Электроника для споттера из того, что есть под рукой

Электроника для споттера из того, что есть под рукой

Пришёл знакомый, принес два ЛАТР-а и поинтересовался, а можно ли из них сделать споттер? Обычно, услышав подобный вопрос, на ум приходит анекдот про то, как один сосед интересуется у другого, умеет ли тот играть на скрипке и в ответ слышит «Не знаю, не пробовал» — так вот и у меня возникает такой же ответ – не знаю, наверное «да», а что такое «споттер»?

В общем, пока закипал и заваривался чай, выслушал небольшую лекцию о том, что не надо заниматься тем, чем заниматься не надо, что надо быть ближе к народу и тогда ко мне потянутся люди, а также кратко погрузился в историю авторемонтных мастерских, проиллюстрированную смачными байками из жизни «костоправов» и «жестянщиков». После чего понял, что споттер – это такой небольшой «сварочник», работающий по принципу аппарата точечной сварки. Используется для «прихватывания» металлических шайб и других мелких крепёжных элементов к помятому корпусу автомобиля, с помощью которых затем выправляется деформированная жесть. Правда, там ещё «обратный молоток» нужен, но говорят, что это уже не моя забота – от меня требуется только электронная часть схемы.

Посмотрев в сети схемы споттеров, стало ясно, что нужен одновибратор, который будет «открывать» на короткое время симистор и подавать сетевое напряжение на силовой трансформатор. Вторичная обмотка трансформатора должна выдавать напряжение 5-7 В с током, достаточным для «прихватывания» шайб.

Для образования импульса управления симистором используются разные способы – от простого разряда конденсатора до применения микроконтроллеров с синхронизацией к фазам сетевого напряжения. Нас интересует та схема, что попроще – пусть будет «с конденсатором».

Поиски «в тумбочке» показали, что не считая пассивных элементов, есть подходящие симисторы и тиристоры, а также множество другой «мелочёвки» — транзисторы и реле на разные рабочие напряжения (рис.1). Жалко, что оптронов нет, но можно попробовать собрать преобразователь импульса разряда конденсатора в короткий «прямоугольник», включающий реле, которое будет своим замыкающимся контактом открывать и закрывать симистор.

Рис.1

Так же во время поиска деталей нашлось несколько блоков питания с выходными постоянными напряжениями от 5 до 15 В – выбрали промышленный из «советских» времён под названием БП-А1 9В/0,2А (рис.2). При нагрузке в виде резистора 100 Ом блок питания выдаёт напряжение около 12 В (оказалось, что уже переделанный).

Рис.2

Выбираем из имеющегося электронного «мусора» симисторы ТС132-40-10, 12-тивольтовое реле, берём несколько транзисторов КТ315, резисторов, конденсаторов и начинаем макетировать и проверять схему (на рис.3 один из этапов настройки).

Рис.3

То, что в результате получилось, показано на рисунке 4. Всё достаточно просто – при нажатии на кнопку S1 конденсатор С1 начинает заряжаться и на его правом выводе появляется положительное напряжение, равное напряжению питания. Это напряжение, пройдя через токоограничительный резистор R2, поступает на базу транзистора VT1, тот открывается и на обмотку реле К1 поступает напряжение и в результате контакты реле К1.1 замыкаются, открывая симистор Т1.

Рис.4

По мере заряда конденсатора С1, напряжение на его правом выводе плавно уменьшается и при достижении уровня меньше напряжения открывания транзистора, транзистор закроется, обмотка реле обесточится, разомкнувшийся контакт К1.1 перестанет подавать напряжение на управляющий электрод симистора и он по окончании текущей полуволны сетевого напряжения закроется. Диоды VD1 и VD2 стоят для ограничения возникающих импульсов при отпускании кнопки S1 и при обесточивании обмотки реле К1.

В принципе, всё так и работает, но при контроле времени открытого состояния симистора оказалось, что оно достаточно сильно «гуляет». Казалось бы, даже с учётом возможных изменений всех задержек включения-выключения в электронной и механической цепях оно должно быть не более 20 мс, но на самом деле получалось в разы больше и плюс к этому, то импульс длится на 20-40 мс дольше, а то и на все 100 мс.

