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알리 회로를 사용하다 국내 회로로 바꾸시는 분이 많은데 간단하게 정보차원에서 국내 회로와의 동작에 대한 비교글을 써봅니다.

 

 

알리 판매페이지에서 사진을 하나 가져왔습니다.
일단 세븐세그먼트가 없는 모듈은 제외로 하고 위와같은 회로에 한하여 설명합니다.


스펙은 다음과 같습니다.

Feature:
The control panel of the spot welding machine is a controller which is independently developed for the DIY or the simple resistance welding. The principle of silicon controlled phase shifting triggering is adopted to adjust the time and the current to achieve the purpose of welding.

The main features of this controller:
1: the use of STM8 industrial microcontroller control center.
2: strong and weak electricity through optocoupler isolation, safe operation.
3: the power line and the foot switch line adopts the screw free fast connection terminal, more convenient and reliable.
4: input time, current using high-precision single potentiometer, to ensure reliable input, convenient
5: on-board power supply, state, foot, trigger indicator, working state clearly visible.
6: the design of reliable zero crossing detection circuit to ensure that the SCR phase shift accuracy.
7: the controller is compatible with 100A scr.
8: digital control interface, you can display the current time and current settings.
9: time input 1-50, unit cycle (1 cycles is 20ms), current input (30-99%)
 

항목 대부분 별 의미없고 9번 항목을 보면 타임은 1~50까지 그리고 전류는 30-99%까지라고 표기하고 있고, 1cycle 20ms는 중국의 50Hz기준입니다. 따라서 최대 용접시간은 국내 60Hz 기준, 50 cycle, current  99%833ms(13.83초)까지 입니다. 참고로 배터리 스폿용접은 품질관계로 보통 20ms이하 0.3t도 50ms 이하로 사용됩니다. 배터리를 제외한 그 밖의 용도로 조금 높은 타임을 사용하기도 합니다.

뒤에서 다시 설명하겠지만 CURRENT조절은 입력 전류를 제어하는 것은 아니고 AC 사이클의 일부만 전원을 인가하는 방식, 예를 들면 30%는 AC 1 cycle의 30퍼센트만 사용하는 방식이라 실제 전류 컨트롤은 아닙니다. 이 부분은 많은 분들이 착각하십니다.

 

추가로 회로에서 가장 중요한 부품이 실제 전류를 스위칭하는 트라이악이라는 소자인데  BTA100-800B을 사용하고 있습니다.
 

BTA100-800B.pdf
0.51MB

 

예전에는 정보조차 찾기 어려웠는데 지금 찾아보니 datasheet가 공개되어 첨부해봅니다. 스펙에 따르면 100A로 엄청난 전류량을 지원하지만 제조사가 듣보잡이라 정확히 어느정도까지 지원하는지 알길이 없습니다. 40A제품도 있지만 1K링코어에서도 망가지는 사례가 많은 걸로 보아 스펙의 반의 반도 안되는 듯 합니다.

 

이 소자만 떼어내어 국내회로에서 많이 사용되는 BTA41로 교체하시는 것도 좋은 방법입니다.


5K급의 링코어의 경우 22A이므로 정격전류 25A의 BTA26 정도만 되어도 충분하지만 BTA41과 가격차이가 크지 않아 넉넉하게 BTA41을 권장합니다.

정품을 사용한다면 허용전류때문에 망가지는 사례는 거의 없고 대부분 용접순간 게이트가 열리면서 발생하는 높은 서지전압으로 망가지는데 이때문에 서지를 흡수해서 태워버리는 스너버회로를 추가하여 보호하고 있습니다.

BTA41도 중국에서 구입하면 10분의 1 정도되는 300원대에 구입이 가능하지만 100프로 짝퉁으로 1KVA 링코어에도 한 두번 스폿시 망가져서 대충 5A 이하로 추정됩니다. 두 개 이상을 사용하면 2KVA 이하에서 그럭저럭 버티는 듯 합니다. 저렴하게 만들고 싶다면 가성비차원에서 중국산 BTA41 두 개 이상을 병렬로 연결하면 가능한듯 보이지만 병렬연결시 부작용도 있어 정품 한 개를 사용하는 것을 추천합니다.

