V současné době není problém pořídit si jakékoliv zboží v zahraničí, a to jak přímým nákupem, tak pomocí internetu. Svářečky pochopitelně nevyjímaje. Oblíbeným artiklem jsou třeba
malé MIG/MAG svářečky pro domácí kutění. Ovšem co když se na takové zánovní mašince něco porouchá?
Uplatňovat reklamaci u tisíce kilometrů vzdáleného prodejce
je dost složité a jako na potvoru jsme si vybrali stroj - značku, kterou u nás nikdo neprodává ani neopravuje. Nezbývá, než trochu
zaimprovizovat. V následujícím textu je popsána konstrukce elektronického regulátoru, který jednu takovou porouchanou zahraniční hobby MIG/MAG svářečku opět oživil.
Dále popsaná "řídící elektronika" vznikla z důvodu poruchy na původní elektronice jistého dovezeného hobby "céóčka". Oprava totálně vypáleného plošného spoje s "podivným" zapojením součástek se smazanými popisky se ukázala jako nerentabilní. Jednodušší bylo postavit regulátor nový. Ten původní stroj už vám neukážeme, ale byla to svářečka z kategorie hobby, jako například stroj na následujícím obrázku. Ovšem popsaný regulátor je možné použít k oživení téměř libovolné menší MIG/MAG svářečky.
Typický jednoduchý MIG/MAG stroj.
Svářečky této kategorie jsou obvykle vybaveny malým podávacím mechanismem, který je poháněn 24V elektromotorkem ve stylu Mabuchi. Motorek je zpravidla napájen ze svařovacího napětí. Přestože jsou tyto podavače často terčem posměchu, vykazují slušnou spolehlivost a hlavně v malých svářečkách docela dobře fungují. Proto není radno je hned zatracovat. Motorek, který se jinak používá k pohonu hraček si po zpřevodování s "pětikilovkou" drátu docela hravě poradí. Ale i zde občas narazíte na šmejd. Typické jsou tzv. kulhající podavače, které mají nestejnoměrné otáčky - to je pak velký problém. Klasický podavač této kategorie si můžete prohlédnout zde:
Typický plastový minipodavač.
Typické "silové" zapojení levných svářeček je na následujícím schématu. Je to primitivní zapojení a nevyžaduje komentář. Snad jen poznámku, že elektromagnetický ventil plynu zapojený paralelně k primáru svařovacího transformátoru, nebývá v levných svářečkách přítomen. Plyn se pouští poměrně nespolehlivými mechanickými ventilky v rukojetích hořáků. Ale pokud byste uvažovali o dodatečné montáži ventilu plynu, je nejjednodušší ho zapojit takto, i když to má své nevýhody (riziko nedostatečné ochrany svaru na začátku i na konci svařování). V zapojení silové části jsou zakresleny a očíslovány body pro připojení části řídící:
(kliknutím na obrázek otevřete okno s velkým obrázkem)
Silová část typického jednoduchého céóčka.
Popis řídící části začneme napájecím zdrojem. Jeho schéma naleznete níže. Jedná se o klasicky zapojený stabilizátor typu 7812. Jako síťový transformátor je použit tzv. zalitý typ do plošných spojů. Použití stabilizátoru ale není bezpodmínečně nutné. Při použití vhodného transformátoru, jehož napětí po usměrnění a vyhlazení nepřekročí 12-13V, můžeme stabilizátor IO1 spolu s C2, C3, C4 a D1 klidně vynechat. Totéž platí i o kontrolce LED (s rezistorem R1), která signalizuje přítomnost napájecího napětí. Při použití stabilizátoru je LED nutná, protože zajišťuje potřebné minimální zatížení stabilizátoru. Stabilizátor je nutné opatřit alespoň malým chladícím křidélkem. Pro méně zkušené ještě poznámka: kondenzátory C2 a C3 musí být co nejblíže stabilizátoru 7812.
