2K 구리 링코아로 AC 스폿용접기 제작

이 글은 DIY 초기 글로서,,
스폿용접기를 만들기 위해 공부하고 제작한 좌충우돌 처녀작입니다.
후에 2 개의 스폿기를 더 제작했으며, 그런 과정에서 업그레이드 되어 현재는 해체한 스폿기입니다.
하단 관련글을 참고하세요.

그럼에도 원리를 파악하기에는 충분히 도움이 되리라 생각됩니다.



일주일 전 갑자기 스폿용접기에 꽂혀 DIY를 결심했다.
스폿용접기라는 것이 남땜이 어려운 리튬이온 배터리에 니켈 플레이트를 붙이는 도구다.
그러니깐 DIY를 위한 TOOL을 DIY하는 거다.

중국제품이 아니라면 가정용 스폿용접기를 구하기란 쉽지 않아서인지,,
커뮤니티를 중심으로 DIY가 상당히 보편화되어 있는 편이다.

간단하게 쓸 용도라면 고방전 dc 배터리를 사용하는 DC 미니 스폿용접기도 많이 알려져 있지만,
고방전 리포배터리가 상대적으로 비싸고 관리가 까다롭다.
따라서 리포 배터리를 평소에 관리하지 않는이상 별도의 관리가 필요없는 AC 스폿용접기가 좋아보인다.






<링코어를 구하려고 구입한 중고 변압기 3개, 2개는 알루미늄코어이고 1개가 구리로 된 코어다>



원리는 간단하다.

스폿용접기는 5~9V의 전압에 높은 대전류를 이용한다.
따라서 변압을 위한 링코아(자석에 코일을 감은) 혹은 구리선이 1,2차로 분리된 트랜스포머가 핵심 재료이다..

AC스폿용접기는 2차 권선에 생성된 전기를 숏트 시켜서 발생하는 열로 용접한다.

좀 더 전문적으로 내용은
배터리 위에 니켈플레이트를 대고 그 위에 끝이 뾰족한 용접봉으로 누른 채로 전기를 흘리면 그 지점에 접촉저항으로 인한 열(Joule 발열)이 발생하고,
그 열로 니켈플레이트가 녹아 변형이 되면서 누르는 압력에 의해 배터리의 극에 붙게 되는 원리
다.

결국 배터리에 접착될 정도로 수십 ms 이하(보통 50ms)로 흘려주는 것이 포인트인데,
이 타이밍을 컨트롤하기 위해 타이머와 SSR을 이용하거나,,
타임조절을 위해 특수하게 제작된 전용 회로를 사용한다.
(시간이 조금만 늘어나도 열화현상이 일어나거나 배터리 수명에 영향을 끼친다고 한다.)
현재 올댓회로나 자작카페를 중심으로 아두이노를 이용한 "락시꾼", "이훈섭"님의 회로가 유명하며,
저렴하게는 중국산 회로들이 있다.

올댓회로가 가장 안정성이 높다고 알려져 있지만 가성비를 생각하면,
아두이노를 이용한 회로를 구입하는 것을 추천한다.


+
2차 권선은 감는 회수가 증가하면 전압(V)이 높아지고 권선이 두꺼워질수록  굵어질수록 전류가 증가한다.
다만, 에너지불변의 법칙에 의해 1차 권선에 최대 치 이상으로 증가하지는 않으니 무조건 굵을수록 좋은 것은 아니다.
게다가 권선 지름이 커질수록 링코어의 링에 감을 수 있는 횟수가 적어지니 절절하게 타협해야한다.

목적에 따라 다르겠지만 18650 배터리 스폿의 경우 다양한 사례로 보아,,
18650 리튬배터리 스폿이 목적이고 대략 35sq kiv 전선을 사용하여 6V 전후면 무난한 듯 하다.
2K링코어를 이용할 경우 6V면 전선 두께의 제약이 없다면 손실분 감안하더라도 대략 300A 정도를 사용한다는 얘기다.


+
이상이 DIY를 준비하면서 알게된 정보고, 이 정보를 기반으로 처녀작이 완성됐다.