После небольших экспериментов выяснилось, что это изменение ширины импульса в основном связано с изменением уровня напряжения питания схемы и с работой транзистора VT1. Первое «вылечилось» установкой навесным монтажом внутри блока питания простейшего параметрического стабилизатора, состоящего из резистора, стабилитрона и силового транзистора (рис.5). А каскад на транзисторе VT1 был заменён триггером Шмитта на 2-х транзисторах и установкой дополнительного эмиттерного повторителя. Схема приняла вид, показанный на рисунке 6.

Рис.5

Рис.6

Принцип работы остался прежним, добавлена возможность дискретного изменения длительности импульса переключателями S3 и S4. Триггер Шмитта собран на VT1 и VT2 [1], его «порог» можно менять в небольших пределах изменением сопротивлений резисторов R11 или R12.

При макетировании и проверке работы электронной части споттера было снято несколько диаграмм, по которым можно оценить временные интервалы и возникающие задержки фронтов. В схеме в это время стоял времязадающий конденсатор ёмкостью 1 мкФ и резисторы R7 и R8 имели сопротивление 120 кОм и 180 кОм соответственно. На рисунке 7 сверху показано состояние на обмотке реле, внизу – напряжение на контактах при коммутации резистора, подключенного к +14,5 В (файл для просмотра программой SpectraPLUS находится в архивном приложении к тексту, напряжения снимались через резисторные делители со случайными коэффициентами деления, поэтому шкала «Volts» не соответствует действительности). Длительность всех импульсов питания реле составляла примерно 253…254 мс, время коммутации контактов – 267…268 мс. «Расширение» связано с увеличением времени отключения – это видно по рисункам 8 и 9 при сравнении разницы, возникающей при замыкании и размыкании контактов (5,3 мс против 20 мс).

Рис.7

Рис.8

Рис.9

Для проверки временной стабильности образования импульсов было проведено четыре последовательных включения с контролем напряжения в нагрузке (файл в том же приложении). На обобщённом рисунке 10 видно, что все импульсы в нагрузке достаточно близки по длительности – около 275…283 мс и зависят от того, на какое место полуволны сетевого напряжения пришёлся момент включения. Т.е. максимальная теоретическая нестабильность не превышает времени одной полуволны сетевого напряжения – 10 мс.

Рис.10

При установке R7 =1 кОм и R8 =10 кОм при С1=1 мкФ удалось получить длительность одного импульса менее одного полупериода сетевого напряжения. При 2 мкФ – от 1 до 2 периодов, при 8 мкФ – от 3 до 4 (файл в приложении).

В окончательный вариант споттера были установлены детали с номиналами, указанными на рисунке 6. То, что получилось на вторичной обмотке силового трансформатора, показано на рисунке 11. Длительность самого короткого импульса (первого на рисунке) около 50…60 мс, второго – 140…150 мс, третьего – 300…310 мс, четвёртого – 390…400 мс (при ёмкости времязадающего конденсатора в 4 мкФ, 8 мкФ, 12 мкФ и 16 мкФ).

Рис.11

После проверки электроники самое время заняться «железом».

В качестве силового трансформатора был использован 9-тиамперный ЛАТР (правый на рис. 12). Его обмотка выполнена проводом диаметром около 1,5 мм (рис.13) и магнитопровод имеет внутренний диаметр, достаточный для намотки 7-ми витков из 3-х параллельно сложенных алюминиевых шин общим сечением около 75-80 кв.мм.

Рис.12

Рис.13

Разборку ЛАТР-а проводим аккуратно, на всякий случай весь конструктив «фиксируем» на фото и «срисовываем» выводы (рис.14). Хорошо, что провод толстый – удобно считать витки.

Рис.14

После разборки внимательно осматриваем обмотку, очищаем её от пыли, мусора и остатков графита с помощью малярной кисти с жёстким ворсом и протираем мягкой тканью, слегка смоченной спиртом.

Подпаиваем к выводу «А» пятиамперный стеклянный предохранитель, подключаем тестер к «срединному» выводу катушки «Г» и подаём напряжение 230 В на предохранитель и вывод «безымянный». Тестер показывает напряжение около 110 В. Ничего не гудит и не греется — можно считать, что трансформатор нормальный.

