Günstige Steuerelektronik für Mig Mag Schweißgerät

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glenn

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Hallo,

wie man in meinem Parallelthread sehen kann beschäftige ich mich derzeit mit Drahtvorschubkoffern. Nun hab ich Zwischenzeitlich noch einiges mehr an kompletten Kofferwracks und Vorschubmechanik zusammengetragen, die ich in etwas funktionierendes verwandeln möchte. Mein größtes Handicap dabei ist derzeit die Steuerelektronik.

Nun denke ich als lernfähiger Elektroniklaie darüber nach selbst etwas zu basteln. Meine Vorstellungen sind wie folgt:

-Basis: Arduino mit einer H-Bridge bzw. einem Motor-Treiber. (mit dieser wird zum einen die Drehzahl als auch die Modi: Vorwärts, Rückwärts (nicht notwendig) und Bremsen realisiert)
-Betriebsspannung DC Motor: 24V-42V
-Leistung Motor bis 120W (--> ich würde die H Bridge mit gut 5-10A Stromfestigkeit ansetzen)

Kennt jemand eine fertige beschaff und bezahlbare H-Bridge IC, die das aushält? Zusätzlich soll der Arduino noch ein paar Relais bekommen, die das Magnetventil und den Hauptschütz steuern. Da ich mich bisher nur oberflächig mit H-Brücken beschäftigt habe hät ich auch gleich noch eine Frage: Wie ist das bei so einer H-Bridge IC, verträgt diese direkt die Wechselspannung die ein Transformator liefert oder muss ich diese vorher mit Dioden oder dergleichen Gleichrichten?

Freibrand, Nachströmzeit etc. sollte alles per Software machbar sein (letzteres packe ich in vernünftiger Qualität zu entwickeln). Ich stelle mir vlt. sogar etwas in Synergic Richtung vor. Meine Geräte sind vorwiegend Stufengeschaltene Schweißstromquellen. Wenn die Steuerung nun die jeweilige Spannug messen könnte, dann könnte ich Funktionen einbauen die gewisse Kennfelder realisieren. Wie kann man eine Spannung von rund 25V auf 0.1V genau messen und dem Arduino zuführen?

Ich würde gern erstmal eine Runde die Machbarkeit und Umsetzung diskutieren bevor ich Bastelbedarf bestelle. Dieses Projekt könnte vlt. auch für jemanden interessant werden, dessen Steuerung defekt ist und der Ersatz sucht bzw. aufgrund von Aufrüstung haltbareres sucht.
 
Allgemein vertragen ICs keine Wechselspannung, d.h. Spannungen unter GND. Es gibt spezielle Dimmer-ICs welche dies können, H-Brücken kenne ich keine.

10A sind schon eine Hausnummer, da kannste evtl. den VNH2SP30 nehmen, kostet ca. 10EUR.
Wenn 2A reichen, dann TLE4202, kostet 0,50 EUR.

Warum willst du den eine H-Brücke nehmen, evtl. kann man diese diskret realisieren.
 
So, hier der erste Teil einer etwas längeren Ausführung.

Ich habe auch in der Richtung angefangen, aber aus Zeitgründen bin ich da nicht so weit gekommen wie ich wollte - und dann hatte das Projekt einfach eine niedrigere Prio.

Meine Überlegung war: Arduino Micro (Uno geht auch), eine 3x4 Matrix Tastatur (für Cursor / Menü / Ok / Return / Drahtvorlauf / ...). Dazu noch ein 2 x 16 Zeilen Display. Relais mit Leuchtdioden für Gas, Strom und Motorbremse. 3 Potis für Draht, Gasvorlauf und Burnback (=Zeit, in der der Motor schon stoppt aber der Strom noch an ist).

Die Steuerung wird mit 24V betrieben. D.h. Trafo mit ~ 150VA und Brückengleichereichter und dicker Kondensator. Intern werden noch 5V für den Arduino draus gemacht. Der Motor wird auch aus den 24V angesteuert, könnte aber auch mit einer höheren Spannung laufen (dann müsste man meine Schaltung etwas ändern...). Angesteuert wird er der einfachheit halber mit einem dicken MosFET (Strom irgendwas über 10A, Spannung über 100V ....müsste ich nachschauen). Drehzahlregelung über PWM.

Soweit die Theorie.

