Автотрансформатр (ЛАТР): устройство, принцип действия и применение

Что такое автотрансформатор?

Из школьного курса физики известно, что простейший трансформатор состоит из двух катушек, намотанных на железные сердечники. Магнитным полем переменного тока, запитанного через выводы первичных обмоток, возбуждаются электромагнитные колебания во второй катушке, с аналогичной частотой.
При подключении нагрузки, к выводам рабочей обмотки, она образует вторичную цепь, в которой возникает электрический ток. При этом напряжение в образованной электрической цепи связано прямо пропорциональной зависимостью с количеством витков обмоток. То есть: U1/U2 = w1/w2 , где U1, U2 – напряжения, а w1, w2 – количество полных витков в соответствующих катушках.

Рисунок 1. Схема обычного трансформатора и автотрансформатора

Немного по-другому устроен автотрансформатор. Он, по сути, состоит из одной обмотки, от которой сделано один или несколько отводов, образующих вторичные витки. При этом все обмотки образуют между собой не только электрическую, но и магнитную связь. Поэтому, при подаче электрической энергии на вход автотрансформатора, возникает магнитный поток, под действием которого происходит индукция ЭДС в обмотке нагрузки. Величина электродвижущей силы связана прямой пропорциональностью с числом витков, образующих нагрузочную обмотку, с которой снимается напряжение.

Таким образом, формула, приведённая выше, справедлива и для автотрансформатора.

Из основной обмотки можно отводить большое количество выводов, что позволяет создавать комбинации для снятия различных по величине напряжений. Это очень удобно на практике, так как понижение напряжения часто требуется для питания нескольких блоков электроприборов, использующих различные напряжения.

Отличие автотрансформатора от обычного трансформатора

Как видно из описания автотрансформатора, главное его отличие от обычного трансформатора – отсутствие второй катушки с сердечником. Роль вторичных обмоток выполняют отдельные группы витков, имеющих гальваническую связь. Эти группы не требуют отдельной электрической изоляции.

У такого устройства есть определённые преимущества:

• сокращён расход цветных металлов, используемых на изготовление такого оборудования;
• передача энергии осуществляется путём воздействия электромагнитного поля входного тока, и благодаря электрической связи между обмотками. Следовательно, потеря энергии оказывается ниже, поэтому у автотрансформаторов наблюдаются более высокие КПД;
• малый вес и компактные габариты.

Несмотря на конструкционные различия, принцип работы этих двух типов изделий остаётся неизменным. Выбор типа трансформатора зависит, прежде всего, от целей и задач, которые приходится решать в электротехнике.

Типы автотрансформаторов

В зависимости от того в каких сетях (однофазных или трёхфазных) требуется изменить напряжение, используют соответствующий тип автотрансформаторов. Они бывают однофазными либо трёхфазными. Для трансформации тока с трёх фаз можно установить три автотрансформатора, предназначенных для работы в однофазных сетях, соединив их выводы треугольником или звёздочкой.

Схема соединений обмоток трансформатора

Существуют типы лабораторных автотрансформаторов, позволяющих плавно изменять значения по выходному напряжению. Такой эффект достигается путём перемещения ползунка по поверхности открытой части однослойной обмотки, наподобие принципа работы реостата. Витки проволоки наносятся вокруг кольцеобразного ферромагнитного сердечника, по окружности которого и перемещается контактный ползунок.

Автотрансформаторы подобного типа массово применялись на просторах СССР в эпоху массового распространения ламповых телевизоров. Тогда напряжение сетей было нестабильно, что вызывало искажения изображений. Пользователям этой несовершенной техники приходилось время от времени подстраивать напряжение до уровня 220 В.

До появления стабилизаторов напряжения, единственной возможностью достичь оптимальных параметров питания для бытовой техники того времени, было применение ЛАТР. Данный тип автотрансформаторов используется и сегодня в различных лабораториях и учебных заведениях. С их помощью осуществляется наладка электротехнического оборудования, тестируется аппаратура с высокой чувствительностью и выполняются другие задачи.

