<1.5K 링코어에 2차 권선을 감고 가 테스트>

 

DIY에 필요한 만큼만 전기/전자 지식을 조금씩 주어 들은지 두 해가 넘었고, 돌이켜보니 그 시작이 스폿용접기 제작인 것 같다.
지금까지 총 5대의 스폿용접기를 제작했으며,, 3호기부터는 편의에 의해 커스터마이징한 아두이노 스케치에 오토스폿 기능을 더해 직접 만들어 제작하고 있다. 스케치 파일은 맨 아래 관련 글에서 다운로드 받을 수 있다.

본격적인 성능 관련 글에 앞서 그동안 제작한 스폿기 - 뭐 그렇게 많은 건 아니겠지만 - 에 대한 히스토리 썰을 풀어보고 시작한다. 불편한 점을 조금씩 보완하는 과정이다. 살짝 개인적인 썰이라 중간 쯤의 본론까지 스크롤 다운해도 무방하다.

참고로 배터리의 양극은 일반적인 상황에서 납땜이 힘들다.
드레멜로 용접부위를 조금 갈아내고 페이스트와 알미납 등을 사용하면 용접이 가능하기도 하지만, 배터리 성능저하 혹은 다량의 배터리 작업시 능률문제로 대부분 스폿용접을 사용한다.

 

처녀작

 

[DIY] 2K 구리 링코아로 AC 스폿용접기 제작기 - 처녀작 완성 ^▽^)/

이 글은 스폿용접기를 알게 되고 제작을 결심하면서 정보를 수집 및 제작하며 작성한 글로, 다른 블로그에서 발행했다가 블로그 통합으로 옮겨온 글이다 이 글 이후에 여러대의 스폿기를 더 제�

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시작은 USB 선풍기를 충전식으로 만들어보고 싶다는 단순한 생각에서부터다. 이때는 자석에 철사를 이용하여 테이핑해서 사용했었고 원래는 스폿용접기를 이용하여 작업한다는 것을 알게 되면서 무턱대고 정보를 수집하고 겁없이 만든 것이 가장 저렴한 중국산 회로를 사용한 위 처녀작이다.

지금 보면 주절주절 잡설이 참 많은 글인데, 하이박스라는 것을 알게 되고 또 가공에 자신감이 붙어 이후 다양한 DIY로 이어지게 된 나름 기념비적인 작품인데, 지금은 해체되어 없는 작품이다.

6개월 정도 잘 사용했으나 정밀한 타임 조정이 어려운 아날로그 방식이라 스폿 칠 때마다 연습용 스폿을 쳐보고 나서야 안심하고 작업했기에 늘 정밀한 타임 조절이 가능한 아두이노 스폿회로를 써보고 싶다는 생각을 했었다.

 

2호기

 

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

<작은 하이박스(200X150X130)로 다시 만든 스폿용접기> 작년에 만든 처녀작을 계속 써오다 불편한 점을 개선하려고 만든 업그레이드 버전이다. 코어는 기존 코어인 2K 구리 링코어를 그대로 사용했��

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처녀작을 사용하면서 불편한 점을 해소하는 데 중점을 둔 스폿기다. 오토스폿의 호기심에 이훈섭님의 컨트롤러를 사용했고 하이박스 크기가 비좁은 작업테이블에 놓기에는 부담되었던 바 링코어만 겨우 들어가는 작은 케이스로 제작했다. 항상 작업대 위체 두고 언제든 쉽게 스폿을 칠 수 있게 되었는데 이에 큰 의미를 두고 있다.

오토스폿의 편리함을 알게 되었고 수동은 더 이상 사용하지 않게 되었다. 시작시 화면에 개인 아이디를 넣으면 좋겟다는 생각에 아두이노 스폿회로를 공부하기 시작한 계기가 되었고 아두이노의 가능성에 살짝 놀랐다.
현재 2호기는 다른 분이 사용하고 계신다.