Затем первичную обмотку обматываем фторопластовой лентой с таким нахлёстом, чтобы получалось не менее двух-трёх слоёв (рис.15). После этого мотаем пробную вторичную обмотку из нескольких витков гибким проводом в изоляции. Подав питание и замерив на этой обмотке напряжение, определяем нужное количество витков для получения 6…7 В. В нашем случае получилось так, что при подаче 230 В на выводы «Е» и «безымянный» 7 В на выходе получается при 7 витках. При подаче питания на «А» и «безымянный», получаем 6,3 В.

Рис.15

Для вторичной обмотки использовались алюминиевые шины «ну очень б/у» — они были сняты со старого сварочного трансформатора и местами совсем не имели изоляции. Для того, чтобы витки не замыкались между собой, шины пришлось обмотать лентой-серпянкой (рис.16). Обмотка велась так, чтобы получилось два-три слоя покрытия.

Рис.16

После намотки трансформатора и проверки работоспособности схемы на рабочем столе, все детали споттера были установлены в подходящий по размерам корпус (похоже, что тоже от какого-то ЛАТР-а – рис.17).

Рис.17

Выводы вторичной обмотки трансформатора зажаты болтами и гайками М6-М8 и выведены на переднюю панель корпуса. К этим болтам с другой стороны передней панели крепятся силовые провода, идущие к корпусу автомобиля и «обратному молотку». Внешний вид на стадии домашней проверки показан на рисунке 18. Вверху слева расположены индикатор сетевого напряжения La1 и сетевой выключатель S1, а справа – переключатель напряжения импульса S5. Он коммутирует подключение к сети или вывода «А», или вывода «Е» трансформатора.

Рис.18

Внизу находятся разъём для кнопки S2 и выводы вторичной обмотки. Переключатели длительности импульса установлены в самом низу корпуса, под откидной крышкой (рис.19).

Рис.19

Все остальные элементы схемы закреплены на днище корпуса и передней панели (рис.20, рис.21, рис.22). Выглядит не очень аккуратно, но здесь главной задачей было уменьшение длины проводников с целью уменьшения влияния электромагнитных импульсов на электронную часть схемы.

Рис.20

Рис.21

Рис.22

Печатная плата не разводилась – все транзисторы и их «обвязка» припаяны к макетной плате из стеклотекстолита, с фольгой, порезанной на квадратики (видна на рис.22).

Выключатель питания S1 — JS608A, допускающий коммутацию 10 А токов («парные» выводы запараллелены). Второго такого выключателя не нашлось и S5 поставили ТП1-2, его выводы тоже запараллелены (если пользоваться им при выключенном сетевом питании, то он может пропускать через себя достаточно большие токи). Переключатели длительности импульса S3 и S4 — ТП1-2.

Кнопка S2 – КМ1-1. Разъем для подключения проводов кнопки — COM (DB-9).

Индикатор La1 — ТН-0.2 в соответствующей установочной фурнитуре.

На рисунках 23, 24, 25 показаны фотографии, сделанные при проверке работоспособности споттера – мебельный уголок размерами 20х20х2 мм точечно приваривался к жестяной пластине толщиной 0,8 мм (крепёжная панель от компьютерного корпуса). Разные размеры «пятачков» на рис.23 и рис.24 – это при разных «варочных» напряжениях (6 В и 7 В). Мебельный уголок в обоих случаях приваривается крепко.

Рис.23

Рис.24

Рис.25

На рис.26 показана обратная сторона пластины и видно, что она прогревается насквозь, краска подгорает и отлетает.

Рис.26

После того, как отдал споттер знакомому, он примерно через неделю позвонил, сказал, что обратный «молоток» сделал, подключил и проверил работу всего аппарата – всё нормально, всё работает. Оказалось, импульсы большой длительности в работе не нужны (т.е. элементы S4,С3,С4,R4 можно не ставить), но есть потребность подключения трансформатора к сети «напрямую». Насколько я понял, это для того, чтобы с помощью угольных электродов можно было прогревать поверхность помятого металла. Сделать подачу питания «напрямую» несложно – поставили переключатель, позволяющий замыкать «силовые» выводы симистора. Немного смущает недостаточно большое суммарное сечение жил во вторичной обмотке (по расчетам надо больше), но раз прошло уже больше двух недель, а хозяин аппарата предупреждён о «слабости обмотки» и не звонит, значит ничего страшного не произошло.