В специальном оборудовании, где нагрузки незначительны, применяются модели автотрансформаторов ДАТР.

Автотрансформатор ЛАТР

Существуют также автотрансформаторы:

• малой мощности, для работы в цепях до 1 кВ;
• среднемощные агрегаты (больше 1 кВ);
• высоковольтные автотрансформаторы.

Следует заметить, что с целью безопасности ограничено использование автотрансформаторов в качестве силовых трансформаторов, для снижения до 380 В напряжений, превышающих 6 кВ. Это связано с наличием гальванической связи между обмотками, что не безопасно для конечного потребителя. При авариях не исключено, что высокое напряжение попадёт на запитанное оборудование, что чревато непредсказуемыми последствиями. В этом кроется основной недостаток автотрансформаторов.

Обозначение на схемах

Отличить автотрансформатор на схеме от изображения обычного трансформатора очень легко. Признаком является наличие единственной обмотки связанной с одним сердечником, обозначенным жирной линией на схемах. По одну или по обе стороны этой лини схематически изображены обмотки, но в автотрансформаторе все они соединены друг с другом. Если на схеме витки изображены автономно, то речь идёт об обычном трансформаторе.

Принцип действия автотрансформатора

Несмотря на особенности строения обмоточной части агрегата, его принцип действия очень напоминает работу обычного трансформатора. По такому же принципу во время циркуляции переменного тока возникает магнитный поток в сердечнике. Его действие на обмотку характеризуется появлением на каждом отдельном витке равновеликой электродвижущей силы. Суммарная ЭДС на отрезке обмотки равна сумме величин токов всех отдельно взятых витков.

Особенностью является то, что по обмотке циркулирует ещё и первичный ток, который оказывается в противофазе к индукционному потоку. Результирующие значения этих токов на участке обмотки, предназначенной для потребителя, получаются меньшими (для понижающего тр.) чем параметры поступающего электричества.

Схема понижающего автотрансформатора

Соотношение величин ЭДС выражается формулой: E1/E2 = w1/w2 = k , где E – ЭДС, w – количество витков, k – коэффициент трансформации.

Учитывая то, что падение напряжений в обмотках трансформатора невелико – его можно не учитывать. В таком случае равенства: U1 = E1; U2 = E2 можно считать справедливыми. Таким образом, приведённая выше формула приобретает вид: U1/U2 = w1/w2 = k, то есть, соотношение напряжений к числу витков такое же, как и для обычного трансформатора.

Не вдаваясь в подробности, заметим, что отношение силы тока верхней катушки к току нагрузки, как и для обычного трансформатора, выражается формулой: I1/I2 = w2/w1 = 1/k. Отсюда следует, что поскольку в понижающем трансформаторе w2 < w1, то I2 < I1. Другими словами ток на выходе значительно меньше величины входящего тока. Таким образом, расходуется меньше энергии на нагревание проволоки, что позволяет использовать провода меньшего сечения.

Примечательно, что мощность нагрузки образуют токи электромагнитной индукции и электрической составляющей. Электрическая мощность ( P = U2*I1 ) довольно ощутима, в сравнении с индукционной составляющей, поступающей во вторичную цепь. Поэтому, чтобы получить требуемую мощность, используются меньшие значения сечений для магнитопроводов.

Что такое ЛАТР?

ЛАТР — лабораторный автотрансформатор регулируемый — прибор, предназначенный для регулирования напряжения, которое подаётся от однофазной или трехфазной сети переменного тока. Используя входное напряжение, ЛАТР его либо увеличивает, либо уменьшает. Также ЛАТР предназначен для настройки и тестирования разнообразного электрооборудования в условиях лаборатории или исследовательского центра. Работа с ним подразумевает знание и понимание основных физических законов, в частности закона Ома.