준비물

링코어 : 대원전기 다운 트랜스 2KVA
회로 : 홍마존 100A 트라이악 제어보드 + 9V 트랜스 (지금은 추천하지 않는다.)
2차 권선 : 35sq 3m
용접봉선 : 35sq(따로 안사서 남은 1m를 잘라서)
용접봉 : 크롬동봉, 8m x 100mm
35sq 롱슬리브, 크롬동봉과 용접봉선 체결용

크레토스 셋(커넥터 + 소켓)
항공단자 + 풋 스위치
3구 파워소켓(퓨즈 내장형) + 3핀 램프 스위치
택스위치용 DC잭 (암컷) - (수컷은 남는 아답터 잘라 사용)
하이박스 200x300x150 + 접이식 손잡이

하이박스 가공용 툴
유니비트와 쇠줄(야스리)

납땜 도구와 글루건
그라인더 : 크롬동봉 가공용


그밖에 피복벗기는 툴(이건 필수다)과 케이블 절단용 툴들이 있으면 편하다.
Feat: 휴대용 스토브




링코어 테스트


링코어는 1차는 220V를 흘려 목표 전압을 얻기위한 2차 구리선이 함께 감겨 있는 내외부로 분리된 구조다.
(2줄로 감겨 있으면 4개의 종단선이 그리고 3줄로 감겨 있으면 6줄의 종단이 생긴다.)
이 내/외부의 구리선을 이어 일렬로 연결하여 통채로 1차 코어로 쓰고, 2차 권선을 따로 감아주는 게 핵심이다.

이렇게 만든 후 1차 코어 양끝단에 220V를 흘려주면 새롭게 감은 2차 권선에 원하는 유도 전압을 생성된다.
(트랜스의 경우 2차를 완전 뜯어내고 다시 감는 것이 다르다. 이 때문에 링코어 방식이 좀 더 효율이 좋은 것 같다!?)


위 사진은 1.5K 짜리 복사기용 변압기인데 6개의 구리선이 나와있고 2개씩 이어 주어야 전체가 연결되는 구조이다. 

사진의 링코어는 효율이 떨어진다고 알려진 알루미늄코어라 아직 사용하지는 않았지만, 연습삼아 추후 간단하게 만들어 볼 셈이다.
1.5K지만 효율감안하면 1K 성능일텐데 가운데 홀이 커서 두꺼운 전선을 사용할 수 있으므로 1K 구리보다는 결과 우위를 예측한다.

효율이 떨어진다는 것은 같은 효과를 보기위해 더 많은 스폿 시간이 필요하다는 얘기고,,
스폿 시간이 길어지면 열화가 생기므로 최종목표는 0.2T(고방전을 위한)를 열화없이 작업이 가능한 가?가 목적일것이다.
0.5ms 건 100ms 건 열화없이 청소기에 많이 사용되는 고방전 배터리의 전류허용량을 만족하는 0.2t 니켈바가 가능하면 훌륭한 것이다.

이건 어디까지나 수중에 있는 링코어가 효율이 떨어지는 것밖에 없을 때의 이야기이고,
좋은 게 좋은 거라고 구리 링코어와 알루미늄 링코어중에 고르라면 무조건 구리인건 변함없는 사실이다.






아래는 필자가 작업한 2K 구리 링코어다.

상시 설명처럼 실제 사용할 2K의 구리코어를 적출했다.
위 복합기의 1.5K보다 높고 지름은 더 작다.
지름이 적다는 것은 원하는 두께와 전압을 모두 이루기 어려워 타협이 필요하나는 걸 의미한다.


2가닥이 감긴 경우라 배선도 깔끔하다.
220V의 한 가닥이 퓨즈를 거쳐서 구리 선에 연결되어있고,
다른 한 가닥은 전면부 스위치를 거쳐 구리선에 연결되어 있는데 이 두 구리선에 220V를 물려주고,
나머지 두 선은 숏트되어 110v 단자에 연결되어 있는데 이것도 굳이 숏트를 풀지말고 그대로 절연후 사용하면 된다.


업데이트

이 스폿용접기를 만들때만해도 깊은 공부가 되지 않은바,,
새로 알게 된 정보가 있어 바로 잡는다.

위처럼 2가닥의 구리선이 병렬로 감긴 구조는 위에 2가닥과 아래 2가닥이 나오게 되는데,
이때 같은쪽 2가닥을 숏트시켜면 전류가 역턴해서 나오면서 자력을 상쇄시키는 작용을 하게 되고,,
결과 전자기 유도의 성능을 떨어뜨리게 된다.
- 패러데이 유도법칙 참고 -

턴수에 비해 전압이 안나오거나 같은 용량인데 성능이 떨어지면 이 경우가 아닌지 체크가 필요하다.

이 경우는 이어지지 않는(도통테스트시 끊어진) 위쪽 한가닥과 아랫쪽 한가닥을 숏트시켜야하고,
결과 구리선의 끝단에서 거꾸로 돌아나오지 않고 같은 방향으로 연속해서 감길 수 있도록 해야 제대로된 성능이 나온다..