Во время экспериментов со схемой был проверен вариант симистора, собранного из двух тиристоров Т122-20-5-4 (их видно на рисунке 1 на заднем плане). Схема включения показана на рис.27 [2], диоды VD3 и VD4 — 1N4007.

Рис.27

Литература:

1. Горошков Б.И., «Радиоэлектронные устройства», Москва, «Радио и связь», 1984.
2. Массовая радиобиблиотека, Я.С. Кублановский, «Тиристорные устройства», М., «Радио и связь», 1987, вып.1104.

Андрей Гольцов, г. Искитим.

Список радиоэлементов

Прикрепленные файлы:

• Файлы работы споттера.rar (2865 Кб)

Теги:

• Сварка

Предназначение споттера и его особенности

Самодельный споттер используют в отношении кузовных работ автомобилей. Делают это тогда, когда по каким-то причинам с внутренней стороны выровнять поверхность детали нет возможности. Можно локально нагревать металл при помощи указанного инструмента, если на кузовной области есть небольшие повреждения. Важно разобраться, как сделать споттер своими руками, чтобы получить качественное и функциональное изделие.

Процесс сварки выглядит так. На место повреждённого металла закрепляется крепёж. К нему подсоединяется устройство и при помощи вспомогательных приспособлений либо своими руками вытягивают вмятины. Инструмент для ремонта кузова дает возможность быстро и качественно восстанавливать автомобиль без покраски поврежденного участка. Споттер хорош тем, что при его эксплуатации удается держать под контролем функционирование каждой детали. Это объясняется тем, что вероятность перегрева и разрыва проводов довольно велика.

Свойства конструкции агрегата

Приспособление состоит из таких компонентов, как коробка, пистолет, кабель, электрод.

Коробка содержит всю систему аппарата, которая необходима для сварки. Чтобы четко и быстро проводить кузовные работы, надо придерживаться порядка и технологии процесса.

Ели поверхность подверглась деформации, надо очистить ее от любого покрытия. Это может быть ржавчина, краска или лак. Данный этап очень важен, так как качество соединения металлов напрямую влияет на итог всего процесса. На поверхность, которая подверглась корректировке, присоединяют контакты. На очищенную зону повреждённой области приваривают крепёж, к которому и подсоединяется рассматриваемое устройство.

Читать также: Как измельчить ветки без измельчителя

Вслед за этим захватывается устройство пистолетом, после чего вмятина вытягивается. Для выравнивания прибегают к использованию молотка, гидроцилиндров и других приспособлений. Обращают внимание на толщину металла. Здесь следует понять, какое оборудование даст возможность производить рихтовку машины, чтобы не нанести ей вреда. Обратный молоток не используется в сочетании с алюминием. К тому же не каждый агрегат может справиться с оцинкованным кузовом. Когда рихтовка кузова закончена, скручивают приваренную деталь. Место контакта зачищают шлифовальной машинкой.

Проверка

Перед использованием, необходимо предварительно проверить технику на безопасность работы. Для этого проводят профилактический осмотр:

• чистят все элементы;
• проверяют правильность изолирования проводов;
• зачищают деформированную поверхность;
• осматривают надежность крепежа всех деталей;
• заземляют аппарат.

Только после проведения вышеуказанных действий, можно приступать к использованию агрегата.

Внимание! Если не соблюдать правила безопасности, можно получить сильный удар током.

Алгоритм изготовления своими руками

Чтобы сделать агрегат самому, нужны некоторые навыки и понимание основ работы с такой техникой. Споттер из сварочного аппарата своими руками можно сделать в соответствии с чертежами. Для этого надо тщательно изучить конструкционные особенности аппарата. Можно использовать подручные детали.

Не всегда является целесообразным приобретение фабричного устройства. Качественный агрегат может обойтись в кругленькую сумму. Необходимо рассматривать конфигурацию приспособления и его чертежи.