ЛАТР применяется в исследовательских целях, для тестирования оборудования переменного тока, наладки радиотехники, для тестирования высокочувствительной медицинской аппаратуры и промышленного оборудования. Широко применяется во всех сервисных центрах электротехнического оборудования, для тестирования. Также применяется для нагрева нихромовой нити, в животноводстве, для регулирования температуры нагрева инкубаторов и брудеров.

ЛАТР – самый простой способ получить заданное напряжение, либо менять его для исследований и тестов. При помощи поворота ручки с щеточным узлом переменное напряжение от обмотки на выходе ЛАТРа регулируется в диапазоне от 0 до 300 Вольт.

Компания SUNTEK (Сантек) специализируется на производстве лабораторных автотрансформаторов различной мощности. ЛАТРы SUNTEK отличаются удобством (серия RED имеет ряд дополнительных функций), качеством сборки, усиленным щеточным узлом, широким диапазоном выходных напряжений, формой и функционалом. Жидкокристаллический дисплей ЛАТРов SUNTEK позволяет контролировать напряжение на выходе с точность до вольта, чего нельзя сказать о стрелочной индикации, имеющей большую погрешность.

При использовании ЛАТРа следует понимать величину тока проходящего по обмотке ЛАТРа. Это основной показатель. Ввиду отсутствия гальванической развязки и наличия электрической связи ток первичной обмотки практически будет являться током и вторичной обмотки.

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. То есть здесь типичная гальваническая развязка.

Виды ЛАТРов

Основные элементы ЛАТРа SUNTEK

Однофазные

Такой типа ЛАТРов выдает однофазное переменное регулируемое напряжение. Он очень часто используется радиолюбителями, так как позволяет подобрать любое низковольтное переменное напряжение.

Трехфазные

Такой тип ЛАТРов используется в промышленной электронике. На его вход подается трехфазное напряжение, а на выходе получаем те же самые три фазы, но уже меньшей амплитуды. Этот ЛАТР позволяет изменять амплитуду напряжения всех трех фаз одновременно. Грубо говоря, это три однофазных ЛАТРа, которые находятся в одном корпусе и которые одинаково изменяют напряжение.

Классификация видов

Как правило, рассматриваемые устройства используются в промышленных и бытовых применениях, которые рассчитаны на низкое энергопотребление. Они эффективны также для соединения систем, работающих при разных значениях напряжения. Этим объясняется разнообразие видов автотрансформаторов.

Рассматриваемые изделия различают:

1. По степени внешней защиты корпуса – устройства, предназначенные для функционирования снаружи, снабжаются водонепроницаемым корпусом.
2. По техническим характеристикам – диапазону рабочих частот, значениям максимального первичного и вторичного напряжения, наибольшему вторичному току, мощности и температуре.
3. По типу электрической сети, в которой они функционируют – одно – или трёхфазной.

   
   Однофазный(слева) и трёхфазный(справа)

4. По значению выходного напряжения автотрансформаторы могут быть повышающими или понижающими. Особый класс образуют устройства со скользящими отводами. Важной характеристикой, которую учитывают при выборе, является тип сердечника – ламинированный, сплит и тороидальный.

   
   1а – трансформатор, 1б – понижающий, 1в – повышающий

Основные виды автотрансформаторов

• ВУ-25-Б — служит для уравнивания вторичных токов в дифференциальных защитах силовых трансформаторов.
• АТД — мощность 25 Вт, долго насыщается, имеет старую конструкцию и поэтому используется очень редко.
• ЛАТР-1 — предназначен в сетях с напряжением 127 В.
• ЛАТР-2 — применяется с напряжением 220 В.
• ДАТР-1 — предназначен для малых нагрузок.
• РНО — предназначен для больших нагрузок.
• АТЦН — применяется в измерительных телеустройствах.

Область применения

Особенности автотрансформатора позволяют применять его в быту и разных областях промышленности.

