Лабораторный автотрансформатор, или, сокращённо, ЛАТР - это устройство для изменения напряжения переменного тока у различных электроприборов. Это устройство является разновидностью обыкновенного трансформатора. В процессе изменения напряжения при помощи ЛАТРа частота прибора на любом этапе сохраняется прежней. Основана его работа на явлении электромагнитной индукции. Устройство включает в себя множество дополнительных модификаций.
Устройство автотрансформатора
Имеется одна общая обмотка, расположенная на магнитопроводе ЛАТРа, а от нее уже отходят три дополнительных вывода. У старых моделей автотрансформатора на вторичной обмотке расположен токосъемный контакт, позволяющий:
- выходному напряжению плавно регулироваться;
- в один момент сменять одно значение напряжения на другое;
- изменять интенсивность нагрева жала у паяльника;
- регулировать электроосвещение.
Наиболее распространенный тип автотрансформатора - это тороидальный магнитопровод. Он представляет собой сердечник в форме кольца, сделанный из электротехнической стали.
На сердечник намотана медная проволока, или обмотка. Кроме того, конструкция прибора имеет дополнительную отпайку - отвод от обмотки. В целом контактов получается ровно три.
Для больших трансформаций лучше всего не использовать ЛАТР. Причины в следующем:
- Слишком высоки шансы получить в результате короткое замыкание. Разобраться с проблемой помогут специально приспособленные для этого электронные схемы или дополнительное сопротивление.
- Обычный трансформатор подходит больше в силу множества причин, таких, как более высокий КПД, меньшие расходы на сталь, уменьшенные габариты и вес, сниженная цена на инструмент.
Схема электронного прибора
Купить надежный ЛАТР при имеющемся ассортименте - задача не из легких. Слишком много низкокачественных изделий представлено на рынке. Как вариант, можно приобрести промышленный образец, но цены на него довольно высокие, да и габариты немаленькие. В этом случае более приемлемым вариантом будет создать автотрансформатор своими руками.
Необходимые для сборки материалы
Материалы, которые обязательно понадобятся для сборки самодельного электронного ЛАТРа на полевом транзисторе, следующие:
- медная проволока (обмотка);
- лак, обладающий термоустойчивостью;
- тряпичная изолента;
- магнитопровод (подойдет как стержневой, так и тороидальный тип);
- корпус с закрепленными разъемами, к которому будет подключаться питание и нагрузка.
Расчёт обмотки ЛАТРа
Следом добавьте к автотрансформатору корпус, и сделайте крепление для ручки регулятора. K ручке прикрепите ползунок c угольной щёткой. Нужно сделать так, чтобы щётка плотно касалась верхней части обмотки. Ту область, по которой щётка будет передвигаться, необходимо пометить, и в месте пометки удалить изоляцию. Так, щётка будет иметь прямой электрический контакт со вторичной обмоткой. Клеммы вторичных напряжений, кроме общей, затенить одной, соединённой c угольной щёткой. При подсоединении вольтметр закрепляется.
Теперь необходимо убедиться в том, что автотрансформатор работает так, как ему положено. Чтобы проверить качество работы устройства, выполняются следующие пункты:
Если никаких проблем не обнаружено, то лабораторный автотрансформатор полностью готов к применению.
На изготовление лабораторного автотрансформатора (ЛАТРа) своими руками многих толкает избыток на электрорынке некачественных регуляторов. Можно использовать и экземпляр промышленного типа, правда, подобные образцы имеют слишком большие размеры и дорого стоят. Именно из-за этого применение их в домашних условиях затруднено.
Что собой представляет электронный ЛАТР?
Автотрансформаторы нужны, чтобы плавно изменять напряжение тока частотой 50-60 Гц во время проведения разных электротехнических работ. Еще их нередко используют, когда требуется уменьшить либо увеличить переменное напряжение для бытового или строительного электрооборудования.
Трансформаторами выступает электрическая аппаратура, которая оснащена несколькими обмотками соединенными индуктивно. Применяется она для преобразования электрической энергии по уровню напряжения или тока.
