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Spot Welding/AC Spot Welding

전자렌지 EI 트랜스로 고성능? 스폿용접기 제작 스케치 - Feat 3D 프린터

글: HooneyPaPa 2023. 3. 1.
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시작하면서 (전자렌지 EI 코어에 대하여...)

 

 
변압기 AC 스폿용접기 제작에 있어 심장이라고 할 수 있는 핵심 부품입니다.

잠깐 썰을 풀자면, 예전엔 배터리 DIY용 AC 스폿용접기는 전자렌지에서 적출한 EI 타입의 변압기를 주로 사용했는데 출력이 약하고 효율도 떨어져 0.15t 도금니켈 정도에 만족해야 했습니다.
 

드릴과 같은 고방전 배터리팩 리필을 위하여 0.2t 이상이 절실했는데 아두이노 회로를 이용하여 같은 지점에 매우 짧은 시간(50ms이하) 여러 번 용접을 해서 억지로 붙이는 다단스폿도 등장했지만 결국 극적인 성능향상은 없고 배터리가 손상되는 사례도 있어 보편화되지는 못했습니다.
 

결국 EI보다 출력과 효율이 높은 링코어(트로이달)아두이노를 이용한 ms 단위 정확한 미세조정이 가능하게 되면서 국내 DIY인들이 사용하는 스폿기의 성능은 어렵지 않게 0.3t도 용접이 될 정도가 되었습니다. 커뮤니티 중심의 집당지성의 힘입니다.



정리하면,
스폿용접기 만들때 가정용 전자렌지에서 적출한 EI 트랜스기피하는 이유는 다음과 같습니다.

1. 출력 : 가정용 전자렌지 EI 트랜스는 아무리 출력이 높아도 600~700VA (vs 링코어는 1000~5000VA)로 약합니다. 스폿용접은 줄(Joule) 발열을 이용하는데 0.2t 이상을 녹이기 위하여는 짧은 시간에 많은 전류(200A이상)가 집중되어야 하는데 전자렌지 EI 출력이 물리적으로 약하기 때문입니다. 제작하면서 2차 권선에서 용접 팁사이 조금이라도 손실이 생기면 0.2t 스폿은 힘듭니다.

2. 효율 : 링코어 대비 대략 10% 떨어집니다. 
E 철심과 I 철심을 포개서 만드는 구조라 결속부분 누설자속이 심합니다.

3. 제작 난이도 : 노하우나 적절한 공구가 없다면 2차 권선 제거가 매우 까다롭습니다.

 

그 밖에 구리 손실과 발열 그리고 소음이 크다는 단점도 있고,, 결론적으로 어찌어찌 잘 만들어 0.2t가 붙어도 용접 시간이 길어 몇 번 스폿만 해도 팁이 뜨거워져 장타 작업이 매끄럽지 못하다는 점입니다. 배터리 손상을 최소화하기 위하여 최대한 짧은 시간에 용접부 주위에 탄 흔적(열화)이 없는 것을 목표가 되어야 하기 때문에 현재 EI 코어는 가성비 측면에서 거의 사용하지 않는 분위기입니다.

 

 


 

 

작업 로그

 

그렇게 관심도 없고 한 번 만들어본 사람이라면 추천하지 않는 전자렌지 EI 코어로 스폿용접기를 만들었습니다. 창고 정리 중 하나가 툭 튀어나와 초~ 컴팩트하게 제작하면 부담없을 듯하고 무엇보다 호기심에 겸사겸사....
 

가장 먼저 2차 권선을 적당한(?) 공구로 제거해줍니다. 전자렌지의 경우 220V를 초고압으로 승합하기 때문에 매우 얇은 에나멜 동선이 감긴쪽이 2차측입니다.



 인터넷에 노하우가 적잖게 공유되어 있기때문에 조금 찾아보면 힘들기는 하지만 시간을 들이고 천천히 작업하면 불가능의 영역은 아닙니다. 다만, 저처럼 방안에서 작업할 경우 구리파편들로 난장판이 될 수 있으니 유의해야합니다.
 
 

 


 


2차 권선을 제거하고 600VA / 6V = 100A 이므로 허용전류 100A의 25sq 로 다시 감아주었습니다.