Za stabilizátorem následuje tlačítko, které je vlastně spínačem na rukojeti hořáku. Spínačem jednak spínáme relé ovládající svařovací transformátor a jednak přivádíme napájecí napětí k dalším obvodům regulátoru. Někdo může namítnout, že spínač je v obvodu umístěn nevhodně a pro svářečky, kde je motor podavače napájen ze svařovacího napětí, by bylo výhodnější jej zapojit do série s D3 a vlastní regulátor nechat trvale napájený. To je pravda. Zapojení je ale pojato univerzálně i pro případ, že motor bude napájen z vlastního zdroje. Kondenzátor C5 paralelně k relé tvoří zpožďovací člen, jehož význam jsme už zmiňovali v článku o vylepšení céóčka BIMAX 4.195 a podobných. V případě větších strojů, nebo strojů třífázových, asi nebude relé spínat přímo primár svařovacího transformátoru, ale nějaký pomocný stykač, který teprve sepne trafo (musíme ale vyřešit čím budeme cívku stykače napájet).
(kliknutím na obrázek otevřete okno s velkým obrázkem)
Jednoduchá řídíci jednotka - napájecí část.
Nyní se můžeme přesunout k vlastnímu regulátoru otáček podávacího elektromotoru. Regulátor pracuje na principu pulsně-šířkové modulace - PWM. Výhodou PWM je zachování vysokého kroutícího momentu elektromotoru i v malých otáčkách. Jako generátor PWM slouží osvědčený integrovaný obvod NE555 v klasickém zapojení generátoru obdélníkových impulsů pevné frekvence a proměnné střídy. Střídu (a tedy i otáčky motoru) nastavujeme potenciometrem P1. Výstupní PWM signál z NE555 je přiveden do báze spínacího darlingtonova tranzistoru BDW93C. Po úpravě bázového rezistoru R3 je možné použít i jiný spínací tranzistor, ať už bipolární či unipolární (Mosfet). V kolektoru tranzistoru je zapojen podávací elektromotor napájený se svařovacího napětí (napětí se na motoru objeví až po sepnutí silového trafa prostřednictvím relé). Je vhodné motor (a hlavně tranzistor) jistit trubičkovou pojistkou. U naší svářečky jsme naměřili maximální proud elektromotorem při extrémním zatížení cca 3A a proud zcela zablokovaným motorem cca 6A. Proto byla zvolena pojistka 5A. Její hodnotu (stejně jako typ tranzistoru) je tedy nutné přizpůsobit připojenému motoru. Tranzistor je nutné opatřit chladičem. V našem případě stačilo jednoduché křidélko z hliníkového plechu. Napájení obvodu 555 je vhodné ještě blokovat připojením keramického kondenzátoru 100 nF přímo na vývody 1 a 8 IO1. Tento kondenzátor ve schematu není zakreslen.
(kliknutím na obrázek otevřete okno s velkým obrázkem)
Jednoduchá řídíci jednotka - regulační část.
S uvedenými součástkami je frekvence PWM pulsů cca 4,9 kHz a rozsah regulace je v rozmezí cca 9 - 91%. Pro výše uvedený podavač jsou to ideální hodnoty, to je experimentálně ověřeno. Změnu frekvence lze provádět změnou hodnot součástek R1, R2, P a C2. Se změnou frekvence se ale mění i rozsah regulace. Jednoduchý kalkulátor pro tabulkový editor EXCEL, který vám pomůže s výběrem hodnot těchto součástek, si můžete stáhnout v sekci Ke stažení, podsekci Elektro pod názvem pwm555.xls. Po dosazení nebo úpravě hodnot klíčových součástek generátoru, kalkulátor spočítá frekvenci a minimální a maximální střídu výsledné PWM regulace.
Jaký je vliv frekvence PWM pulsů na řízení otáček elektromotoru? Příliš nízká frekvence znamená dlouhé pulsy a motorek tzv. krokuje a má trhaný chod. Příliš vysoká frekvence zase znamená velmi krátké pulsy, které nemusí dostačovat k roztočení motorku (zejména na počátku regulace motorek jen píská ale neroztočí se). A jak tedy zvolit správnou frekvenci PWM? Zde hodně záleží na velikosti řízeného elektromotorku. Pro elektromotorek naší velikosti (viz. obrázek podavače nahoře) je optimální frekvence PWM v řádu jednotek kHz. Ideálně v rozsahu 3 - 8 kHz. Pro větší motorky je nutné frekvenci snižovat. Například pro klasický "stěračový" motorek se jako optimální ukázala frekvence v rozsahu 200 - 500 Hz.
