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).

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.

Основным поводом для создания электронного ЛАТРа своими руками является избыток на рынке электротоваров ненадежных регуляторов. Выходом из ситуации может быть образец промышленного типа, но такие экземпляры стоят дорого и обладают внушительными габаритами, что затрудняет его использование в домашних условиях.

Что представляет собой прибор

Стоит упомянуть, что лабораторные автотрансформаторы (ЛАТР) широко использовались еще полвека тому назад. Прежние варианты прибора обладали токосъемным контактом, который был расположен на вторичной обмотке. Это позволяло плавно изменять выходное напряжение (его значение).

Если подключались всевозможные лабораторные приборы, был вариант оперативной смены напряжения. Например, при необходимости легко можно было повлиять на степень нагрева паяльника, регулировать яркость освещения, обороты электродвигателя и многое другое. Вот такой своеобразный регулирующий блок питания.

Рисунок 1. Схема простого варианта ЛАТРа.

Нынешний вариант ЛАТРа обладает различными модификациями. В целом его можно считать трансформатором, в котором происходит трансформация переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой. Устройство широко используется в качестве стабилизатора напряжения. Основной особенностью является возможность изменения напряжения на выходе из прибора. ЛАТРы бывают нескольких вариантов исполнения:

• однофазного;
• трехфазного.

Трехфазный вариант представляет собой вмонтированные в едином корпусе три однофазных лабораторных автотрансформатора. Кстати, желающих стать обладателем трехфазного варианта значительно меньше.

Простой прибор для регулирования

Существует весьма простенький вариант ЛАТРа, который доступен даже для начинающих, его схема изображена на рис. 1. Регулируемый таким прибором диапазон напряжений находится в пределах 0-220 вольт. Данный самодельный регулятор обладает мощностью 25-500 Вт. Увеличение мощности устройства может быть проведено посредством установки тиристоров VD1 и VD2 на радиаторы.

Полупроводниковые приборы (речь идет о тиристорах ВД1 и ВД2) следует подключить параллельно с нагрузкой R1. Пропускаемый ими ток имеет противоположные направления. Когда прибор включается в сеть, тиристоры остаются закрытыми, в отличие от конденсаторов С1 и С2, зарядка которых производится резистором R5. Если есть потребность, с помощью резистора R5 можно изменить напряжение, которое получается во время нагрузки. Резистор и конденсаторы создают фазосдвигающую цепь.

Рисунок 2. ЛАТР с биполярным транзистором.

Фазосдвигающая цепь — это электрический четырехполюсник, гармонический сигнал на выходе которого сдвигается по фазе относительно входного сигнала. Распространены в САУ в качестве устройств корректировки, которые обеспечивают устойчивость и необходимое качество управления. Частными случаями являются дифференцирующие и интегрирующие цепи.

Данное техническое решение позволяет использовать для нагрузки не половинную мощность, а полную. Достигается это благодаря тому, что используются оба полупериода переменного тока.

К недостаткам можно отнести форму переменного напряжения на нагрузке. В этом варианте она не строго синусоидальная. Специфика работы полупроводниковых приборов является основной причиной. Наличие такой особенности способно вызвать помехи в сети. Но их можно устранить путем дополнительной установки дросселей (фильтров последовательной нагрузки) на схему. Такие фильтры можно найти даже в неисправном телевизоре.

Регулятор напряжения: вариант с трансформатором

Лабораторный автотрансформатор, который не станет причиной помех в сети и способный на выходе давать синусоидальное напряжение, устроен немного сложнее предыдущего.

Его схема (рис. 2) содержит биполярный транзистор VТ1. Он выступает в роли регулирующего элемента в таком устройстве. Мощность этого транзистора определяется в зависимости от необходимой нагрузки. В схеме он включен последовательно с нагрузкой и функционирует как реостат. Такой вариант предоставляет способность производить регулировку рабочего напряжения как во время активных, так и реактивных нагрузок.

К сожалению, и тут имеется свой недостаток. Он заключается в том, что задействованный регулирующий транзистор выделяет слишком большое количество тепла. Чтобы устранить его, понадобится теплоотводящий радиатор, который будет обладать достаточной мощностью. В данном случае площадь такого радиатора должна составлять как минимум 250 см².

В такой модели используется трансформатор Т1, который должен обладать мощностью от 12 и до 15 Вт и вторичным напряжением от 6 до 10 В. Выпрямление тока происходит с помощью диодного моста VD6. Выпрямленный ток к транзистору VТ1 в любом варианте полупериода проходит через мост диодов VD2 и VD5. Чтобы произвести регулировку базового тока транзистора VТ1, необходимо прибегнуть к помощи переменного резистора R1. Таким образом происходит изменение параметров тока нагрузки.

С помощью вольтметра РV1 осуществляется контроль величины напряжения на выходе из устройства. Вольтметр берется с расчетом на напряжение от 250 до 300 В. Если есть необходимость повышения мощности нагрузки, следует произвести замену транзистора VD1 и диодов VD2-VD5 более мощными. За этим, разумеется, последует увеличение площади радиатора.

Как можно заметить, самостоятельная сборка ЛАТРа возможна, необходимо лишь обладать знаниями в этой области и обзавестись нужными материалами.