여하튼 정신없이 감다보니 몇 턴을 감았는지 수축튜브에 가려 잘 보이지는 않지만 대충 5턴 정도 되는듯 하고 2차 전압도 4.5V라 목표치 보다 낮지만 도저히 더 감을 재주가 없어 그냥 진행합니다. 마지노선이 5V 정도인데 살짝 걱정이 되는 순간입니다. ㅎ
 
 

 

 

 

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편의를 위해 실리콘 케이블을 사용한 용접선입니다. 2차 권선을 길게 빼서 스폿용접선으로 직결하면 그나마 성능이 유지가 되겠지만, 제작 난이도가 올라가고 그럴싸하게 마감할 방법이 잘 안떠올라 일부러 돈도 써 성능이 하락되는 방법을 택했습니다. ㅎ

실리콘 6게이지 케이블 1m에 6700원 배송료 3천원을 더하면 9,700원, 3mm 용접전용 드릴척은 올댓다이에서 한 쌍에 배송표 포함 8천원 해서 토탈 17,700원을 지불했습니다. ㅎ

3mm 크롬동봉은 여분으로 몇 개 가지고 있어 추가로 구입하지는 않았습니다.
 

 


 

2차 권선과 용접봉은 결합식이 아니라 사진처럼 연결하고 납물로 마감했고 케이블 그랜드를 통해 케이스 밖으로 뽑아낼 생각입니다.

대충 코어작업은 끝났고 이제 하우징작업을 3D프린터로 제작해봅니다.
 
 

 


 

케이스 모델링

 

 
모델링 프로그램은 퓨전360을 Education License 버전을 사용하고 있습니다.

최대한 콤팩트한 디자인에 방점을 찍다보니 결과로 양쪽 커버 포함한 하우징의 크기는 대략 150x130x130mm 정도됩니다. 또한 EI 코어 자체의 무게가 상당하니 평소보다 외벽의 두께와 지지하중을 견딜 수 있도록 신경썼습니다.
 
 

 

 

출력시간은 하루가 조금 넘게 걸려 요즘 난방비다 전기세다 죄다 오르고 있는 시국이라 걱정이 되기는 했습니다. Cura 5.2.2 버전을 사용해봤는데 서포트가 얇고 깔끔하게 나와서 만족스럽습니다.
 
 


 

양쪽 커버 출력
밋밋해서 번개 모양의 심볼을 넣어보았는데 나름 있어보입니다. ^^
 
 

 

 

부품 장작 및 조립

 

부품들 장착합니다.
사용한 부품들은 다음과 같습니다.

회로의 CLCD, 엔코더, 스폿 LED홀더, 케이블 그랜트, 손잡이, 수동스폿용 DC잭, 15A 토글 스위치, 퓨즈박스(수지 1.5K 변압기에서 적출), 220V 전원 소켓

회로는 필자가 설계 제작하고 분양하고 있는 "AC 오코스폿회로"를 EI용으로 개조하여 사용했습니다.
 


 

 

케이블 결선하고 케이스 내부에 실장한 모습인데 공간이 작아서 복잡복잡합니다. 바닥엔 스폰지 테잎을 발라서 스폿시 떨림을 잡도록 했고, 회로는 쿠킹호일로 감싸서 전자파의 간섭을 막도록 했습니다.

 


 
 

 

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완성

 

완성된 모습입니다.
콤빽토!! 한것이 노란색과 검정색이 디월트 스타일과 비슷합니다. ^^;
 
 
 

 

용접봉 손잡이도 3D프린트로 출력해서 고정해주었습니다.
 
 


 

케이블그랜트 M16 사이즈인데 내부 고무패킹을 빼면 6awg 실리콘 케이블이 딱 들어 맞습니다.
 

 

 

용접선 홀더가 추가로 필요할 듯 해서 디자인해서 양면테잎으로 붙여주었지만 편한 위치를 잡고 순간접착체로 순접하거나 나사로 고정해줄수도 있습니다.
`
 
 

 

오른쪽 도금 니켈 0.3t까지 손쉽게 가능한 수지형 링코어 1.5K로 만든 스폿용접기와 비교해봤습니다.
둘다 콤팩트합니다. ^^
 
 


 

 

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성능테스트

 

0.1t - 8ms 에서 찢어짐
0.15t - 20ms 에서 찢어짐
0.2t - 실패!!
 

성능은 딱 예상했던 수준입니다.
다만 여기서 더 시도 해 볼 수 있는 것들이 있기는 합니다.

  • 2차 권선 1~2회 더 감기
  • 용접선 연결지점 추가 보강
  • 용접팁과 용접선 연결부 추가 보강
  • 용접선 길이 조금 짧게...

나중에 이 부분이 보강해서 의미 있는 변화가 있다면 이 페이지에서 업데이트 해보겠습니다.