In der Praxis hab ich an Hardware den Leistungsteil fertig (Relais, Anschlussklemmen, Mosfet, Leuchtdioden, 5V-Versorgung). Das ganze in Eagle designt (mit einer Bibliothek für die Eagle noch nicht bekannten Bauteile) und aufgebaut auf eine Lochrasterplatine.

Fehlen tut noch die Platine für den Arduino mit den Anschlüssen für 3x Poti, 3*4 Matrixtastatur, Verbindung zu der Leistungsplatine.

Frontplattenentwurf ist fertig.

Softwareseitig habe ich:
* Klasse für Anschluss einer 3x4 Matrix an einen Analogpin incl. Entprellung (das war gar nicht so einfach, aber ich hatte nicht genügend Anschlüsse dafür).
* Einfaches Menü für diverse Einstellungen (2/4-Takt-Betrieb,...), das hat aber noch reichlich optimierungspotential.
* Ansteuerung LCD

Was noch schön wäre, wäre die Grundeinstellungenen im NV-Ram abzulegen.

Um jetzt nochmal auf deine Ideen zurückzukommen:

Die H-Bridge ist rausgeworfenes Geld, da der Vorschubmotor nicht rückwärts laufen muss. Da reicht die MosFET Lösung mit Bremsrelais/Diode.

Gasnachströmzeit könnte man über die Tastatur programmierbar machen, Poti würde ich dafür nicht verschwenden. Ich habe noch kein MIG/MAG Gerät gesehen wo man die mit Poti einstellen könnte. Ist eig. eher bei WIG nötig, da je mehr Strom desto länger glüht die Nadel/Schweißstelle...

Die Idee mit der Spannungsmessung ist gut, da könnte man dann den Vorschubmotor entsprechend anders regeln. Nur in der Praxis ist a) Im Ruhezustand die Ausgangsspannung nicht bekannt (da der Schweißtrafo über ein Schütz nicht eingeschaltet ist) ... gut, da könnte man erst das Relais für den Trafo einschalten und dann ein paar MS später die Spannung Messen und dann erst den Vorschub aktivieren ... müsste man testen.
Ob für die Spannungsmessung noch ein Analogpin übrig ist, hängt von der restlichen Schaltung ab. Auf jeden Fall musst du erst mal die Schweißspannung gleichrichten, kleiner Kondensator dran und dann Zwei Widerstände als Spannungsteiler um in den Sollbereich von 0-5V DC zu kommen. Soweit mir dünkt setzt der Arduino 0-5V in 0-255 um, d.h. du kannst 1V in 50 Teile zerlegen das wären 20mV Auflösung. Du willst aber eher bis 50V messen (Die Schweißspannung kann je nach Schweißgerät über 25V liegen) und dann wären das 0,2V Auflösung.... das ganze müsste man noch mit Zenerdioden gegen Überspannung schützen... Wird also kompliziert.

Ansonsten finde ich das Projekt eine geile Idee :)
 
Klasse :top:

Du hast also ziemlich genau das begonnen was meine Idee hier sein soll und schon einiges an Arbeit rein gesteckt :respekt:

Ich akzeptiere MosFET genügt. Der Einfachheit halber würde ich mich auch erstmal mit einer 24V Version begnügen

Die Spannungsmessung sollte sich technisch realisieren lassen. Man hat ja ohnehin klassisch die Anschleichzeit + einige ms oder im blöden Fall sogar Sekunden bis sich der Lichtbogen stabilisiert. In dieser Zeit sollte sich Feineinstellung betreiben lassen. So lange man nix weiß interpoliert man halt best möglich aus falschen Informationen die zum jeweiligen Zeitpunkt vorliegen.

Deinen Schilderungen folgend entnehme ich das die Anzahl an Pins am Arduino eng wird. Es gibt ja alternativ die etwas teurere Mega Variante die mehr Spielraum bieten sollte (54 Pins).

Ich schreibe dir nacher eine PN, vlt. können wir uns ja in irgend einer Art und Weise einigen das Projekt gemeinsam fortzuführen. Mich interessiert zum Beispiel sehr der Entwurf deiner Leistungselektronik.

Noch eine weitere Idee/Spielerei für später:

Bzgl. der Steuerung des Schweißprozesses könnte ich mir zusätzlich auch eine Art Tachosignal bzw. Encodersignal für den Vorschub vorstellen und diesen dann in Echtzeit verrechnen. So etwas wird bei Schweißgeräten der High-End Klasse getan und hat mir gerade beschert, dass ich einen überteuerten Drahtvorschubmotor kaufen durfte, weil das Gerät ohne nicht wollte. Wenn man die Steuerung selbst in der Hand hat geht das natürlich viel günstiger so ein Signal zu generieren und auszuwerten.