Схема электронного ЛАТРа позволяет регулировать напряжение от 0 до 220В. Мощность нагрузки может быть в пределах от 25 до 1000Вт, если установить тиристоры Т1 и Т2 на радиаторы, то выходную мощность можно увеличить до 1,5кВт.

Основные элементы схемы это тиристоры, они поочередно пропускают ток то в одном, то в другом направлении. При включении регулятора в сеть в первый момент оба тиристора закрыты, и конденсаторы заражаются через R5.

Напряжение на нагрузке устанавливают с помощью переменного резистора, который совместно с конденсаторами С1 и С2 образуют фазосдвигающую цепочку. Тиристоры управляются импульсами, формируемыми динисторами Т3 и Т4.

В некоторый момент, который определяется сопротивлением включенной в цепь части резистора R5, откроется один из динисторов. Через него потечет ток разряда соединенного с ним конденсатора, поэтому вслед за динистором откроется и соответствующий тиристор. Через тиристор и соответственно через нагрузку потечет ток. В момент смены знака полупериода тиристор закрывается, и начинается новый цикл зарядки конденсаторов, но уже в обратной полярности. Теперь откроется второй динистор и второй тиристор.

В этой схеме используются оба полупериода переменного тока, поэтому к нагрузке подводится полная, а не половинная мощность.

Литература - Бастанов В.Г. 300 практических советов. Москва: Издательство «Московский рабочий», 1982

• Похожие статьи

Войти с помощью:

Случайные статьи

• 20.09.2014

  Триггер — это уст-во с двумя устойчивыми состояниями равновесия, предназначенные для записи и хранения информации. Триггер способен хранить 1 бит данных. Условное обозначение триггера имеет вид прямоугольника, внутри которого пишется буква Т. Слева к изображению прямоугольника подводятся входные сигналы. Обозначения входов сигнала пишутся на дополнительном поле в левой части прямоугольника. …

• 21.09.2014

  Однотактовый выходной каскад лампового усилителя содержит минимум деталей и прост в сборке и регулировке. Пентоды в выходном каскаде могут использоваться только ультралинейном включении, триодном или обычном режимах. При триодном включении экранирующая сетка соединяется с анодом через резистор 100…1000Ом. В ультралинейном включении каскад охвачен ОС по экранирующей сетке, что дает снижение …

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:

1. Слишком высоки шансы получить в результате короткое замыкание. Разобраться с проблемой помогут специально приспособленные для этого электронные схемы или дополнительное сопротивление.
2. 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

Для начала необходимо определиться, в каких пределах на тиристорах будет работать ЛАТР. Оптимальное значение питания сети - 220 В. Значения вторичных напряжений - соответственно, 127, 180 и 250 В. Мощность при таких параметрах не должна превышать 300 Вт. Но можно определить эти значения и самостоятельно, главное, чтобы всё друг другу соответствовало.

Теперь нужно рассчитать обмотку. Рассчитывать её надо по большему току. Наибольшее значение тока можно получить, преобразовывая напряжение 200 В в 127 В. Автотрансформатор при таких условиях становится понижающим. Максимальный ток, который проходит в обмотке обеих сетей, рассчитывается следующим образом:

I = I2 - I1 = P / U2 - P / U1 (I, I2, I3 - токи в соответствующих участках цепи, A, P - мощность, Вт, U1, U2 - напряжения первичной и вторичной цепи, В).

Диаметр провода d рассчитывается по формуле:

Существует специальная таблица, согласно которой определяется тип и сечение провода. Выбираются они с учётом расчётного тока и среднего значения плотности тока для ЛАТРа, равному 2 A/мм².

Формула для вычисления коэффициента трансформации n:

Формула для вычисления расчётной мощности Pp:

Pp = P * k * (1 - 1/n) (k - коэффициент, учитывающий КПД автотрансформатора)

W0 = m / S (W0 - количество витков, приходящихся на 1 вольт, m = 50 для стержневого и 35 для тороидального магнитопроводов).

При недостаточно высоком качестве стали значение W0 увеличивается на 20−30%. При расчёте витков оно увеличивается на 5−10%. Таким образом можно будет успешно избежать просадки напряжения. Для расчёта длины провода наматывается один виток на магнитопровод и измеряется его длина. Полученное значение умножается на максимальное количество витков и прибавляется по 25−30 сантиметров для каждого вывода к клемме.

Схема подключения ЛАТР 2м

Сначала берётся тороидальный магнитопровод, о котором уже упоминалось выше. То место, на которое будет накладываться обмотка, изолируется тряпичной изолентой. Выводим провод для первой клеммы питания (все последующие провода выводятся без разрыва). Закрепляем на магнитопроводе первый виток и накручиваем рассчитанное количество. По достижении витка, который соответствует выбранному значению напряжения, выводится петля, следом необходимо продолжать наматывать провод.

После просушки автотрансформатор помещается в корпус. Первый выведенный провод присоединяется к разъёму питания. Этот разъем должен быть электрически связан c общей клеммой нагрузки, поэтому соединяет провода между собой каким-нибудь проводником.

Петлю, выведенную для 220 В, соедините co второй клеммой питания. Остальные провода подключите к соответствующим клеммам вторичной цепи. Существует специальная схема автотрансформатора, на которой изображены выводы проводов. По ней нужно ориентироваться при подключении проводов к клеммам.

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.