Кстати, широко использовать электронный ЛАТР начали 50 лет тому назад. Раньше прибор оснащали токосъемным контактом. Его располагали на вторичной обмотке. Так получалось плавно настраивать выходное напряжение.
Когда подключались различные лабораторные устройства , присутствовал вариант оперативного изменения напряжения. Скажем, при желании можно было менять степень нагрева паяльника, настраивать обороты электромотора, яркость освещения и прочее.
В настоящее время ЛАТР имеет разные модификации. В целом он представляет собой трансформатор, преобразующий переменное напряжение одной величины в другую. Подобное устройство служит стабилизатором напряжения. Его главным отличием является возможность регулировки напряжения на выходе из оборудования.
Существуют разные виды автотрансформаторов:
- Однофазный;
- Трехфазный.
Последний тип - установленные в единой конструкции три однофазных ЛАТРа. Однако мало кто желает стать его владельцем. И трехфазные, и однофазные автотрансформаторы оборудованы вольтметром и регулировочной шкалой .
Область применения ЛАТРа
Автотрансформатор используют в различных сферах деятельности, среди них:
- Металлургическое производство;
- Коммунальное хозяйство;
- Химическая и нефтяная промышленности;
- Производство техники.
Кроме этого, он нужен для следующих работ: изготовления бытовых приборов, исследования электрооборудования в лабораториях, наладки и проверки техники, создания телевизионных приемников.
Вдобавок ЛАТР часто используют в учебных заведениях для проведения опытов на уроках химии и физики. Его можно даже обнаружить в составе устройств некоторых стабилизаторов напряжения. Также применяется в качестве дополнительного оборудования к самописцам и станкам. Почти во всех лабораторных исследованиях в виде трансформатора используют именно ЛАТР, поскольку он имеет простую конструкцию и несложен в эксплуатации.
Автотрансформатор в отличие от стабилизатора, который применяется лишь в нестабильных сетях и на выходе создает напряжение 220В с разной погрешностью в 2-5%, выдает точное заданное напряжение.
По климатическим параметрам разрешается использование этих приборов при высоте 2000 метров, но ток нагрузки приходится снижать на 2,5% при подъеме на каждые 500 м.
Основные минусы и плюсы автотрансформатора
Главное преимущество ЛАТРа - это более высокий КПД , ведь только некоторая часть мощности трансформируется. Особенно важно, если входное и выходное напряжения немного отличаются.
Их минусом является то, что отсутствует между обмотками электрическая изоляция. Хотя в промышленных электросетях нулевой провод обладает заземлением, поэтому такой фактор особой роли играть не будет, к тому же для обмоток используется меньше меди и стали для сердечников, как следствие, меньший вес и габариты. В результате можно хорошо сэкономить.
Первый вариант - прибор изменения напряжения
Если вы начинающий электрик, то лучше попробовать сначала сделать простую модель ЛАТРа, которая будет регулироваться устройством напряжения - от 0-220 вольт. По такой схеме автотрансформатор имеет мощность - от 25-500 Вт
.
Чтобы увеличить мощность регулятора до 1,5 кВт, нужно тиристоры VD 1 и 2 поставить на радиаторы. Подключают их параллельно нагрузке R 1. Эти тиристоры ток пропускают в противоположных направлениях. При включении прибора в сеть они закрыты, а конденсаторы C 1 и 2 начинают заряжаться от резистора R 5. Еще им при необходимости изменяют величину напряжения во время нагрузки. Вдобавок этот переменный резистор вместе с конденсаторами образовывает фазосдвигающую цепь.
Такое техническое решение дает возможность пользоваться сразу двумя полупериодами переменного тока. В итоге для нагрузки применяется полная мощность, а не половинная.
Единственный недостаток схемы в том, что форма переменного напряжения во время нагрузки из-за специфики работы тиристоров оказывается не синусоидальной. Все это приводит к помехам по сети. Для исправления в схеме проблемы достаточно встроить фильтры последовательно нагрузке. Их можно вытащить из сломанного телевизора.