Svařovací transformátor svářečky je spínán v primáru pomocí relé s kontaktem 250V/16A. Pokud by vám z nějakého důvodu nevyhovovalo relé, můžete trafo spínat bezkontaktně pomocí nějakého vhodného SSR nebo pomocí triaku, jak je uvedeno na následujícím schématu, které jsme již uveřejnili v článku Časovač pro malou bodovku s obvodem NE555. Výkonový spínací triak je nutné umístit na vhodný Al chladič. Diodu v pomocném optotriaku můžete společně s předřadným rezistorem R3 zapojit do kolektoru tranzistoru T1 místo relé, nebo ji můžete budit přímo z výstupu NE555. Kondenzátor C1 ve spínacím obvodu musí být na střídavé napětí!
Spínání sítě triakem.
Poznámka: zajímavá diskuse k tomuto článku je na Svarfóru. Podnětnou připomínku k zapojení spínání sítě triakem napsal uživatel pkod: Ve schématu "spínání sítě triakem" je hodnota odporu R2 moc nízká. Maximální přípustný proud optotriakem může být v tomto případě překročen asi 15x a hrozí jeho zničení. Volil bych hodnotu odporu R2 minimálně 330 Ohmů. Vzhledem ke špičkové zátěži bude vhodnější seriová kombinace odporů s menší wattáží nebo jeden "macatější" odpor (drátový 2W). Na funkční parametry obvodu úprava nebude mít prakticky vliv. Zlepší se ale spolehlivost.
Pokud se vám nechce navrhovat plošný spoj, je pro praktickou realizaci výše popsaného regulátoru ideální polovina univerzálního plošného spoje CU-TA 37, který je k dostání například v prodejnách GM-Electronics. Plošný spoj má původně rozměr 160 x 100 mm a dá se v polovině rozříznout. Tak získáme dva univerzální "plošňáky" o rozměrech 160 x 50 mm, které mají výhodné uspořádání vodivých ploch a jsou vhodné pro rychlou realizaci jednoduchých zapojení s integrovanými obvody. Při troše šikovnosti lze na jeden takový plošný spoj osadit celý popsaný regulátor včetně napájecí části, síťového transformátorku, relé, spínacího tranzistoru i připojovacích svorkovnic. Některé spoje je pochopitelně nutné posílit.
Rozpůlená deska CU-TA 37 - nejlepší univerzální plošnák :-)
Hotový osazený regulátor na univerzální desce sice vyfotografovaný nemáme, ale můžete se podívat na jeho značně vylepšenou verzi, která je sice již na speciálně navženém plošném spoji, ale nezapře svůj původ z "univerzálky". Však také rozměr této speciálně navržené desky je 160 x 50 mm ... Jen pro zajímavost: vylepšení tohoto regulátoru spočívá zejména v záměně obvodu 555 za mikrokontrolér HC-08. Z toho plynou další možnosti a funkce tohoto regulátoru, ale o tom zase někdy příště.
Vylepšený regulátor na speciálně navrženém plošném spoji.
Závěr.
Popsaný regulátor není žádné zázračné či revoluční zapojení. A určitě by se dal ještě vylepšit. Článek si klade za cíl přinést inspiraci, jak zprovoznit některé jednoduché svářečky, u kterých došlo k poruše řídící jednotky a chybí dokumentace i náhradní díly. Smysl má stavba takového regulátoru i v případě, že svářečka sice funguje, ale její "řídící elektronika" je absolutně nedostačující. Třeba jak bylo popsáno v článcích Kupujeme levné céóčko - jak se nenapálit. Regulátor však můžeme využít i jinak. Kromě obecné regulace motorků může sloužit k regulaci osvětlení (žárovek i LED) a v některém z příštích článků si ukážeme i jedno netradiční off-topic využití tohoto regulátoru.
Řídící jednotka malého céóčka.