Металлургическое производство

Регулируемые автотрансформаторы в металлургии применяются для проверки и настройки защитной аппаратуры прокатных станов и трансформаторных подстанций.

Коммунальное хозяйство

До появления автоматических стабилизаторов эти аппараты применялись для обеспечения нормальной работы телевизоров и другой аппаратуры. Они представляли из себя обмотку с большим числом отводов и переключателем. Он переключал вывода катушки, а выходное напряжение контролировалось при помощи вольтметра.

В настоящее время автотрансформаторы используются в релейных стабилизаторах напряжения.

Справка! В трехфазных стабилизаторах установлены три однофазных автотрансформатора, и регулировка производится в каждой фазе по-отдельности.

Химическая и нефтяная промышленность

В химической и нефтяной промышленности эти аппараты применяются для стабилизации и регулировки химических реакций.

Производство техники

В машиностроении такие аппараты используются для пуска электродвигателей станков и управления скоростью вращения дополнительных приводов.

Учебные заведения

В школах, техникумах и институтах ЛАТРы применяются при выполнении лабораторных работ и демонстрации законов электротехники, и опытах по электролизу.

Виды автотрансформаторов

Однофазные – могут использоваться только для подключения к однофазной сети на 220 В. Диапазон регулировки выходного напряжения составляет от 0 до 300 В.

Трехфазные – предназначены для сети на 380 В. Могут регулировать напряжение на выходе от 0 до 430 В.

Показать ещеСтатьиВидео 10.02.2017 ЛАТР: для чего нужен лабораторный автотрансформатор В нашей стране распространены электросети двух видов – однофазные (с напряжением в 220 В) и трехфазные (с напряжением в 380 В). Следовательно, и большинство электроприборов, техники и оборудования рассчитано на работу с такими параметрами. Но для электроники и бытовой техники, привезенной из США или Японии, они не подходят, ведь в этих странах бытовые электросети имеют напряжение 110 В. А что делать, к примеру, когда при ремонте автомобильного электронного оборудования требуется напряжение питающей сети в 12-13 В? Для корректировки напряжения есть специальные приборы – трансформаторы. Обзор: Автотрансформатор Ресанта ЛАТР TDGC2-0,5 Автотрансформаторы ЛАТР Обзор лабораторных автотрансформаторовы SUNTEK

Будет интересно➡ Понятие гистерезиса: особенности, применения в котлах

Как изготовить ЛАТР своими руками

Подобный тип автотрансформатора вполне возможно изготовить собственными силами, при этом, предпочтительно начинать с простой модели, предназначенной для однофазного тока с U сети 230/50В.

Для понимания того, что такое трансформатор ЛАТР и как он будет работать, достаточно взглянуть на простейшую схему.

Можно, конечно, собрать и электронный ЛАТР своими руками. Но для начала следует приступать к сборке с элементарных схем.

Следует заранее оговориться, что подобный типы ЛАТРов предназначаются для изменения напряжения в небольших диапазонах. Иначе целесообразно использовать обычные, классические схемы трансформаторов с первичной и вторичной обмотками. При применении ЛАТРа на большой разнице входного и выходного U возможно возникновение следующих проблем:

• Велика вероятность возникновения I, близкого к току КЗ.
• В связи с использованием большего количества материала (сердечника, медной проволоки), вес и габариты полученного трансформатора будут достаточно велики, что также и увеличит его стоимость.
• Низкий КПД.

Для сборки ЛАТРа необходимо подготовить следующие материалы:

• Сердечник (стержневой или тороидальной формы), продаются в специализированных магазинах. Возможно также найти подобный якорь в старой, сломанной технике.
• Медная проволока (для обмотки).
• Изолента (тряпичная).
• Термостойкий лак.
• Корпус, на который необходимо установить входные и выходные клеммы.

Если необходимо собрать автотрансформатор с возможностью изменения выходного U, также потребуются:

• Вольтметр (можно применить как аналоговый, так и цифровой вариант).
• Ручка и ползунок, имеющий угольную щетку (необходимы для регулировки U).

