оскільки зварювання відбувається наскрізь найкоротшим шляхом. На фото — шість окремих точок зварювання.
У другому випадку утворюється довша петля, і потужність треба збільшувати, що призводить до сильнішого нагрівання й навіть перегрівання стрічки. На фото — дві подвійні точки зварювання.

Єдине, що мені не дуже сподобалося в першому режимі, — електрод помітно прилипає до стрічки.


Ну і, власне, усі піддослідні, яких тепер доведеться кудись утилізувати.


Передбачаю запитання: з чого зроблений зварювальний кабель?
Найчастіше використовую саме провід великого перерізу, але зазвичай він досить жорсткий, тож тут товариш вирішив використати спеціальний провід ПЩ, у цьому випадку перерізом 4мм.кв.
Використано 12 відрізків завдовжки по 206см, разом 24,75м. 4 витки, розрахункова напруга 3.83В, переріз відповідно 12х4=48мм.кв. Далі зібрані в джгут проводи ізолювали за допомогою м’якої термоусадки.

Від себе скажу, що кабель справді дуже м’який, а переріз майже 50мм дав змогу без проблем отримати пристойний струм у навантаженні.


Ось, власне, і все. Висновки будуть короткими: плата сподобалася. Так, є дрібні недоліки, як-от той самий енкодер, та й незрозуміло, навіщо поклали адаптер USB-UART, але загалом усе зручно, практично і, схоже, досить надійно.

Щодо самого зварювального апарата, здається, усе показав. Сподіваюся, це було корисно й допоможе зробити власний, зручний і надійний пристрій :)