Точечная сварка на основе контроллера NY-D08. Часть 1.

Это первая часть большой заметки о том, как я собираю точечную сварку для литиевых аккумуляторов. Иногда для ремонта, или сборки батарей для чего-нибудь, мне необходимо собирать батареи на основе элементов 18650. Обычно вопрос решался быстрой и аккуратной пайкой, но я подумал, и решил, что пора переходить с кустарного на полупрофессиональный уровень, и собрать аппарат точечной сварки.

Готовые варианты мною были отвергнуты, т.к. они либо дороги, либо имеют в своей основе литиевые батареи с высоким разрядным током, а значит требуют определённых условий хранения и использования, иначе батареи будут деградировать.

В основном, на рынке контроллеров для самоделок представлены устройства с двумя типами коммутации — коммутация постоянного тока низкого напряжения, идущего непосредственно к сварочным электродам, и коммутация сетевой обмотки силового трансформатора, вторичная низковольтная обмотка которого подключается к электродам. Выбор пал на второй вариант, т.к. он не требует силового выпрямителя.

Для реализации проекта был выбран самый прогрессивный на данный момент контроллер — NY-D08, поддерживающий сварку двумя импульсами с раздельно задаваемыми параметрами. Первый импульс прожигает оксидный слой и подогревает металл в месте сварки, а второй — полностью проваривает.

На борту контроллер имеет не только красивый цветной дисплей, но так же 100-амперный симистор, вход для датчика температуры, кнопки пуска, а так же выходы для управления вентилятором, выход на индикатор состояния, и, самое интересное — выходя для управления пневмоклапаном, с помощью которого можно осуществлять прижатие сварочных электродов с заданным усилием в промышленных станках. Подробное описание и схему включения вы можете найти в Интернете. Из особенностей можно отметить только то, что для питания контроллера необходимо использовать отдельный трансформатор, и питать контроллер именно переменным током, т.к. алгоритм его работы отслеживает переход сетевого напряжения через 0, что служит точкой отсчёта времени коммутации, и помогает избежать опасных для симистора токов, вызванных переходными процессами в трансформаторе.

В качестве трансформатора был использован классический трансформатор от микроволновой печи, марки MD-801EMR-1, мощностью около 800Вт, как самый крупный из того, что было в ассортименте на местной барахолке.

Обычным в таких случаях выбором являются именно трансформаторы от СВЧ-печей, т.к. они имеют разнесённые первичную и вторичную обмотки, что позволяет аккуратно срезать вторичные обмотки без риска повредить первичную или утомительной процедуры разматывания и наматывания.

Основные манипуляции заключаются в срезании внешней части первичных обмоток, и выдавливании или выбивании их остатков из окон магнитопровода, а так же извлечении магнитных шунтов.

Затем — нам надо проверить, осталась ли исправна первичная обмотка после наших мытарств, и вообще, сколько же вольт даёт один виток провода, а значит — сколько примерно нам надо мотать витков, чтобы обеспечить необходимые для точечной сварки 2,5-3 вольта. Для этого мы мотаем любым попавшимся под руку проводом 10 витков, подаём на первичную обмотку 220В, и замеряем напряжение на нашей импровизированной обмотке. Делим входное напряжение на выходное, и получаем количество вольт на виток.

Замер показал, что у этого трансформатора напряжение — ровно 1 вольт / 1 виток, что очень сильно упрощает нам жизнь. Значит нам надо намотать всего три витка, и как можно более толстым проводом.

Обычно для такой намотки используют многожильный провод в различных типах изоляции, включая самодельную из термоусадки. При этом у некоторых получается намотать обмотку проводом сечением вплоть до 50 квадратов. Но мы пойдём другим путём.

Полностью очистив окна магнитопровода от остатков эпоксидной смолы и картона, замеряем его размер, и получаем полное сечение одного окна. оно равняется 311,25мм², что мы округлим до 300мм².

Поскольку напряжение во вторичной обмотке ничтожно, большее значение имеет не электрическая прочность изоляции обмоток, а механическая. Поэтому к проблеме стоит подойти творчески, и не делать самодельный кабель с изоляцией из термоусадки или тряпичной изоленты, а напечатать на 3D принтере каркас из ABS-пластика, служащий одновременно и изоляцией и разделителем витков.

Задав толщину каркаса чуть больше 1мм, мы получаем три окна, в которых разместятся наши витки, каждое окно площадью 103,75мм², что мы округлим до 100мм². Т.е. при максимально плотной укладке бесконечно тонких жил (или использовании шины), мы можем получить обмотку с сечением 100мм², что, конечно, избыточно, т.к. намного превосходит сечение, обеспечивающее полное перекрытие возможностей трансформатора по мощности.

Далее, всё тем же простым прикидыванием на листочке бумаги, мы можем накидать примерное количество необходимых проводов при заданном их сечении, которое обеспечивает оптимальное заполнение окна.

Как видим, если сильно захотеть, то плотно укладывая 54 куска провода сечением 1,5мм², можно обеспечить сечение обмотки в 81мм². Можно, но не нужно. Для наших целей хватит 50-60 квадратов, что даст 300-400 ампер номинального тока, и несколько килоампер тока короткого замыкания.

Ориентируясь на эти значения, был спроектирован и напечатан каркас, состоящий из двух половин.

Далее были куплены 15 метров многожильного провода сечением 6мм², очищены от изоляции, и с помощью ловкости рук намотаны на каркас. Всего получилось довольно свободно намотать 9 проводов, т.е. получить суммарное сечение в 54мм². В принципе, можно было продеть и 10-й провод, но это было бы уже избыточно. Обращаю ваше внимание, что намотка голым проводом с перехлёстом жил, и изменением взаимного расположения проводов, обеспечивает нам транспозицию витков, и контакт между ними. За счёт этого, у нас не возникает ситуация, когда витки в обмотке имеют разную длину, а значит, на них индуцируется разное напряжение, и возникают разные потери. Провода ведут себя как цельная шина.

После намотки — оконечиваем провода клеммами, и обжимаем ручным гидравлическим прессом. Можно, конечно, пропаять, но часть жил залудится, и потеряет гибкость.

Далее — подключаем трансформатор к контроллеру, и тестируем его работу в режиме короткого замыкания, наблюдая красивые колебания проводов под действием силы Ампера.

А продолжение, в котором собирается большая часть механики, включая держатели электродов, и проводится первый тест сварки — будет во второй части.