Для того, чтобы правильно подобрать количество витков медной проволоки, необходимо произвести расчет провода. С этой целью необходимо определиться, в каких диапазонах требуется получить напряжение на выходе. В качестве стандартных значений используется 127/50, 180/50 и 250/50, при этом U входа = 230/50В. Также требуется ограничить и задать мощность прибора Р.

Расчет витков обмотки

Для того, чтобы подобрать требуемый провод, необходимо определить максимальный ток, который возможен через обмотку. Максимальный I можно получить при работе автотрансформатора в качестве понижающего с 230В (U1) на 127В (U2). Таким образом, I считается следующим образом: I = I2 – I1 = P / U2 – P / U1, где:

• I, I2, I3 – тoк на участках, A.
• Р – мощность, Вт.
• U1, U2 – напряжение на входе и выходе, В.

Для того, чтобы подобрать провод требуемого диаметра, необходимо произвести следующий расчет:

d = 0,8 * √I

Исходя из таблицы по выбору марки провода и его сечения, согласно ПУЭ подбирается требуемый провод.

После этого необходимо высчитать коэффициент трансформации для ЛАТРа, а также расчетную мощность:

n = U1 / U2

Pp = P * k * (1 – 1/n)

В последней формуле k – коэффициент, зависящий от КПД ЛАТРа.

Теперь требуется определить количество витков обмотки, необходимое для U в 1 В. Для этой цели определяется площадь поперечного сечения магнитопровода S:

S = √ Pp

W0 = m / S

В данной формуле:

• W0 – количество витков обмотки, необходимое для U в 1 В.
• m – постоянный коэффициент (35 – для тороидального сердечника, 50 – для стержневого)

В зависимости от вида материала, используемого в качестве сердечника, многие предпочитают увеличивать количество витков на 1В на 30%, а общее количество – на 10% во избежание потерь по U.

После этого рассчитывается необходимое количество витков путем перемножения W0 на требуемое напряжение вторичной обмотки:

w = W0 * U

Чтобы рассчитать требуемую длину провода, необходимо намотать один виток на сердечник, а затем замерить его длину. Умножая полученную величину на рассчитанное выше количество витков, в результате можно получить необходимую длину проволоки. Для того, чтобы проволоки хватило на присоединение к разъемам, с каждой стороны требуется добавить по 30 см.

Сборка ЛАТРа

Для того, чтобы собрать ЛАТР с возможностью регулировки U на выходе, необходимо использовать сердечник тороидального профиля.

Поверхность сердечника, которая будет соприкасаться с медной обмоткой, обматывается тряпичной изолентой. Один конец подготовленной медной проволоки оставляется для крепления разъема. После этого на сам магнитопровод необходимо намотать то количество витков, которое получилось из расчета, представленного выше.

С учетом того, что собираемый ЛАТР предназначен для нескольких уровней напряжения, при достижении первого значения из провода делается петля, после чего намотка витков продолжается до тех пор, пока весь провод не будет использован.

После того, как вся проволока намотана на сердечник, она покрывается термостойким лаком. При этом, самым оптимальным вариантом лакировки будет являться опускание магнитопровода с намотанной медной проволокой непосредственно в емкость, заполненную лаком, после чего его требуется оставить в ней на некоторое время. По истечении необходимого для выбранного лака времени сердечник с обмоткой вынимается из лака и просушивается, после чего помещается в подготовленный корпус.

Один конец намотанного провода подсоединяется к клемме, на которую будет подаваться питание от сети. Не стоит забывать, что она в обязательном порядке должна быть соединена с общим разъемом нагрузки, для этого достаточно соединить их изнутри короба обычным проводом.

Петля обмотки, которая соответствует U=230В, соединяется со второй входной клеммой (идет на БП). Все оставшиеся петли, соответствующие различным напряжениям, подключаются к соответствующим разъемам в зависимости от схемы подключения.