 

3호기

 

3K 링코어 AC 오토스폿용접기 자작 회로를 이용한 제작기 - 아두이노 스케치 파일 커스텀 버전 소

필자는 이미 AC오토스폿용접기를 보유하고 있다. 2K 용량의 구리 링코어로 만들었고 0.2t 니켈도금 플레이트를 4ms에서 가능할 정도로 충분한 성능이다. 그럼에도 스폿용접기의 핵심이라 할 수 있�

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우연히 3K 링코어를 구하게 되어 만들어 본 스폿기인데 성능이 2K만 못하다. 다양한 원인이 있을 텐데 일단 링코어의 출처가 불분명하고 상태 또한 조금 거시기(?) 한 것이 문제였다. 물론 0.2t도 스폿이 가능하지만 명세기 3k 급이 10ms를 훌쩍 넘어가니 돈 받고 분양하기에는 조금 찝찝해서 이홈메이드 카페 회원분에게 무분했다. 잘 사용하고 계신지 궁금하다.

 

4호기

 

1.5K 링코어 AC 아두이노 오토 스폿용접기 4호 완성

예전에 제작하고 남은 부품 소진 및 회로 업그레이드겸 겸사겸사 제작했고, 이하 그 로그다. 이번 작업으로 스폿기만 4번 째 인듯 싶다. 어느 정도 노하우가 생겨 귀찮니즘 빼고는 특별히 어려운

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2호기와 비슷한 크기지만 용접봉 크레토스셋 체결 위치를 상단에 배치하고, 사이드에 링나사를 이용하여 거치대를 만들었다. 이거 정말 편하다. 성능도 2K 링코어를 사용한 2호기와 대동소이, 개인적으로 1.5K 링코어로 만든 타 스폿기 대비 뛰어난 편이라고 생각된다.

이 스폿기 역시 다른 분께 분양한 상태인데 돈을 받고 분양한 두 번쩨 스폿기다.

 

5호기

4호기와 완전 판박이로 직접 사용하기 위해 제작했는데 4호기와 대동소이해서 따로 포스팅하지는 않았다.
현재 컨트롤러 부품은 2개, 링코어는 1개가 있어 추가 제작이 가능하지만 비싼 권선값 때문에 일단 보류중이다.

 

 

 


 

 


서두가 길었다. 각설!!
이제 본격적으로 스폿기 성능에 관련된 요소를 짚어보자.

 

먼저 테스트 영상을 보자.

둘 다 분양한 스폿기로 왼쪽이1.5K 4호기, 오른쪽이 2K 2호기다.
둘다 성능이 비슷하고 0.2t 두께의 도금니켈바를 4~6ms 사이에 작업이 가능하다.

 

스폿 성능을 이야기하기 전에 스폿용접의 원리를 알아보자.

배터리 위에 니켈플레이트를 대고 위에 끝이 뾰족한 용접봉을 누른 채로 전기를 흘리면,
용접봉이 닿은 지점에 접촉저항으로 인한 열(
Joule 발열)이 발생하고,
그 열로 니켈플레이트가 녹아 변형이 되면서 누르는 압력에 의해 배터리의 극에 붙게 된다.

 

여기서 성능과 직접 관련된 요소가 전류량, 접촉저항. 열(Joule 발열) 그리고 용접 시간 등이고, 이외 용접재의 재질과 용접봉의 스팟 크기등 꽤 많은 요소가 유기적으로 작동한다. 하나씩 살펴보자.

 

 

접촉저항과 줄열(Joule 발열)

접촉저항이 높아야 순간적으로 열 발생량이 많아 니켈바의 변형이 쉽게 이루어져 잘 붙는다는 얘기다. 여기서 용접봉을 누르는 힘에 의해 영향을 받는 다는 것을 알 수 있는데, 너무 세게 누르면 접촉저항이 줄어들어 열로 변하는 에너지가 작아지고, 너무 약하게 누르면 두 용접재가 완전한 접촉이 안된 상태에 퍽!! 하는 소리와 함께 불꽃쇼를 볼 수 있다. 따라서 여러 번 테스트로 지긋이 눌러준다는 느낌의 적당히 센(?) 힘을 찾는 것이 중요하다.

 

 

스폿 시간(Spot Time)

얼마나 지속적으로 전기를 흘려줘야 니켈바가 녹아 붙는지의 문제인데,, 보통 용접한 스폿자국 밑으로 검게 탄(열화)부분이 없도록 짧은 시간에 이루어져야 한다. 길어질 수록 배터리 성능 저하를 가져올 수 있다고 하지만, 개인적으로 15ms 이하에선 크게 신경안써도 될 것 같다.