Второй вариант - регулятор напряжения с трансформатором
Не вызывающий помех в сети и дающий синусоидальное напряжение прибор, собирать труднее предыдущего. ЛАТР, схема которого имеет биополярный VT 1
, в принципе тоже получится сделать самостоятельно. Причем транзистор служит регулирующим элементом в устройстве. Мощность в нем зависит от нагрузки. Работает он как реостат. Такая модель позволяет изменять рабочее напряжение не только при реактивных нагрузках, но и активных.
Однако представленная схема автотрансформатора тоже не идеальна. Ее минус в том, что функционирующий регулирующий транзистор выделяет очень много тепла. Для устранения недостатка понадобится мощный теплоотводящий радиатор, площадь которого равна не менее 250 см ².
В этом случае применяется трансформатор T 1. Он должен иметь вторичное напряжение около 6-10 В и мощность примерно 12-15 Вт . Диодный мост VD 6 осуществляет выпрямление тока, который впоследствии проходит к транзистору VT 1 в любом варианте полупериода через VD 5 и VD 2. Базовый ток транзистора регулируется переменным резистором R 1, изменяя тем самым характеристики тока нагрузки.
Вольтметром PV 1 контролируют размеры напряжения на выходе из автотрансформатора. Он используется с расчетом напряжения от 250-300 В. Если появляется необходимость увеличить нагрузку, тогда стоит заменить диоды VD 5- VD 2 и транзистор VD 1 на более мощные. Естественно, за этим последует расширение площади радиатора.
Как видно, собрать своими руками ЛАТР, возможно, нужно только иметь немного знаний в данной области и закупить все необходимые материалы.
ЛАТР - лабораторный автотрансформатор регулируемый - один из видов автотрансформаторов, представляющий собой автотрансформатор относительно небольшой мощности, и предназначенный для регулирования переменного напряжения (переменного тока), подаваемого на нагрузку от однофазной или трехфазной сети переменного тока.
В основе ЛАТРа, как и любого другого сетевого трансформатора, - сердечник из электротехнической стали. Но на тороидальном сердечнике ЛАТРа, в отличие от других типов сетевых трансформаторов, размещена всего одна обмотка (первичная), часть которой может выступать в роли вторичной, и количество витков вторичной обмотки может оперативно регулироваться пользователем, в этом и заключается отличительная особенность ЛАТРа от простых автотрансформаторов.
Для регулирования количества витков, приходящихся на вторичную обмотку, в конструкции автотрансформатора присутствует поворотная ручка, с которой связана скользящая угольная щетка. При повороте ручки щетка скользит от витка к витку вдоль обмотки, так регулируется .
Со скользящей щеткой непосредственно и соединен один из вторичных выводов лабораторного автотрансформатора. Второй вторичный вывод является общим со стороной входа сети. Потребители подключаются к выходным клеммам ЛАТРа, а входные его клеммы присоединяется к однофазной или трехфазной электросети. В однофазном ЛАТРе один сердечник и одна обмотка, а в трехфазном - три сердечника, и на каждом по одной обмотке.
Напряжение на выходе ЛАТРа может быть как больше входного, так и меньше, например для сети однофазной регулируемый диапазон составляет от 0 до 250 вольт, а для трехфазной - от 0 до 450 вольт. Примечательно, что КПД ЛАТРа тем выше, чем ближе выходное напряжение к входному, и может достигать 99%. Форма выходного напряжения - .
На передней панели ЛАТРа располагается вольтметр вторичной цепи для возможности оперативного контроля перегрузки и более точной установки выходного напряжения. Корпус ЛАТРа имеет вентиляционные отверстия, через которые происходит естественное воздушное охлаждение магнитопровода и обмотки.
Лабораторные автотрансформаторы применяют в лабораториях для исследовательских целей, для тестирования оборудования переменного тока, да и просто для ручной стабилизации напряжения сети, если оно на данный момент ниже требуемого номинала.
