Transformátor

Klasickým zdrojem pro žhavení drátu je síťový transformátor - typicky 230V / 24V.

Transformátor produkuje napájení drátu střídavým proudem. Pro řezání je jedno, zda drátem teče stejnosměrný nebo střídavý proud. Transformátor by měl být dostatečně dimenzovaný, aby snášel trvalé zatížení 100W. Regulaci proudu je možné řešit připojením na různé odbočky sekundáru trafa, pokud je má, odporníkem v sérii s pilou, nebo nějakou pulzní polovodičovou regulací. Já mám na primáru svého trafa tyristorovou regulaci za starého vysavače. Regulace jdou koupit jako samostané díly nebo elektronické stavebnice.

To moje trafo v kanystru na fotce nahoře je taky historie. Vzniklo, když jsem byl kluk. Rok cca 1980, chtěl jsem řezat odporovým drátem, ale tehdy se nedaly koupit kombinačky, natož trafo požadovaných parametrů. Můj táta sdělil problém svému kamarádovi a ten na to, že když se trafo nedá koupit, tak že si ho s jeho pomocí vyrobím! Byl jsem v devítce, koukal jsem na něj jako puk. Provedli jsme výpočet, tedy já jen jak cvičená opička počítal na kalkulačce vzorečky, pak jsme šli k němu do garáže, kde měl různé transformátorové plechy a smaltované dráty různých průřezů, a trafo jsme namotali. A funguje dodnes! Inženýr Jirásek.

Povídání o výrobě transformátoru k řezačce

autor: Jiří Blabol

Dostal jsem několik podobných dotazů, které mají společnou žádost. Jak získat zdroj a regulátor k řezačce desek EPS nebo EPP. Rozhodl jsem se, že tedy zde vypíši svoje zkušenosti.

Tedy jako nejednoduší a zároveň nejspolehlivější, odolávající i různým omylům, tedy nejvhodnější pro klubové využití, je zhotovit speciální trafo, které se bude používat jenom pro tento účel. Já jsem podobný zdroj zhotovil pro klub asi před 25lety. Zatím se nikomu "nepodařilo" tento zdroj zničit. Je to v podstatě trafo, které má na straně sekundáru větší počet odboček, které jsou přibližně napěťově rozloženy podle obrázku níže. Jádro trafa má dostatečný průřez tak, aby mohlo být odebíráno na sekundární straně až 6A. Sekundár je proto vinut drátem o průměru asi 1,8 mm. Spočítat toto trafo, podle sehnaného jádra, by měl dokázat každý elektromechanik a protože u velkých průřezů jádra vychází málo závitu na 1V dá se zvládnout navinutí primáru i sekundáru bez specielní navíječky a počítadla. Největší napětí stačí i pro dlouhé řezací "pily". Čím je delší řezací přípravek tím potřebujeme vyšší napětí, abychom laicky řečeno, protlačili tak velký proud řezacím drátem, aby se ohřál na správnou řezací teplotu. Nastavení řezacího proudu se tedy děje vyhledáním vhodného napětí pro určenou délku a průřez řezacího drátu. Odbočky jsou vyvedeny na obyčejné zdířky a banánky od "pily" se zkušebně zasouvají podle potřeby. Pak stačí dát trafo do vhodné krabice na čelní stranu umístit příslušný počet zdířek, síťový vypinač, trubičkovou pojistku zapojenou do primáru, případně kontrolku zapnutí. Ještě připomínám, že je nutno dbát na dobrou isolaci primárního vinutí od sekundárního. Je to nutné, protože často se vám "povede" sáhnout si na sekundární napětí. To samo o sobě není nebezpečné, ale při průrazu isolace primáru hrozí nebezpečí úrazu. Pro toho, který si na výše popsané troufne, nebo se mu podaří přesvědčit známého elektromechanika, vřele toto řešení doporučuji. Můžeme pak vymýšlet nejdůznější řezací přípravky a používat i různé řezací dráty podle toho jak potžebujeme, aby byly dostatečně tuhé a pevné při řezací teplotě.

Dále popíši další často používané řešení. Sám něco podobného používám ve své modelářské dílně. Skutečný vzhled si můžete prohlédnout na následujících obrázcích. Není to jenom jednoůčelové zařízení. Tímto pulzním zdrojem se dají i nabíjet i nabíjet různé sady článků i autobaterie. Při nabíjení se musí ovšem hlídat včasné ukončení nabíjení. Nemá žádnou automatiku. Pouze udržuje stejný nabíjecí proud a tak se dá spočítat doba podle kapacity nabíjené sady.