Viele Grüße
 
@MosFET: Ich hatte mich für den IRFP 3710 entschieden. Der macht bei 100V 57A und kostet 1,35€ .... sollte also unkaputtbar sein :)

*grrr* die §%$W$ Forensoftware erlaubt das hochladen der ganzen schönen Dateien nicht ... :()

@glen: Sende mir per PN bitte mal deine Mailadresse, dann schick ich dir die Eagle-Bibliothek für die Nichstandard-Bauteile sowie das EagleProjekt des Leistungsteils (da ist dann Schaltplan und Platine drin).
 
Da ich über Weihnachten nicht mit schweren Gerät basteln wollte habe ich mal angefangen unakademisch ohne Plan zu experimentieren. Zum einen hab ich einen IRFP3710 mit dem Arduino angesteuert. Das bisherige Ergebnis ist nicht toll, da der Motor sehr fiept in den niederen Drehzahlen. Ein zusätzlicher Kondensator hilft ganz hohes fiepen zu reduzieren, aber immer noch nicht optimal. Da muss noch etwas mit Induktivitäten/RC Gliedern/Elkos oder dergleichen experimentiert werden. Dazu müsste ich mir aber ersteinmal mehr theoretisches Wissen zum eigentlichen Problem verschaffen.

Hauptursache des Problems vermute ich beim Arduino selbst, der leider nur um die 500-1000Hz beim PWM liefert und des etwas großen MOSFETS. Wenn ich den Frequenzteiler des angeschlossenen Pins verstelle erhalte ich jedoch nicht wirklich bessere Ergebnisse. U.u. braucht der Arduino auch einfach zu lange um das MOSFET anzusteuern. Hier könnte ich vlt. nochmal mit einem MOSFET Treiber experimentieren.

Ein günstiger chinesischer PWM Steller (6-90V, 15A) hingegen läuft super. Dieser wird über ein 10k Potentiometer geregelt und kostet um die 7€ (soweit ich seine Bauteile korrekt verstehe, hat er einen PWM erzeugenden IC, einen Spannungssteller, zwei Transistoren (2 Kleinere parallel anstatt eines Großen)) ein paar Dioden, Widerstände und Elkos (ich erstelle bei Gelegenheit mal einen Schaltplan). Seine PWM Frequenz liegt wohl bei 15kHz. Wenn ich es nicht schaffe ähnlich gute Ergebnisse direkt am Arduino zu erzielen dann wäre eine Alternative Idee ein digitales Potentiometer zu verwenden um damit solche PWM Steller steuern zu können. Anbei etwas Bild und Videomaterial. Nun wird es Zeit theoretisch fundiert zu erlernen was ich hier eigentlich tue. Wenn mir jemand erzählen möchte was man wo in welcher größe am Besten parallel bzw. in Reihe zum Motor schalten muss um das Laufverhalten zu verbessern, so würde mir das viel Kopfzerbrechen ersparen.

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Der PWM Ausgang des Arduinos ist wohl ziemlich niederfrequent. Das kann man aber mit ein paar Tricks erhöhen, da müsste ich noch mal googeln. Eine andere Ansteuerung des Mosfets wird da nichts ändern. LC Glieder müssten sich so auch vermeiden lassen - Akkuschrauber haben ja auch keine.
 

:top:

Der Schlüssel ist wirklich die PWM Frequenz. Mit 30khz läuft der Motor sehr schön, allerdings habe ich das Gefühl, dass er nicht mehr die Höchstgeschwindigkeit erreicht, was aber unwichtig ist, da mich ohnehin die niedrigen Drehzahlen interessieren. Man versaut sich allerdings durch das Cheating blöderweise sämtliche Timerfunktionen. Mal schauen ob man das wieder korrigieren kann. Alternativ werd ich die Woche nochmal eine Lösung mittels chinesischen PWM Steller und digitalpotentiometer zusammenstecken.

Langsam geht es vorwärts und ich sollte mal ein Konzept für die eigentliche Steuerung entwickeln.
 
Thema: Günstige Steuerelektronik für Mig Mag Schweißgerät
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