처음 제작시 그점이 간과되었지만 사진으로 판단시 위 아래가 자체적으로 결속되어 있는 것으로 보인다.





테스터기가 있다면 도통시험을 해주면 확실하다.
220V 인입 양단 기준으로 반대편이 끊어져 있을 경우 단선, 이었을 때 전기가 통하면 된다.

(테스트를 위해 쇼트되어 있는 두 선을 일부러 끊고 진행함)




테스트가 끝나고
끊은 구리선은 다시 숏트시킨채로 절연시킴.




이 링코어의 구멍으론 35sq 7바퀴가 감을 수 있는 최대다.
이때 4V 조금 넘게 측정되었고 너무 낮다.

피복을 까서 수축튜브로 옮기면 10바퀴 이상 감을 수 있다고 해서 따라했는데,
이 작업이 이번 DIY의 가장 힘든 작업이다.
철사를 이용해서 꾸역꾸역 수축튜브를 끼워가는 지난한 작업이었고 1시간 30분이상 걸린 듯하다.





10바퀴 정도 감으니 5.5v,,,
힘들어 여기서 멈췄다. 전압이 낮으면 전류의 이득이 있지 않을까 싶기도 했다. (W=VA)





제작


하이박스에 넣어보고 이리저리 구상



하이박스 손잡이
굳이 비싼 접이식에 가장 큰 사이즈로 샀다. 처음이니...ㅎ




항공단자에 풋 스위치 연결



항공단지 분리한 모습
체결후 안빠지게 고정하는 나사가 있는데 요기에 쓰기는 사실 너무 고퀄이다.




풋 스위치
실제 써보니 손으로 하는 택스위치보다는 안정적이고 덜 무섭다.
그런데 은근 쫄리면서도 잼있더라.. ㅎ




용접봉을 하이박스에 체결하기 위한 크레토스 셋
직결하는 것이 효율은 더 좋겠지만 보관과 멋을 추구한다면 크레토스 셋이 정답이다.




앞쪽에서 전원을 컨트롤 하기 위해 스위치 없는 220V 소켓으로 준비했다.




35sq, 8 짜리 터미널과 롱슬리브이다.
터미널은 2차권선에서 크레토스 소켓에 체결하기 위한 용도이다.




8m 크롬동봉과 롱슬리브를 체결한 모습이다.
(여기 저기 정보를 구하던 중 '나뭇꾼의 자작카페'에서 아이디어를 얻었다)



스폿 제어회로
아마 구할 수 있는 - 자작을 제외한 - 가장 저렴한 회로가 아닐까 싶다
알리익스프레스에서 검색해봤지만, 국내 대행업체에서 사는 게 더 괜찮은 딜 같아 진행했다.
비슷한 회로에 세븐세그먼트 달린 것들이 저렴하게 많이 사용하는 것 같다.
그 외에는 카페발 자작품들도 많이 사용한다.


+
필자는 사각형 홀가공을 깔끔하게 마감할 자신이 없어서 LED가 없는 아날로그 회로를 선택했다.



위 회로는 AC 9V 전원을 사용한다.
9V 트랜스포머가 없어서 판매페이지에서 옵션으로 추가 주문했다.
예전 PC스피커와 같은 전자제품을 뜯어보면 나옴직하다.

+
이 전원용으로 케이블을 링코어에 추가로 감아서 9V를 만들 어 연결할 수도 있다고 한다.
다만 이 경우 안정화를 위핸 콘덴서를 달아주는 것이 좋겠다.





제어 전류량이 조금 더 큰 100A 트라이악으로 주문
(교류 전력제어 소자인 트라이악을 이번에 알게됨,, 걍 좋은게 좋은거고 큰게 좋은거다!!)

+
이 100A까지 지원하는 칩이 중국에만 존재한다는 얘기도 있다.
유투브다 관련 문서들이 보이긴 하지만 내부 동작이나 성능 등이 클리어 되기 전까진 신뢰할 수 없는 칩이긴 하다.






용접봉 제작


용접봉용으로 부드럽고 비싼 실리콘 8awg를 샀는데,, 에러다.
8mm 크롬동봉에 붙이기엔 너무 가늘다. 6awg를 샀어야...ㅠㅠ

한참을 고민하다가 2차 권선 감고 남은 35sq 케이블 1미터를 잘라 사진과 같이 용접봉 제작에 들어갔다.
케이블에 너무 뻣뻣해서 피복을 벗겨내고 10m 수축튜브를 2중으로 입혀주었지만, 그래도 뻣뻣하다.