Оборудование из инверторного аппарата

Чаще всего агрегат на основе инвертора изготавливается с применением самодельного материала. Основными составляющими устройства являются тиристорное реле и сварочный инвертор. Чтобы собрать приспособление, потребуются:

• тиристор с показателем 200 Вольт;
• трансформатор для понижения 122 вольт для управления реле посредством кнопки;
• реле с мощностью в 30 ампер;
• мост на диодах;
• кнопка для управления и контроля;
• контактная группа 220 вольт.

Трансформатор подключается с помощью диодного моста. К нему подсоединяется тиристор реле. Трансформатор питает управляющую ветку цепи. Перед изготовлением споттера своими руками надо обеспечить безопасные условия работы. С этой целью кладут под ноги резиновые коврики и придерживаются стандартных правил техники безопасности.

Основные этапы сборки

Чтобы сделать самодельный агрегат, идеально подходит сварочный аппарат Nordic. Необходимо уметь менять конфигурацию устройства так, чтобы споттер постоянного тока на выходе давал 1500 ампер, как минимум. Сборка осуществляется по следующим правилам:

1. Снимают с аппарата вторичный слой. Иногда их бывает несколько.
2. Перед установкой определяют количество витков на 1 Вольт. Первичная обмотка для этого оборачивается медной проволокой. Затем измеряют показатель Вольт.
3. Полученный показатель делят на количество витков. Результат и будет указывать на число витков на Вольт.
4. Из вторичного слоя, который был снят, производят шину. Желательно не допускать, чтобы этот параметр опускался ниже 160 квадратных мм.
5. Напряжение должно равняться 6 вольт. Если сечение меньше, можно делить шину на несколько частей. Их скрепляют изоляционной лентой.

Количество фрагментов зависит от изначальных показателей. Допустим, если параметр равен 40 кв. мм., шина разрывается на 4 части. Необходимо взять две шины с обмоткой из изоленты или скотча для малярных работ. Изоляция должна быть последовательной. Сначала идет слой изоляционной ленты, затем — скотча, а сверху наматывается изолента. На открытые зоны можно установить клепки.

Полученные шины перемещаются на трансформатор. Этот процесс не является лёгким и требует определенных навыков. Необходимо наличие молотка и присутствие дополнительного помощника. Благодаря этому шина будет сидеть лучше и не получит каких-либо повреждений. Если показатель мощности нормальный, то приспособление можно считать готовым. Если же нет, придется проводить ряд экспериментов, подключая к первичной обмотке провода.

Схемы

Агрегат имеет не очень сложную схему, главный узел которого сварочное оборудование с запитанной от сети первичной обмоткой. При изготовлении споттера, можно использовать следующие схемы распределения энергии.

Принципиальная электрическая

Состоит из питающего оборудования, где сила напряжения на вторичной обмотке бывает 12В. Для контролирования тока, оснащается дополнительной обмоткой.

Простая

Простейшая схема исключает применение тиристорного коммутатора. Подача тока происходит в результате замыкания, которое происходит в цепи первичной обмотки. Среди минусов — подача высокого напряжения на рукоятку пистолета, что является небезопасным.

Тиристорная

Для настройки силы тока используется фазовый сдвиг. Подходят для настройки напряжения в электрических цепях, имеющих переменный характер. Чтобы осуществлялась работа однофазной сети, требуется 2 тиристора, которые включены друг другу навстречу. Настройка должна отличаться симметричностью и синхронностью. Агрегаты, созданные с использованием данного типа тиристоров (полупроводников) имеют жесткую статическую характеристику.

Окончательная сборка

Чтобы разорвать контакты первичной сети, необходимо правильно подсоединить перемычки. Для этого в блок управления на кнопку пуска заводят кабели и переключатели. Затем их выводят на корпусное основание. Если необходимо, то применяются кулеры.

Под конец желательно использовать шеллак, для пропитки полученного агрегата.

Этапы производства трансформатора

Сборка трансформатора является обязательным этапом изготовления споттера из сварочного аппарата. Такая работа является наиболее трудной. Обмотка требует большого количества времени, но этот этап не является обязательным. Обмотка осуществляется на кольцевом железе. Провод для вторичной обмотки должен изготавливаться из алюминия или меди. Между мотками следует прокладывать качественную изоляцию. Для этого подходит трансформаторная бумага в несколько слоев. Для максимальной надежности ее пропитывают парафином.