Разумеется, если напряжение в сети постоянно скачет, то автотрансформатор не спасет, потребуется полноценный стабилизатор. В других случаях ЛАТР - это как раз то что нужно, чтобы точно отрегулировать напряжение для текущей задачи. Такими задачами могут быть: наладка промышленного оборудования, тестирование высокочувствительной аппаратуры, настройка радиоэлектронных устройств, питание техники низкого напряжения, зарядка аккумуляторов и т.д.
Поскольку ЛАТР имеет всего одну обмотку, общую для первичной и вторичной цепей, то и ток вторичной обмотки оказывается общим для первичной и вторичной цепей. С этой точки зрения очевидно, что ток вторичной обмотки и первичный ток в общих витках направлены противоположно, поэтому общий ток равен разности токов I1 и I2, то есть I2 – I1 = I12 – ток в общих витках. Вот и получается, что при величине вторичного напряжения близкой к входному, общие витки могут быть намотаны проводом меньшего сечения, чем в случае изготовления двухобмоточного трансформатора.
Конструктивная особенность ЛАТРа вынуждает нас разделять понятия «проходная мощность» и «расчетная мощность». Расчетная мощность - это та, которая передается от первичной обмотки во вторичную цепь посредством электромагнитной индукции через сердечник, как у обычного двухобмоточного трансформатора, а проходная мощность - это сумма проходной мощности и той мощности, которая передается только по электрической составляющей, то есть без участия магнитной индукции в сердечнике.
Получается, что кроме расчетной мощности во вторичную цепь передается еще и чисто электрическая мощность, равная U2*I1. Вот почему для автотрансформаторов требуется магнитопровод меньшего сечения для передачи одной и той же мощности, по сравнению с обычными двухобмоточными трансформаторами. В этом и заключается причина более высокого КПД автотрансформаторов. К тому же меди для провода требуется меньше.
Итак, при небольшом коэффициенте трансформации, ЛАТР может похвастаться следующими достоинствами: КПД до 99,8%, меньший размер магнитопровода, меньший расход материалов. И все это благодаря наличию электрической связи между первичной и вторичной цепями. С другой стороны отсутствие между цепями приводит к опасности поражения фазным током от выходных клемм ЛАТРа и даже от одной из клемм, поэтому необходимо быть в высшей степени аккуратным при работе с лабораторным автотрансформатором.
Блок питания выдавал нам постоянное напряжение от нуля и до какого-то значения, которое, конечно же, зависит от крутизны блока питания. Согласитесь, очень удобная штука. Но есть один минус – он нам выдает только постоянное напряжение .
Но, раз есть блок питания на постоянное напряжение, то должен быть блок питания и на переменное напряжение
. И называется такой блок питания лабораторный автотрансформатор
или сокращенно ЛАТР
. Что это за вещь и с чем ее едят?
ЛАТР – это тот же трансформатор. Он преобразовывает переменное напряжение одной величины в переменное напряжение другой величины . Но вся фишка в том, что мы можем менять при необходимости напряжение на выходе ЛАТРа.
Виды ЛАТРов
ЛАТРы бывают:
однофазные
и трехфазные
Трехфазный ЛАТР – это три однофазных ЛАТРа, запиханные в один корпус.
Описание ЛАТРа РЕСАНТА
Давайте рассмотрим однофазный ЛАТР латвийского производства РЕСАНТА (читается по-русски) марки TDGC2-0.5 kVA.
Сверху наш ЛАТР выглядит вот так:
Мы видим крутилку, с помощью которой можем выставлять нужное нам напряжение.
На лицевой стороне видим какое-то подобие вольтметра переменного напряжения. На клеммы слева заводим напряжение из розетки 220 Вольт, ну а с клемм справа выводим нужное нам напряжение, покрутив крутилку в нужном направлении;-).
.JPG)
Работа ЛАТРа на практике
Давайте проведем опыты с лампочкой накаливания в 95 Ватт 220 Вольт. Для этого цепляем ее к клеммам справа.