동봉과 케이블 연결은,,
롱 슬리브에 납을 반쯤채우고 밑에는 케이블을 넣고 불로 끓여서 녹을때 가공한 크롬동봉을 넣어주었다.
그리고 틈이 보이지 않을 정도로 납을 가득채워주었다.

살짝 엄두가 안났는데 생각보다 수월하게 넘어갔다.




조립전 테스트

용접봉이 완성되면 회로를 미리 연결해서 스폿이 잘 되는지 테스트가 가능하다.



회로도는 다음과 같다.



판매자 페이지에 있는 회로도와 설명서를 첨부했다.
13번 연결사이에 전면부 LED 스위치를 달았다.









하이박스 가공


거의 대부분의 구멍을 책임져준 유니비트다.
(4,700원에 배송료 포함 7,200에 샀다.)
작은 구멍은 보쉬 미니 드릴로도 가능하고 조금 큰 구멍은 토크가 딸려 손으로 돌려주었다.


손잡이를 달고




220V 전원 소켓
구멍을 뚤고 쇠줄이 들어가면 쇠줄로 4각형을 만들어 주면서 작업하니 수월했다.
원형보다 시간이 많이 걸리는 작업이지만, 쇠줄(야슬이)가 크면 작업할만 한 것 같다.



크레토스와 항공단자 부착




크레토스는 원형에 튀어나온 부분이 있다.
이 부분도 역시 쇠줄로 작업해주면 된다.





이런식으로 하이박스를 가공하면서 붙여줌



스폿조절 단자와 메인 전원컨트롤을 위한 스위치까지 자리를 잡았다.
사각형이 없으니 작업이 쉽고 시간도 단축된다.








배선작업


지금부터 쏠더링.. 땜질이다!!



9v 트랜스포머 입력과 코어 입력을 같은 스위치에서 컨트롤하게 했다.
배선도 크게 어렵지 않다.

아마 가장 단순한 구조가 아닐까 쉽다.
이 구조에서 추후 220V 입력단에 콘덴서로 평활을 해준다던지 하는 튜닝작업이 있을 수 있겠다.




항공단자 위에 많이 사용하는 택스위치용으로 DC 잭입력단자를 추가로 달았다.
택스위치는 빨간색 용접봉에 달 생각이다.




테스트를 위해 케이블타이로 고정해둔 택스위치..
초딩인 아들이 방과후 학습으로 실습하고 남은 재료에서 재활용한 스위치다.

But, 스위치가 너무 커서 손에 쥐고 잡을때 이질감이 느껴지고 실수로 눌리는 경우가 발생했다.
게다가 용접선을 35q의 굵은 선을 사용해서 뻑뻑한채로 세세한 컨트롤이 조금 어렵다.
좀 더 작은 스위치로 교체할 생각이지만 아무래도 풋스위치가 안정적이다.

+
크롬동봉 가공은 핸드 그라인더로 대충 모양을 잡은 뒤 줄로 다듬었다.
끝부분이 너무 가늘지도 않고 뭉퉁해도 안되며 스폿을 쳐가며 적당한 둥글기를 찾아야 한다.




글루건으로 스위치부분을 보강하고,
사진은 일단 급한대로 마스킹테이프로 절연을 했는데 꼭 절연테이프 혹은 수축튜브를 사용해야한다.



전체적인 모습으로 회로와 링코어가 전부다!!
이렇게 보니 정말 별거 없다.









스폿 테스트


전원 인가 - LED
왼쪽 다이얼은 스폿 시간, 오른쪽 다이얼은 전류 세기를 조절할 수 있다.



니켈 플레이트는 사람들이 많이 언급하는 두 종류를 준비
0.15T/0.2T


0.15, 18 근처에서 잘 붙는다.



0.2T, 20 근처에서 떼면 찢어질 정도로 잘 붙는다.




많이들 하는 커터칼날 테스트.. 역시 잘 붙는다.




타임을 좀 더 늘리면 커터칼날 두 개도 잘 붙는다.
살짝 무서워서 타임을 더 늘려 보지는 못했다.





공간이 남아 용접봉과 풋스위치를 함께 수납이 가능하다.




완성된 모습을 보니 스티커를 붙이고 싶은 욕구가 인다.




 



이렇게 처녀작이 성공했다.
잘 몰라 배선차단기랑 각종 터미널과 변압기 등등 이것저것 추가 주문한 해서 불용된 것들이 좀 되지만,,
개인적으로 제법 진지하고 본격적으로 DIY의 재미를 느꼈다.


앞서 설명한 알루미늄 코일의 성능도 궁금하기도 하고,, 부품도 1셋이 더 있어
1.5K 알루미늄 링코아로 초 저렴 스폿기 만들어 분양할 까 생각만 하고 있다..