Если собирается ЛАТР, предназначенный для плавного регулирования выходного U, на корпусе делается крепление, в которое вставляется регулирующая ручка с подсоединенной к ней угольной щеткой, при этом она должна прикасаться к верхним виткам обмотки.

Там, где будет двигаться ползунок со щеткой, необходимо счистить лак (можно разметить данный участок на глаз), что обеспечит электрический контакт. В данном случае на выходе будет всего одна клемма, которую необходимо подсоединить к щетке, а также установить вольтметр.

После окончательной сборки получается готовый ЛАТР, собранный своими руками.

Проверка работоспособности собранного автотрансформатора

После сборки, данный автотранформатор необходимо протестировать на работоспособность, для чего требуется придерживаться следующей последовательности действий:

1. На входные клеммы подается напряжение 230/50 В.
2. После подачи U необходимо выждать некоторое время и убедиться в отсутствии постороннего шума, вибрации, запаха или появления дыма.
3. Поворачивая ручку регулятора, сверить необходимое значение выходных U с заданными.
4. После непродолжительного времени работы отключить трансформатор, открыть корпус и проверить обмотку на возможный перегрев.

Если все вышеуказанные пункты соблюдены и не замечено никаких отклонений в нормальной работе прибора, данный ЛАТР может использоваться по своему назначению. Таким образом, подобные лабораторные автотрансформаторы возможно применять не только в условиях учреждения, но и в быту, обеспечивая требуемое напряжения для работы разнообразных приборов.

Как сделать электронный ЛАТР?

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.

Схема устройства электронного ЛАТРа.

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.

Особенности

Рассматривая, что это такое ЛАТР, следует отметить, что это разновидность автотрансформаторов. Он характеризуется невысокой мощностью, ему не требуется госреестр. Принцип работы, которым обладает лабораторный регулировочный автотрансформатор, заключается в настройке напряжения переменного типа однофазной(слева на фото) или трехфазной сети(справа).

Схема ЛАТРа включает в себя стальной сердечник тороидального типа. На нем присутствует всего один контур. Двух отдельных обмоток у этого устройства нет. Контуры совмещены. Одна часть может быть отнесена к виткам первичного типа, а другая – к виткам вторичного типа. Регулировочный автотрансформатор ЛАТР имеет достаточно простую схему. Пользователь может самостоятельно настраивать количество витков вторичной обмотки. Это отличает представленную разновидность агрегатов от других трансформаторов. О том как собрать ЛАТР своими руками мы писали здесь.

Расшифровка основных параметров

Обмотки обозначаются, как правило, заглавными буквами (А, B, C и т.д.), в то время как общее нейтральное соединение обозначается N или n. Для вторичных ответвлений номера цифровых индексов используются для всех точек ответвления вдоль первичной обмотки. А индексы обычно начинаются с цифры «1» и продолжаются с возрастанием.

Обозначение бытовых автотрансформаторов отечественного производства, изготавливаемых по ГОСТ 7518-83, включает в себя:

• Буквенные индексы, которые определяют класс устройства – переходные (АПБ) или регулировочные (АРБ);
• Номинал реактивной мощности, кВА, на которую рассчитаны обмотки.

ГОСТ 7518-83 предусматривает указание наибольшего напряжения на вторичной обмотке отдельно при отсутствии и наличии внешней нагрузки.

Отдельная маркировки принята для лабораторных автотрансформаторов – ЛАТРов: после буквенного обозначения указывается номинальная мощность прибора в кВт.