.JPG)
Интересно, при каком напряжении начнет светится спираль лампочки? Давайте узнаем! Крутим крутилку, пока не заметим слабое свечение лампочки.
.JPG)
Смотрим на шкалу крутилки. 35 Вольт!
.JPG)
А вы знаете, что в США в розетке 110 Вольт? Интересно, как бы светилась наша лампочка в США? Выставляем 110 Вольт.
.JPG)
Светится, как говорится, в пол накала.
А вот теперь посмотрите, как она светится при 220 Вольтах
.JPG)
Если хотите выставить напряжение с большой точностью, то конечно же, здесь не обойтись без . Для этого ставим крутилку мультиметра на положение измерения переменного напряжения
.JPG)
Цепляемся и меряем переменное напряжение. Заодно подгоняем с помощью крутилки ЛАТРа нужное напряжение
.JPG)
Техника безопасности при работе с ЛАТРом
Хочется также добавить пару слов о технике безопасности. Есть ЛАТРы без гальванической развязки . Это означает, что фазный провод из сети идет прямо на выход ЛАТРа. Схема ЛАТРа без гальванической развязки выглядит вот так:
В этом случае на выходной клемме ЛАТРа может появиться напряжение сети 220 Вольт с вероятностью 50/50. Все зависит от того, как вы воткнете сетевую вилку ЛАТРа в розетку 220 Вольт.
Если присмотреться к схемотехническому изображению на самой лицевой панели ЛАТРа, то можно увидеть, что клемма “Х” и “х” (те, которые два нижних) связаны между собой простым проводом:
То есть если на клемме “Х” фаза, то и на клемме “х” тоже будет фаза! Вы ведь не будете каждый раз замерять фазу в розетке , чтобы воткнуть правильно вилку? Поэтому БУДЬТЕ крайне ОСТОРОЖНЫ! Старайтесь не задевать голыми руками выходные клеммы ЛАТРа!
В принципе я задевал и ничего со мной такого не произошло. Дело оказалось в том, что у меня деревянный пол, который почти является диэлектриком. Замерял напряжение между мной и фазой – вышло около 40 Вольт. Поэтому я и не чувствовал эти 40 Вольт. Если бы я взялся одной рукой за батарею или встал бы голыми ногами на землю, а другой рукой взялся бы за выход “х” ЛАТРа, то меня тряхануло бы очень сильно, так как через меня прошли бы полноценные 220 Вольт.
Разделительный трансформатор и ЛАТР
Есть также более безопасные виды ЛАТРов. В своем составе они имеют развязывающий трансформатор. Схема такого ЛАТРа выглядит примерно вот так:
Как мы видим, фазный провод изолирован от выходных клемм такого ЛАТРа, благодаря трансформатору, принцип работы которого вы можете прочитать в этой статье. В этом случае нас может тряхануть , если мы на выходе ЛАТРа с помощью крутилки выставим высокое напряжение и возьмемся сразу за два выходных провода ЛАТРа.
Заключение
ЛАТР – прибор очень полезный. Я бы посоветовал начинающему электронщику ЛАТР на 500 ВА. Такие ЛАТРы очень компактные и удобные. Работает ЛАТР по принципу трансформатора. Чем меньше витков во вторичной обмотке, тем меньше напряжение на выходе. Когда мы крутим крутилку, мы добавляем витки, а следовательно и напряжение. Принцип работы трансформатора подробно рассмотрен в этой статейке. Думаю, говорить про применение ЛАТРа нет смысла, так как он используется везде, где надо понизить переменное напряжения или даже чуточку его повысить.
Где купить ЛАТР
В лабораторных стендах моего колледжа регулярно выходят из строя лабораторные автотрансформаторы (ЛАТРы). Так получилось, что путем проб и ошибок мне удалось освоить технологию их ремонта. На данный момент мне удалось отремонтировать уже три лабораторных автотрансформатора, причем перематывал ЛАТРы я у себя в комнате в общежитии. Буду рад, если изложенная здесь технология перемотки ЛАТРов окажется кому-то полезной. Да, это моя первая статья, поэтому не судите строго :-)
Для начала краткий курс устройства ЛАТРа (смотрите рисунок).