이 시간은 용접재인 용접재의 재질 니켈바도 순도 도금에 따라 조금씩 다른데, 순수 니켈보다 니켈이 도금된 플레이트가  더 짧은 시간에 작업이 가능하다. 허용전류는 순수 니켈이 더 높아 고방전에 주로 사용하고 값도 더 비싸다.

보통 두께에 따라 허용전류가 다르고 0.1t/0.15t/0.2t가 보편적으로 많이 사용되는데 아쉽게도 순수니켈을 아직 사용해보지 않아 도금니켈바 기준을 이야기하면,, 가장 두꺼운 0.2t 스폿시간을 15ms 정도로 잡는 것이 일반적이고, 링코어의 성능을 제대로 끌어낸 다면 1.5K 기준 4ms 도 충분히 가능하다.

0.1t의 경우 손선풍기와 같이 전류량이 작은 경우 사용되고, 0.15t는 일반적으로 충전식 혹은 일방방전 배터리에 많이 사용된다. 청소기와 같이 순간적으로 대전류가 필요한 모터류의 제품엔 0.2t 이상을 사용해야 한다.
0.2t가 없다면 0.15t를 두 번 스폿하기도 한다.

참고로 연속 스폿 작업량과 시간이 길어질 수록 용접봉에서 열이 발생하는데, 온도는 용접봉 자체의 저항 값을 키워 성능이 균일하지 않게 되니 신경써야 하는 부분이다. 스폿기 성능 차원에서 굳이 얘기하자면 말이다.

 

 

전류와 전압

시간 단축에 가장 큰 요소가 전류량인데, 이는 변압기의 성능에 따라 좌우되고 그 성능도 천차만별이다. 어떤 코어로 제작할 지 선택하는 것이 스폿기 제작에 시작점이라고 할 수 있는데 10바퀴 기준으로 나오는 2차 전압에 따라 유효 전류량이 결정된다.

예를 들면 에너지불면의 법칙에 따라 2K (2000VA) 링코어를 사용할 때, 2차 전압을 10바뀌를 감아 7V가 나왔다면 2000/7=285.7A의 전류가 흐른다는 계산이 나온다. 물론 원래 변압기에 기록된 효율과 역률과 손실 분 감안하면 이 보다 훨씬 더 낮겠지만 말이다. 대충 90% 언저리가 아닐까 싶다. 일단 보수적으로 이론치를 기준으로 2차 권선의 두께를 선택한다.

구글링해서 가져온 다음 표를 보자

딱 이거다 싶은 표를 못 찾아 계량기 선택시 참고하는 표를 가져왔다. 이 표의 신뢰도 또한 잘 모르겠다.  게다가 2C기준이라 1C와는 약간 차이가 있지 않을까 싶다. 케이블 제조사 혹은 각각의 케이블마다 저항치가 일정하지 않아 실측은 다르겠지만 대충의 가늠값으로 사용하면 될 것이다.

용접선으로 보통 25SQ, 35SQ, 50SQ 단면적의 연선으로 이루어진 1C 를 많이 사용하는데, 표는 2C기준이다. 뭐 sq 기준이라 대충 비슷할 것 같다.

25SQ - 149A
35SQ - 158A
50SQ - 225A

각각의 허용전류다.

허용전류는 전선의 저항 치에 반응하여 발생하는 열에 피복이 녹거나 화재로 이어지는 것을 방지하기 위한 안전장치라고 생각하면 된다. 따라서 피복을 어떤 걸로 하느냐에 따라 허용전류가 조금씩 달라지기도 하는데 어차피 열은 에너지이고 그 만큼 전류가 열로 낭비되는 것이라 허용전류보다 훨씬 많은 전류가 흐를 수도 있겠지만 케이블 자체의 열화로 수명도 떨어진다.

 

즉, 2차 전압을 10바뀌를 감아 7V가 나왔다면 2000/7=285.7A의 계산에 의해 적어도 289A의 70SQ를 사용해야겠지만, 이론적 보수적으로 잡은 전류량인데다가 스폿용접에서는 조금 예외인 것이,, 전류가 지속적으로 흐르는 것이 아니라 한자리 ms 단위로 매우 짧은 시간이라는 점이다.

