알리발 스폿용접회로와 분양중인 아두이노 회로의 타임계산법

 

 

 

들어가면서..

 

저렴한 중국 알리 회로(아래)를 사용하다 문제가 생겨 제 회로로 바꾸시는 분이 꽤 많습니다. 이 회로는 몇 년 전 국내 아두이노 회로가 제작되기 전 주로 사용되었는데 잦은 트라이악의 파손과 컨트롤 오류로 지금은 사용하시는 분이 그다지 많지는 않고 개인적으로도 추천하고 싶지는 않습니다.

그런데 사용하시는 분도 전류와 시간만으로 대충 이해하고 정확히는 어떻게 스폿타임이 결정되는지 잘 모르시는 분이 많기에 정보차원에서 간단하게 설명하고 현재 분양중인 회로와 어떤 차이가 있는지 비교해서 올려봅니다.

 

 

중국산 알리 회로 (세븐 세그먼트 버전)

 

 

 

 

알리 판매페이지에서 사진을 하나 가져왔습니다.
일단 세븐세그먼트가 없는 모듈은 제외로 하고 위와같은 회로에 한하여 설명합니다. 7천원짜리 숫자표기가 없는 버전도 비슷한 방식이지만 두께에 따른 균일한 스폿강도를 유지하기 어려워 거의 사용되지 않습니다.

 

5.17US $ 48% OFF|40a/100a Spot Welder Module Spot Welding Time And Current Controller Control Panel Timing Current With Digital

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%가 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.

BTA41-600BRG

 

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.

BTA41은 중국의 알리익스프레스에서 300원대(국내 디바이스마트의 10분의 1)로 저렴하지만, 100프로 짝퉁입니다.
두 개 이상을 병렬로 사용하면 그럭저럭 버티는 듯 하지만 두 칩이 완전하게 동일한 성질이 아니면 전력이 한쪽으로 집중되어 소손될 가능성도 있으니 가급적 정품 한 개를 사용하는 것을 추천합니다.

 

그 밖의, 처음엔 잘 되다가 어느 순간 컨트롤이 먹통이 되거나 수치값이 자동으로 움직이는 문제가 있는데 개인적으로 문의주시거나 카페에도 심심찮게 보고되고 있으니 참고하시기 바랍니다.

 

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(1%는 제로크로싱 구간), 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 보면됩니다.

효율(?)높은 1.5KVA 이상의 링코어를 사용할경우 도금 니켈 0.1t을 사용하기에는 최소 설정 강도가 너무 큰편이라 효율이 낮은 EI코어에 맞추어진 회로라고 보시면 됩니다,

0.1t를 위해 용접선 두께를 얇게하여 전류량을 줄여주는 방법이 있는데 타임이 길어 열화가 생길 가능성이 크고 반대로 0.2 t 이상에서는 성능이 떨어지므로 여러모로 애매한 회로입니다.

중국산 스위칭 소자인 트라이악과 함께 이 문제때문에 추천하지 않는 가장 큰 이유입니다.

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

 

 

 

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분양 중인 아누이노 회로

 

사진은 제가 직접 제작해서 분양하고 있는 회로입니다.
타임 조절은 방식은 국내 아두이노를 이용하여 제작하고 있는 유명한 회로가 대동소이합니다.

%% V3.0에서 파워모드가 추가 되었습니다. 아래 링크를 참고해주세요~

 

 

 

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,,
DC 방식과는 다르게 AC에서의..

2ms의 출력은 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, 이 점만 알고 있다면 타임으로 컨트롤 하는 것이 오랫동안 국내 자작인들이 사용해오던 방식이므로 직관적이고 설명하기도 편하기때문에 굳이 회로에 적용하지는 않았습니다.

이를 정확하게 등분으로 나누어 조절하는 방식이 V3.0에 추가되었습니다.

 

 

 

 

업데이트

 

[2023-04-08] AC 오토 스폿용접기 컨트롤러 회로 - 펌웨어 V3.0 릴리즈!!

V3.0이 릴리즈 되었습니다.
PWR 모드를 두어 조절을 타임방식과 파워방식 모두 선택해서 사용할 수 있도록 했습니다.
전력균등분할 방식은 위 글에서 자세히 볼 수 있습니다.

 

 

감사합니다.

 

 

AC오토 스폿회로 분양 페이지

AC 오토 스폿용접 회로 2024년형 리뉴얼 분양 페이지 - 후니파파 ^▽^)/

 

 

 

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스폿용접이 성능(팁, 강도, 슬롯)에 관하여 - 엔지니어링 저널 기고문 참고!!