Режимы работы

1. В автотрансформаторных режимах (а) возможна передача номинальной мощности из обмотки ВН в обмотку НН или наоборот. В обоих режимах последовательная и общая обмотки загружены типовой мощностью, что допустимо.
2. В трансформаторных режимах возможна передача мощности из обмотки НН в обмотку СН или ВН, причем обмотку НН можно загрузить не более чем на Sтип. В этих режимах АТ недогружен, что допустимо, но неэкономично.
3. В комбинированном режиме (б) возможна передача мощности не более S тип из сети НН в сеть ВН и при этом ( Sном ­Sтип) автотрансформаторным путем из сети СН в сеть ВН. Этот режим является допустимым и экономичным, т.к. загрузка общей обмотки может в пределе равной 0, а через АТ в сумме передается Sном.

Выбор оптимального режима работы важен для трёхфазных устройств. Они используются для непрерывной регулировки параметров с малыми потерями. Этот компонент обеспечивает пользователям наилучшую точность регулировки при минимальных потерях и, следовательно, при пониженном тепловыделении. Для трёхфазного тока данный эффект достигается с помощью механических соединений трёх управляющих трансформаторов. Конструкция скользящих токосъёмников выполняется такой, чтобы обеспечить надёжный выходной контакт и – при срабатывании – одновременную очистку контактной дорожки. Используются угольные щётки, которые могут вращаться или перемещаться возвратно-поступательно.

Переменный автотрансформатор имеет несколько первичных обмоток для создания вторичного напряжения, которое регулируется в диапазоне от нескольких вольт до долей вольт за оборот. Это достигается благодаря тому, что угольная щётка или ползунок находятся в контакте с одним или несколькими витками первичной обмотки. Поскольку витки первичной катушки равномерно распределены по её длине, то выходное значение пропорционально угловому вращению щётки.

Конструкция и принцип работы

Автотрансформатор используется для регулировки линейных напряжений, чтобы либо изменить значение, либо сохранить его постоянным. Если регулировка производится на небольшую величину, то коэффициент трансформации также невелик, а токи в первичной и вторичной обмотках практически одинаковы. Следовательно, та часть обмотки, которая обуславливает разницу между двумя токами, может быть изготовлена ​​из проводника намного меньшего размера.

Диапазон управления, значение индуктивности рассеяния и габаритный размер (из-за того, что вторая обмотка отсутствует) автотрансформатора при необходимой величине реактивной или активной мощности меньше, чем у трансформаторов, у которых присутствует двойная обмотка.

Обе обмотки – первичная и вторичная – соединены между собой как электрически, так и магнитно, а также имеют общий магнитопровод. Часть первичной части обмотки соединяется с источником питания переменного тока. Таким образом, в результате простого реверсирования соединений можно легко повышать или понижать напряжения питания.

При протекании исходного тока через одну обмотку в одном направлении, ток во вторичной обмотке движется в противоположную сторону. Автотрансформатор имеет несколько точек отбора потенциала вдоль обмотки.

Конструкция однофазного автотрансформатора

Модели ЛАТРов SUNTEK

Однофазные лабораторные автотрансформаторы

Однофазные лабораторные автотрансформаторы серии RED

Трехфазные лабораторные автотрансформаторы

Подробнее о ЛАТРах SUNTEK предлагаем посмотреть в видео:

Схема ЛАТР

Как уже было сказано выше, все ЛАТРы относятся к автотранформаторам и обладают незначительной мощностью. При этом, им не требуется регистрация как средства измерения в Госреестре СИ и, соответственно, их не требуется поверять (по метрологическому освидетельствованию).

ЛАТР используется как на однофазной (230/50В), так и на трехфазной (380/50В) сети переменного тока и состоит из следующих составляющих:

• Тороидальный сердечник из стали.
• Обмотка, которая выполнена в виде одного контура (первичная).

При этом ее определенное количество витков зачастую выступает также и в роли вторичной обмотки и может регулироваться в зависимости от требуемого U выхода. Для того, чтобы уменьшить или увеличить число витков вторичной обмотки, в ЛАТРе предусмотрено ручное управление (ручка), поворот которой вызывает скольжение и перемещение угольной щетки от одного витка к другому. Таким образом, изменяется коэффициент трансформации, что и обуславливает различное выходное U.