케이블이 허용전류보다 꽤 많은 전류가 흐르는데 사용 시간이 매우 짧기 때문에 전선의 열화로 노후화가 적고 피복에 상관없이 비교적 안전다는 점이다. 그래서 기존 피복을 벗기고 작업이 쉬운 수축튜브를 사용하기도 한다.

보수적인 타협.. 50SQ 정도면 넘치지 않을까 싶다. 너무 두꺼우면 회전수가 작아져 전압을 맞추기 어렵고 조금 25/35sq로 더 낮추면 대량 작업시 손실분 물리적 허용전류등의 제한으로 전선 노후화는 물론 링코어의 100% 성능을 이끌어내기는 어렵다는 생각이다. 실테스시에 35sq과 50sq는 2~5ms 정도 차이가 생겼다. 물론 35sq도 사용하는데 지장은 없다. 성능 차원에서의 글임을 다시금 언급한다.

정리하면, 가장 좋은 것은 케이블 두께로 열손실없이 허용전류로 커버하는 것이고, 물리적으로 힘드니 전류 소모를 최소화하는 선에서 두께와 타협하는 것이다. 정확한 데이타가 없으니 판단은 위와 같이 연속 스폿을 20여 회 이상 진행해보고 케이블이 생각보다 많이 뜨겁다고 느낀다면 권선 두께을 키우는 게 좋을 것이다.

 

전압은

P(VA)=VI 공식에 의해 전압이 낮아지면 전류가 늘어나고, 전압이 높아지면 전류가 줄어든다. 용접에는 전류량이 많은 것이 좋지만 케이블의 물리적인 한계로 열로 손실되는 부분이 있다면 전압을 조금 올리는 것도 좋을 것이다. 이런 기준(?- 데이타가 없어 말하기 어려운 부분이다)에 준하여 보통 5~9V 사이를 추천한다. 7V 추천!!

 


 

 

기타!!

전류를 스폿 용접봉까지 손실없이...

전자렌지 EI 트랜스는 보통 600~700VA급의 출력을 가지고 있어 링코어 대비 많이 부족하다. 그럼에도 16sq/25sq 등으로 2차권선을 작업하고 5V 대에서 0.2t까지 작업이 가능한 성능이 나오는데, 이 때 필수 조건이 2차 권선과 용접봉의 직결이다.

따로 크레토스 단자를 이용해 체결식으로 만들면 성능이 떨어지는데 이유는 연결 부위에 접촉저항이 발생해 전류가 열로 소모되기 때문이다. 마찬가지로 링코어 역시 크레토스단자를 사용하지 않고 직결하면 성능은 좋아지는데 이것은 에너지 불변의 법칙을 고려해 갑자기 성능이 좋아지는 것이 아니라 원래 제 성능을 찾은 거라고 생각하면 될 것 같다.

돌려말하면 크레토스셋이 편리하니 이 손실분을 감안하더라도 충분한 성능을 내주는 링코어가 안성맞춤이라는 얘기다. 다만, 용접봉과 용접선, 그리고 크레토스단자와 용접선, 2차 권선과 링단자 체결부위 모두 납물로 체결 부위에 빈공간을 없애 손실되는 부분이 최소화되도록 꼼곰하게 작업하여 손실분을 최소화 해야한다. 필자는 캠핑 버너를 활용해 납물을 녹여 메꾼다.

 

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

문제는 지난 주 의도치 않게 새로운 링코어를 구하게 되면서부터다. 락시꾼님이 공개한 아두이노 소스와 회로도를 이용한 스폿용접기를 만들고 테스트를 하면서,, 갑자기 스폿이 안되기 시작했

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위 글을 참고하자. 같은 용량의 울퉁불퉁한 페트병과 일정한 두께로 이어진 페트병에 물을 가득채우고 뒤집었을 때 미세한 수압의 차이를 생각하면 될 것 같다.

마지막으로 용접팁은 니켈이랑 접촉하는 부위를 둥글게 타원으로 가공하면 깔끔한 용접 자국을 볼 수 있다.

 

 

이상과 같은 이유로 필자가 권장하는 스폿용접기 DIY 시 재원은 다음과 같다.