Základem je dostatečně dimenzované trafo a řídicí elektronika. Níže je obrázek řídicí elektroniky. Princip je převzat z časopisu RC modely č.1 z roku 1997. Elektronika je konstrukcí pana Kroufka. Není pro ní ani potřeba kreslit základový DPS. Jednotlivé součástky jsou přímo propojovány vodiči nebo jsou na vývodech jiných součástek. Výběr jednotlivých součástek popíši postupně níže.

Tak nejprve trafo. Je potřeba sehnat trafo, které je dostatečně velké. Myslím tím, že by mělo mít na sekundáru alespoň 24V napětí a proud více jak 5A. Výkon na štítku bývá nejčastěji udáván ve voltampérech. Mělo by tam být napsáno alespoň 120VA. To je minimum raději 180VA i více. Pokud by jste šli podobné trafo kupovat tak bude stát kolem 1000Kč. Já jsem koupil trafo, ve výprodeji asi za 250Kč. Původně bylo použito ve stavebním přenosném rozvaděči pro bezpečné osvětlování. Primár 220V a sekundár 24V. Na štítku bylo napsáno 160VA což znamená, 160VA děleno 24V= asi 6,5A. Jestli bude stačit tento výkon si vyzkoušíme následujícím způsobem. Nejprve si určíme jakou nejdelší pilu budeme potřebovat. Seženeme si drát, který budeme používat na výrobu pily. Používáme různé materiály. Odporový nebo ocelový drát o průměru asi 0,5 až 0,7mm. Zatlučeme do nějakého prkna delší hřeby ve vzdálenosti, kterou určíme následně. Maximální délka řezané desky bude třeba 120cm. Připočteme 2x5cm to jest celkem 130 a přidáme na ztráty asi dalších 10cm. Vzdálenost hřebů bude tedy 140cm. Mezi tyto hřeby napneme, třeba obtočením konců drátu, který budeme později používat na výrobu pily. Na hřeby připojíme sekundár trafa pomocí běžné dvojlinky, která má minimální průřez 0,75mm. Tuto dvojlinku potom použijeme při výrobě přívodů k řezací pile. Kusem EPS zkusíme řezání. Pokud to jde přiměřeně volně je to dobré a máme ještě výkonovou rezervu. Většinou se ale stane, že sekundár 24V je málo. Pak tedy můžeme řezat jen menší délky, nebo si pomůžeme tak jak jsem si pomohl já. Většinou u těchto větších traf je ještě dost velká mezera mezi vinutím a trafoplechy. Přivinul jsem stejně silným drátem další vinutí, které jsem spojil se stávajícím. Jen je nutno dát pozor, aby se nepoškodila isolace při protahování drátu, a aby byl dodržen stejný smysl vinutí. Navinul jsem co se vešlo a napětí se tím zvedlo na 29V. Toto již při zkoušce vyhovělo.

Nyní diody D1,D2 a tyristory Q1,Q2. Musí být na proud větší než používaný. Tedy na více než 10A. V původním pramenu jsou použity jako D1,D2 staré typy KY715. Někde se ještě prodávají stejně jako původně použité tyristory KT702. Jinak vše můžeme nahradit moderními typy stejných nebo lepších hodnot. Moderní náhrady uvedu na konci článku. Obě diody mohou být umístěny na na jediném chladiči. Já jsem použil plech o rozměru 10x10cm. Na tento chladič se diody přišroubují. Každý tyristor je umístěn na chladiči stejných rozměrů. Jinak lze použít i žebrované chladiče menších rozměrů.

Ostatní diody. Zenerova dioda ZD1 je běžná dioda 7volt až 8volt pro výkon asi 1,3W. Diody D3 a D4 jsou běžné usměrňovací diody na 1A

Rezistor označený na schematu RL je vlastně řezací pila. Ostatní rezistory: R1 má hodnotu 1k a je na zatížení 1W, R2,R3 mají hodnotu 1k a jsou na zatížení 0,25W, stejné zatížení má i rezistor R4 o hodnotě 10k.

Tranzistoty: T1 je typu PNP-, T2 je typu NPN .

Ostatní součástky: Kondensátor C1 je potřeba svitkový o hodnotě 10n až 47n. Podle jeho hodnoty se mění citlivost regulace proudu. Potenciometr je běžný trim 68k nebo normální otočný potenciometr s knoflíkem o hodnotě 50k až 100k. Pokud použijete normální potenciometr je potřeba knoflík podložit tak, aby otáčení šlo ztuha. Aby nedocházelo k náhodnému přestavení.