У ЛАТРа есть две обмотки соединенных последовательно. На первичную обмотку подается сетевое напряжение (это необходимо учесть при перемотке). Вторичная обмотка подключается к первичной. Она расчитана на напряжение от 0-240 В. На выводы А и N подается напряжение в магнитопроводе создается магнитный поток который наводит в обмотках ток снимаемый с зажимов А1 и N.
Начнем с того, что нужно определить диаметр провода. Это можно с помощью штангенциркуля. Для этого нужно сначала замерить диаметр родного провода, а затем исходя из этого искать подходящий нам провод. Можно взять кусок старого провода и потом сравнивать его с искомым образцом.
Потом необходимо определить длину провода. Это можно осуществить с помощью обычного математического выражения: L=lвитка×W 1,2 см,
где L - необходимая длина провода (в сантиметрах), lвитка - длинна одного витка; W 1,2 — количество витков вторичной и первичной обмотки.
1) Расчет количества витков по формулам. Этот метод довольно простой, но в нем большая вероятность допустить погрешность, например в расчетах или в измерениях площади окна магнитопровода. Этот метод приведен ниже:
Находим мощность автотрансформатора: P=U×I,
где U - выходное напряжение, I - максимальный ток нагрузки (обычно написан на ЛАТРе).
Находится габаритная мощность: Рг=1.9* Sc * S,
где 1.9 коффициент водимый для торроидальных трансформаторов.
Необходимое количество витков на 1 вольт:
K = 35/Sc, где 35 коффициент водимый для торроидальных трансформаторов.
Определяем число витков; W1 = U1*K
Определяем размеры сердечника: Sс=((Dc-dc)/2)×h, So=πxd2/4,
где Sc- площадь сердечника трансформатора; So - площадь окна.
2) Второй вариант довольно трудоемкий, но надежный (при перемотке ЛАТРов я использовал этот метод). Этот способ определения числа витков заключается в том, что нужно отматывать старую обмотку и при этом считать количество витков. Для него необходимо: листик и ручка для того чтобы не сбиться, катушка или кусок деревяшки, чтобы наматывать туда старую обмотку, а также стальные нервы и терпение, чтобы не выкинуть его в окно после ста отсчитанных витков.
После этого отдыхаем и расслабляемся после проделанной работы, потому что далее необходимо максимум внимательности и терпения. Когда отдохнете, начинаем готовить рабочее место. Желательно, что бы оно было хорошо освещено и можно было поместить все необходимые предметы, например письменный стол со светильником или стул в комнате с хорошим освещением.
Новый провод для удобства перемотки лучше сначала намотать на деревянную болванку как показано на картинке:
Принципиальной разницы как провод улаживается, на внутреннем диаметре окна нет. Но для того чтобы уложить нужное количество витков, необходимо намотать первый виток к нему в плотную, затем намотать второй виток, а на верх между первым и вторым уложить третий виток и так повторять, пока не намотаем нужное количество витков на напряжение 220В. После этого делаем вывод зажима сети и от этого вывода доматываем вторичную обмотку. На внешнем диаметре окна магнитопровода все витки необходимо укладывать последовательно один за одним как показано на рисунке.
После того как перемотка будет закончена обмотку необходимо пропитать лаком для улучшения изоляционных свойств и что бы закрепить намотанный провод на своем месте. Так как много лака здесь не потребуется, то можно использовать любой устойчивый к температуре до 105 о С. После пропитки лаком автотрансформатор оставляем на пару часов сохнуть. Для лучшего эффекта можно поместить в теплое место. Комнату где производились работы покинуть и очень желательно открыть форточку для проветривания.
После сушки необходимо сделать дорожку для съема напряжения. Это можно сделать с помощью ножа или шлифовальной бумаги. Делаем дорожку от внешнего окна к внутреннему длиной около 3 см (показано на рисунке ниже).