Пистолет делают из полуавтомата. К нему потребуются некоторые дополнения, чтобы закрепить инструмент на приборе для рисования. Чтобы сделать клещи, подойдёт простая труба 20 на 20 мм. Силовые провода, соединяющие трансформатор и пистолет, должны иметь идентичное сечение. Как альтернатива, они должны превышать сечение шины. Не стоит использовать слишком большие по длине провода. Максимальный их размер должен быть равен 2,5 м. Рабочий кабель, соединяющий трансформатор и пистолет, должен быть сделан на основе коммутирующего кабеля с термоизоляцией. При каждом нагревании этот слой будет стягиваться.

Где купить

Приобрести готовый таймер или реле времени можно как в специализированном магазине, так и онлайн в Интернет-магазине. Во втором случае, особого внимания заслуживает бюджетный вариант приобретения изделий на сайте Алиэкспресс. Для некоторых приборов есть вариант отгрузки со склада в РФ, их можно получить максимально быстро, для этого при заказе выберите «Доставка из Российской Федерации»:

Как работает микросхема 555

Перед тем, как перейти к примеру устройства реле, рассмотрим структуру микросхемы. Все дальнейшие описания будут делаться для микросхемы серии NE555 производства Texas Instruments.

Как видно из рисунка, основа — это RS-триггер с инверсным выходом, управляемый выходами с компараторов. Положительный вход верхнего компаратора называется THRESHOLD, отрицательный вход нижнего — TRIGGER. Другие входы компараторов подключены к делителю напряжения питания из трех резисторов по 5 кОм.

Как вы скорее всего знаете, RS-триггер может находиться в устойчивом состоянии (обладает эффектом памяти, объемом 1 бит) либо в логическом «0», либо в логической «1». Как он функционирует:

• Приход положительного импульса на вход R (RESET) устанавливает выход в логическую «1» (именно «1», а не «0», так как триггер инверсный — об это говорит кружок на выходе триггера);
• Приход положительного импульса на вход S (SET) устанавливает выход в логический «0».

Резисторы по 5 кОм в количестве 3-х штук делят напряжение питания на 3, что приводит к тому, что опорное напряжение верхнего компаратора (вход «–» компаратора, он же, вход CONTROL VOLTAGE микросхемы) составляет 2/3 Vcc. Опорное напряжение нижнего — 1/3 Vcc.

С учетом сказанного, можно составить таблицы состояний микросхемы относительно входов TRIGGER, THRESHOLD и выхода OUT. Обратите внимание, что выход OUT — это инвертированный сигнал с RS-триггера.

С помощью такой функциональности микросхемы можно легко делать различные генераторы сигнала с частотой генерации, независимой от питающего напряжения.

В нашем случае, для создания реле времени применяется такая хитрость: входы TRIGGER и THRESHOLD объединяются вместе и к ним подается сигнал с RC-цепочки. Таблица состояний в таком случае будет выглядеть так:

Схема включения NE555 для такого случая следующая:

После подачи питания конденсатор начинает заряжаться, что приводит к постепенному увеличению напряжения на конденсаторе с 0В и далее. В свою очередь, напряжение на входах TRIGGER и THRESHOLD будет наоборот, убывать, начиная с Vcc+. Как видно из таблицы состояний, на выходе OUT присутствует логический «0» после подачи питания Vcc+, а переключение выхода OUT в логическую «1» произойдет, когда на указанных входах TRIGGER и THRESHOLD напряжение опустится ниже 1/3 Vcc.

Важен тот факт, что время задержки реле, то есть промежуток времени между подачей питания и зарядкой конденсатора до момента переключения выхода OUT в логическую «1», можно рассчитать по очень простой формуле:
T = 1.1 * R * C И как видите, это время не зависит от напряжения питания. Следовательно, при проектировании схемы реле времени можно не заботиться о стабильности питания, что значительно позволяет упростить схемотехнику.
Далее приведем рисунок варианта исполнения микросхемы в DIP-корпусе и покажем расположения выводов чипа:

Также стоит упомянуть, что кроме 555 серии производится серия 556 в корпусе с 14-ю выводами. Серия 556 содержит два таймера 555.