끝!!



↓↓↓


업그레이드(Ver 2.0)



[DIY] 2K 트로이달 링코어로 미니(?) 스폿용접기 만들기 Ver 2.0 - 기존 불편함 해소를 위해 최대한 미니미니하면서 성능은 업!!




AC 링코어 스폿용접기 스폿용접봉 고장(?) 문제점 튜닝 수리 후 성능 대폭 향상




3K 링코어 AC 오토스폿용접기 자작 회로를 이용한 제작기 - 아두이노 개인용 소스 공개 (Arduino Pro mini Source for AC Auto Spot Weldering)




아두이노 프로 미니 기반 AC 스폿회로 만드는 중... ing - 전구 테스트 통과!!




HI!! 댓글을 달아 주세요!!

  1. 2019.07.01 20:38  address  modify / delete  reply

    비밀댓글입니다

    • Favicon of https://mindeater.tistory.com BlogIcon MindEater™ 2019.07.01 21:43 신고  address  modify / delete

      현재 분양가능한 스폿용접기는 없습니다.
      3K링코어로 새로운 스폿용접기를 준비하고 있는 데 그건 분양하려고 마음먹고 있습니다.
      이제 회로가 준비되서 완성되기까지는 약간의 시일이 좀 걸릴 것 같습니다.
      감사합니다.

  2. 양승권 2019.07.05 20:29  address  modify / delete  reply

    와우, 정말 멋진 작업입니다.
    저도 스폿용접기 자작에 도전해보고 싶어집니다.
    밀워키 베터리 자작방법 알아보다가 찾아왔습니다.
    지금은 엄두가 안나네요. 작은 dc스폿기 구입해 사용하다가 작업량이 많아지면 해봐야겠네요
    앞으로도 좋은 작품 많이 만드세요.
    주소 저장해놓고 종종 눈팅하겠습니다.

    • Favicon of https://mindeater.tistory.com BlogIcon MindEater™ 2019.07.05 20:58 신고  address  modify / delete

      감사합니다.
      개인적으로 DC 스폿기보다는 AC를 추천드립니다.
      DC 스폿기는 고방전 배터리를 필요로하는데 이미 가지고 있으면 상관없지만 없을 경우 준비과정에서 들어가는 투자비가 AC랑 크게 다르지 않습니다.
      AC는 5년이 지나도 전원 연결해서 쓰면 되지만, DC의 경우 배터리 수명이이란 것이 있지요.
      관리도 까다롭구요..
      이와 같은 이유로 야외에서 사용할일이 없다면 굳이 DC로 만들 이유는 없다는 게 제 개인적인 생각입니다.

  3. 초코팡 2019.07.20 12:03  address  modify / delete  reply

    스폿용접기를 만들어 보고 싶어서 검색 중에 들렀습니다.
    많은 도움을 받았습니다.
    그러나 한 가지 걸리는 게 있다면,
    전선에 대해서 말하 때는
    '굵다 가늘다'
    '굵기는...'
    이라고 말하는 게 맞습니다.
    감사합니다.

    • Favicon of https://mindeater.tistory.com BlogIcon MindEater™ 2019.07.20 12:45 신고  address  modify / delete

      지적 감사드립니다.
      평소에 두껍다는 표현을 자주 썼었는데 말씀하신대로 사용하도록 노력하겠습니다.
      본문은 검토해서 수정하도록 하겠습니다.

      나름 서평도 쓰면서 우리말 사용하려고 노력하는데 아직도 모르는 것이 많네요.
      너무 감사드립니다. ^^

  4. 진동아저씨 2019.07.24 07:43  address  modify / delete  reply

    우~와 너무 좋네요. 꼭 필요합니다만 하나 구입할수 없겠는지요?

  5. 진동아저씨 2019.07.24 07:45  address  modify / delete  reply

    맘에 쏙 듭니다. 하나 구입 원합니다. 연락처 좀

  6. 2019.07.24 08:10  address  modify / delete  reply

    비밀댓글입니다

    • Favicon of https://mindeater.tistory.com BlogIcon MindEater™ 2019.07.24 08:41 신고  address  modify / delete

      회로에 넣고 싶은 기능이 있어서 아직 준비중입니다.
      전 시일이 좀 걸릴 것 같구요.
      분양은 완성되면 블로그 포스팅으로 올려볼까 생각중입니다.

      급하시면 네이버카페의 "이홈메이드클럽"에 가입하시면 비교적 쉽게 구하실 수 있을 겁니다.
      감사합니다.