Něco k provedení. Základem je nějaká deska ke které přišroubujeme chladící plechy, které mají tvar "L". Na nich jsou přišroubované diody a tyristory. Dozadu upevníme trafo. Vpředu je čelní deska na které může být pojistkové pouzdro, síťový vypinač, kontrolka zapnutí, připojovací svorky pro pilu, regulační potenciometr a případně i ampérmetr do 10A. Propojení provedeme podle schématu. Pozor na správnou polaritu jednotlivých součástek. Pokud toto dodržíme mělo by to fungovat na první připojení.

Zde je náčrt polarity vývodů polovodičových součástek a značení. Ostatní diody mají proužek na katodě.

Na závěr se ještě zmíním o použití zdroje jako nabíječky. Nabíjení autobaterie tímto zdrojem, bateriím svědčí. Je všeobecně známo, že pulzní nabíjení šetří baterii i celkově zrychluje nabíjení, protože můžeme nabíjet větším proudem. (Normál je 1/10C a zde můžeme jít na 1,5/10C.) Já toho využívám a proto mám na panelu ampérmetr a časovač, který podle vypočteného času baterii vypne. Pro řezání není ampérmetr potřeba. Stačí si udělat kolem knoflíku regulace stupnici a označit si polohu podle vyzkoušené hodnoty.

Nabíječka

Další možností, čím žhavit odporový drát pily, je modelářská nabíječka.

Modelářská nabíječka dovolí takový výkon, jako je výkon jejího zdroje. Tahle moje nabíječka dá max cca 24V a tím je omezen i proud drátem. Na kratší drát pod metr to stačí.

Problematické je v praxi zapínání napájení drátu i nastavování proudu. Nabíječka pomalu zvyšuje napětí, při změně proudu se dost dlouho čeká, než zvolený proud naběhne. Je to neoperativní.

Spínaný zdroj

Další možností, čím žhavit odporový drát pily, je laboratorní zdroj.

Laboratorní zdroje jsou transformátorové a spínané. Ty spínané mohou být bez galvanického oddělení jen se zemí výstupu spojenou se zemnícím kolíkem zásuvky, nebo galvanicky oddělené od síťového napětí 230V transformátorem pracujícím při vysoké frekvenci třeba 50kHz. Já jsem pořídil spínaný laboratorní zdroj čínské výroby Wanptek EPS6205 (cena 12/2024 1.700 Kč). Ten galvanické oddělení má. Mohl jsem volit mezi variantou max 30V a 10A nebo 60V a 5A. Zvolil jsem variantu 60V, mám tak rezervu pro delší drát, 5A bohatě pro tento účel stačí. Na metrový drát stačí těch 30V.

Zdroj je příjemně malý a pro účely řezání luxusní. Nastavení proudu je okamžité a snadno opakovatelné. Zdroj ukazuje napětí, proud i výkon, na teplotou drátu je tak perfektní kontrola. Zdroj má navíc tři paměti.

Zdroj má dvě tlačítka:
- POWER - zapnutí přístroje - rozsvítí se displej, mohu nastavovat napětí, proud
- OUT - zapnutí výstupu - na svorkách se objeví napětí a displeje začnou ukazovat, co se na výstupu děje - měří

Pokud zabere omezení proudu, svítí značka CC, pokud zabere omezení napětí, svítí značka CV. Když vypnu výstup, na svorkách je nula, mohu nastavovat. Nastavovat samozřejmě mohu i při zapnutém výstupu. Praxe je taková, že nastavíš dostatečně vysoké napětí, aby fungovalo omezení proudu. Nastavováním proudu potom řídíš teplotu. Ukazuje to i watty.

Tlačítko OCP - Over Current Protection - ochrana proti přetížení proudem. Slouží k ochraně zdroje a připojeného zařízení před poškozením způsobeným nadměrným proudem. Když je OCP aktivní a výstupní proud překročí nastavenou limitní hodnotu, zdroj automaticky odpojí výstup Nebo omezí výstupní proud na nastavenou hodnotu, ještě nevím.

Zdoj používám u svého CNC stroje - viz CNC řezačka horký drát HotWire ver1 a při ručním řezání.

Akumulátor

Pilu lze napájet i z modelářských pohonných akumulátorů.

Potřebné napětí se docílí třeba sériovým spojením dvou akupaků li-pol 3S. Proudy při řezání jsou nižší, než odběr modelářského motoru v letadle.