 

 

각설하고,

이제 실제 스폿 타임을 계산해봅니다.
두 가지 항목을 조정해야해서 쉽게 이해가 안되는 방식이라 원리를 이해하고 있어야 사용하면서 감이 올 듯 합니다.

들어가기에 앞서, CURRNET값이 실제 등분치를 나타내는 건 아니라고 판단 단순하게 반사이클(1/2cycle) 의 백분율로 계산했습니다. 따라서 대충 이런 구조라는 것만 알면 될듯 합니다. 만약 등분치라면 CURRNET 50 이하의 스폿시간은 실제 더 늘어납니다.

 

3개의 예제가 있습니다.
1사이클(16.66ms)을 단위로 움직이고 Current는 1/2사이클(8.33ms)로 끊어서 조정, 끝나는 지점은 제로크로싱 포인트입니다.

  • 01 / 30
    1 cycle 동안 1/2사이클 각각 30%만 사용 흐르는 시간은 2.499ms이므로 결과 4.998ms
  • 01 / 99
    1 cycle 동안 99%는 100%와 동일하게 취급, 전 구간을 사용하니 16.66ms
  • 02 / 30
    2 cycle의 30% 결과 대략 10ms(9.9996ms)

 

CURRENT값이 99%이하에서는 기본적으로 매우짧은 시간동안 다단스폿이 이루어진다고 보면 될 듯 하고, 최소값은 대략 5ms(01/30) 라고 보면,,  효율(?)높은 2KVA 이상의 링코어에서 도금 니켈 0.1t에 사용하기에는 최소값이 너무 커 효율이 떨어지는 EI코어에 맞추어진 회로라고 보시면 될 듯 합니다.

또한 두 조정치의 조합 전체 스폿시간은 같더라도 그래프의 사용된 구간에 따라 면적(전력)이 다르니 스폿 품질이 다를 수 있습니다.

 

 

 

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사진은 제가 직접 제작해서 분양하고 있는 회로입니다.
타임 조절은 방식은 국내 아두이노를 이용하여 제작하고 있는 유명한 회로가 대동소이합니다. (전류 균등값으로 조정하는 회로도 간혹 있습니다만...)

 

 

계산단위는 반주기(1/2 cycle)로 8.33ms 입니다.
마찬가지로 끝나는 지점이 제로크로싱 포인트이므로 설정값에 따라 끝나는 지점을 찾고 거기서 부터 역산하여 시작 지점을 정하고 중간에 끊어짐이 없이 연속적인 것이 특징이고, 실제 설정된 시간만큼 정확히 전류가 흐르기때문에 직관적입니다. (설정에 의해 다단스폿을 지원합니다만 여기서는 예외로 합니다.)

 

  • 첫 번째 스폿타임 2ms의 경우 제로크로싱 포인트 전 2ms
  • 두 번째 스폿타임 2ms의 경우 제로크로싱 포인트 전 7ms
  • 세 번째 스폿타임 10ms는 제로크로싱 포인트 1.67ms 앞에서 시작해 다음 반주기의 끝지점에서 종료

알리회로 3번째의 9.9996ms와 아두이노 회로의 10ms는 시간은 비슷하나 사용된 AC 사인파의 구간이 다르니 품질도 다릅니다.

 

 

추가로,,

2ms의 스폿출력은 1ms의 정확히 두 배가 아닙니다.

220VAC는 0V에서 311V까지 사인파를 그리며 움직입니다. 따라서 반주기의 꼭지점인 4ms 근처에서 최대 전압이 되었다가 다시 낮아지기때문에 타임에 따라 정확히 배수로 동작하지 않습니다. 사용된 그래프의 구간에 따라 출력량(VA)이 다르기때문입니다.

그래프의 면적을 적분하고 균등분할하여 코드에 반영할 수도 있겠지만 이러한 원리만 알고 있다면 타임으로 컨트롤 하는 것이 여러모로 직관적이고 편하기때문에 굳이 회로에 적용하지는 않았습니다.

 

감사합니다.

 

 

 

 

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