 

링코어 : 1.5K~2K
10 바퀴를 감았을 때 7V가 나와주는 링코어면 충분하다. 3K나 특히 5K의 거대 출력 링코어는 그 출력을 모두 사용한다면 너무 강력해 생활 DIY 전천후로 사용하기에는 부적합 할 수 있다. 현재 아두이노의 스폿컨트롤러의 최소 시간 1ms에서 도금니켈바 0.1t 혹은 0.2t를 배터리나 BMS 단자에 스폿할 경우 터질 수 있다는 얘기다. 그렇다고 대충 만들어 사용하기에는 너무 아깝고 무게 크기 또한 거대하다. 아두이노 타임 조절을 밀리초 아래 소수점(수백 마이크로초)단위까지 확장하면 220V의 반파 사이클 사인파의 어디를 타냐에 따라 성능이 들쑥날쑥할 가능성이 높다. (추후에 시험해볼 생각이다.)

반대로 1K도 잘 만들면 충분한 성능이 나오는데 대신 그만큼 꼼꼼하게 제작해야하는 수고로움이 수반된다. 이와 같은 이유로 1.5K와 2K급의 링코어를 추천한다.

주의할 점은 효울이 떨어지는 알루미늄코어의 경우 성능을 장담하지 못하고, 같은 출력의 변압기도 벤더마다 다 제각각이다. 가운데 홀 지름이 크고 권선의 두께가 튼실한 녀석을 고르고 색이 진한 갈쌕이면 알루미늄일 확률이 높다. 확인은 끝부분을 커터로 자르고 내부가 구리색인지 보면 된다.


2차권선 : 50sq
필자의 경우 25sq 6미터를 주문 3미터씩 2등분을 해서 피복을 벗긴다음 각각의 케이블 묶음에서 한 묶음씩을 빼고 작업한다. 정확히 계산해보지는 않았지만 대충 42~5Sq 정도 되지 않을까 싶다. 개인적으로 이게 딱 적당한 듯 싶다.

크레토스 셋을 이용한 탈착식 (이건 옵션)
아무래도 크레토스셋이 보기에도 좋고 편하고, 보관하기에도 좋다.


용접선 : 실리콘 4awg 혹은 6awg를 사용하여 30cm 길이로 짧게

용접선은 가급적 작업시 편해야 한다. 실리콘 케이블을 권장한다.
필자는 주석케이블의 6awg를 사용하고 있지만 4awg라면 더 좋겠다. 다만 비싸다. ㅎ


35sq 터미널 슬리브와 3mm 크롬동봉과 드릴척

이유는 단순.. 다양한 스폿팁이 있지만 수선을 위해 팁의 탈착이 좋고 가장 쉽게 구할 수 있는 것이 3mm 크롬동봉이기 때문이다. 개인이 만든 것이 성능이 더 좋을 수 있지만 훗날 또 구할 수 있다는 보장이 없다.


스폿 컨트롤러 : 1ms 단위로 조정되는 아두이노 스폿회로
락시꾼님, 이훈섭님, 나뭇꾼님, 송이아빠님, 올댓회로 등을 사용하거나, 아두이노 소스는 공개되어 있으므로 직접 만들어 사용할 수 도 있다.
중국산 회로의 경우 두 가지 문제로 권장하지 않는데, 정체모를 트라이익으로 링코어에서 사용중 소손 가능성이 매우 높고, 스폿 최소타임이 1cycle에 30%는 2.5ms 두 번 이루어져 5ms 가 된다. (최대는 1cycle * 50 = 835ms)
이 타임은 꼼꼼하게 잘 만든 링코어라면 1.5K 이상은 너무 강해 권선 두께로 성능을 일부 봉인해야 한다. 전자렌지 트랜스나 1K 링코어에 적합한 회로다.

 

 

+
이상은 그동안 몇 개 안되는 스폿용접기를 제작하면서 공부한 내용들이다.
특히 머리에 정리된 것들을 나열해보고 싶어졌고 혹 잘못된 정보가 있다면 바로잡고 싶은 생각에서 끼적인 글이다.
필자와 다르게 생각하시는 분들이 적잖을 것 같습니다. 태클 환영한다.
혹자에겐 도움이 되기를 바라며....

 

+
블로그의 글을 그대로 복사해서 퍼가시는 분들이 계시는데...
이는 검색엔진에 의해서 함께 저품질(?)의 블로그로 빠질 수 있으니 주의를 요합니다.
가급적 링크을 이용해주시면 고맙겠습니다.

 

 

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