 

 

 

 

케이스 3D 프린팅용 STL 파일

Housing.zip
0.27MB


 
 


 

마치며

 
나름 꼼빽또~ 하고 딱 기대했던 만큼 약하고 귀여운 스폿기가 세상에 나왔습니다.

성능이 조금 아쉽긴 하지만 손선풍기나 블루투스 스피커등 배터리 리필부터 스쿠터나 전기 자전거와 같이 병렬로 연결된 팩도 0.15t를 사용하니 쓰임은 있어보입니다. 0.2t 이상이 필요한 팩은 0.15를 두 겹 겹쳐서 스폿하면 되기는 합니다.

개인적으로는 많이 아쉽긴 합니다.
링코어로 제작한 용접기와 비교하면 성능은 많이 떨어지지만 대신 부피가 작아 가정용으로 쓰임새가 있을듯은 합니다.


긴글 읽어주셔서 감사합니다.

 

 

 

EI 트랜스 변경

- 2023년 3월 11일 업데이트 -

 

카페에 스폿용접기관련하여 나름 진심이신 분이 계신데 성능이 좋은 변압기가 있으니 제가 분양하고 있는 회로와 물물교환하자고 하여 선뜻 수락했습니다. 뭔가 밑지는 장사인가 싶지만 서로서로 재능기부다 싶기도 하고...

변압기 상단에 수치값은 그 분이 뭔가 계산해서 적어논 듯 한데 1차 코일의 인덕턴스 값인듯 하지만 이해가 안가서 잘 모르겠습니다. 여튼 0.2t만 어떻게 가능해야 스폿기로서 손색이 없고 나중에 분양하더라도 사용하시는 분이 만족할 수 있기 때문에 교체작업을 했습니다.

 

 

25sq를 수축튜브 작업을 하고 최대한 감아보려했지만 2차측 홀사이즈가 너무 작습니다. 기계가 아닌 손으로 5바퀴 이상 감는 건 물리적으로 불가능에 가깝지 않나 싶습니다.

 

 

 

갈갈이 작업한 18650 양극기준

0.1t : 4ms
0.15t : 16ms
0.2t : 40ms 가능 45ms 확실하게 찢어지지만 너무 타임이 길어 장타는 어려움

 

귀찮아서 동영상은 따로 찍지 않았고 테스트 결과만 첨부합니다. 0.2t 에서 극적인 향상은 없고 불가능에서 가능으로 바뀐것에 의미가 있을 듯 합니다. 다만 2차 권선이 조금 더 두껍고 감은 횟수도 더 많아서 코어때문에 성능이 증가된건지는 미지수입니다.

용접선과 권선을 이어붙이는 지점이 조금 부실하긴 합니다. 유압식압착기를 하나 주문해야겠습니다. ㅎ

여하튼 0.2t 스폿타임이 45ms 정도라서 다량의 셀을 스폿용접시 상당한 열로 중간중간 식혀주어야 하기는 하지만 아주 약간!!의 성능향상이 있었고 결과적으로 가정용으로는 손색이 없을 듯 합니다만... 역시 아쉽습니다. ㅠ

아마 전자렌지 EI 트랜스 하나로 제작한 가장 작은 컴팩트한 스폿용접기가 아닐가 싶습니다.
감사합니다!!

 

 

 

 

 

EI 트랜스 출력 뻥튀기 실험 !!!

 

 

전자렌지 EI 스폿용접기 2배 성능뻥튀기 개조 후 0.2t/0.3t 테스트 결과

대략 3개월쯤 전에 전자렌지 EI로 만든 스폿기입니다. 전자렌지 EI 트랜스로 스폿용접기 만들기 - Feat 3D 프린터 시작하면서 (전자렌지 EI 코어에 대하여...) 변압기는 AC 스폿용접기 제작에 있어 심

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아무리 생각해도 0.2t 가 너무 아쉬워 추가 실험끝에 EI 스폿용접기 0.3t까지 가능한 끝판왕까지 끌어올렸습니다. 수지 1.5K 링코어로 제작한 스폿기와 견주어도 손색이 없을만큼의 성능입니다. 다만 용접선이 너무 가늘어 장타는 쉬엄쉬엄... 자세한 사항은 위 페이지를 참고하세요.


여하튼 좌충우돌의 결과가 상당히 만족합니다.

이 뻥튀기 방법은 다소 위험할 수 있으니 참고만 하시고 처음 작업하시는 분들은 성공확률이 높은 링코어로 작업하시길 권장합니다.


이것으로 좌충우돌 EI 스폿용접기 제작을 정말!!로 끝마칩니다.

 

 

 

 

 

 

 

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