Принцип работы с ЛАТРом

Чтобы работать с ЛАТРом было легко и безопасно даже неподготовленному человеку, приведем обязательный минимум теоретической информации и правила регулировки прибора. Основной характеристикой любого лабораторного автотрансформатора является максимально допустимый ток. Он указывается в паспорте устройства. Например, ЛАТР SUNTEK 500 ВА имеет максимально допустимый ток 2А. Превышение этого параметра ведет к перегреву и перегоранию обмотки катушки. Прибор выходит из строя. И самое неприятное, что ремонт при такой поломке нецелесообразен. Замена катушки обойдется в ту же сумму, что и покупка нового ЛАТРа. Поэтому при работе с ЛАТРом

Принцип работы автотрансформатора

А сейчас, для лучшего понимания основного принципа работы автотрансформаторов, рассмотрим процессы, которые в них происходят.

В качестве примера, мы возьмем автотрансформатор, который может как повышать напряжение на выходе, так и уменьшать его, относительно начального. Общее количество витков медного провода у него, для удобства расчетов, равно 20, выглядит он следующим образом:

Как видите, у такой модели, есть уже четыре точки подключения к общей обмотке: A1, a2, a3 и X.

К контактам A1 и N – подключается источник переменного электрического тока, например, питание стандартной городской электросети, с напряжением(U1), в нашем случае это стандартные 220В. Всего между этими точками 18 витков медной проволоки, этот участок спирали обозначен как W1, он считается первичной обмоткой автотрансформатора.

Важные параметры выбора

Прежде всего, нужно определить, для чего будет использоваться автотрансформатор. Например, для испытания работоспособности силового оборудования на заводе понадобится одна модель, для обеспечения электропитания при ремонте автомагнитолл – совсем другая. Чтобы было легче сформулировать требования к прибору, учитывайте следующие параметры:

Мощность. Можно подобрать ЛАТР мощностью от 0,45 до 10 Вт (и даже более), но сначала нужно просчитать нагрузку всех подключаемых электропотребителей. Их суммарная мощность не должна превышать мощность автотрансформатора.

Диапазон регулировки напряжения. Он зависит от того, как действует прибор – на понижение или на повышение параметров напряжения. Большинство моделей относятся к понижающему типу, особенно однофазные, у них рабочий диапазон может составлять от 0 до 250 В или от 160 до 220 В. В зависимости от того, какая величина напряжения нужна для работы техники, выбирайте ЛАТР с соответствующим диапазоном. У трехфазных моделей диапазон шире: нижний предел может находиться на уровне в 200-220 В. Не всегда нужен лабораторный автотрансформатор с широким рабочим диапазоном, к примеру, если в сети напряжение падает до 180 В (не выше и не ниже), то можно купить трансформатор с регулировкой в пределах 180-220 В.

Напряжение питающей сети. Если планируется подключение прибора к однофазной сети, то необходимо покупать модель на 220 В, если к трехфазной – на 380 В (при этом, у такой модели диапазон регулировки может выходить далеко за пределы номинальных значений трехфазной сети, например, может составлять от 0 до 430 В).

Итак, вы уже решили купить лабораторный автотрансформатор? С этим устройством вы сами сможете корректировать показатели напряжения в сети и устанавливать такие значения, которые необходимы конкретному виду энергопотребителей. А быстро выбрать и заказать подходящее оборудование можно на нашем сайте. Не откладывайте покупку – возьмите напряжение под контроль!

Советы и рекомендации

В настоящее время наряду с однофазными приборами находят достаточно широкое применение и устройства трехфазного типа, отличающиеся обмоткой. Существуют современные трёхфазные автотрансформаторы, имеющие два и три контура.

Основные защитные характеристики автотрансформатора представлены несколькими вариантами:

• дифференциальная разновидность, предупреждающая выход из строя при любых нарушениях в обмотке;
• принцип токовой отсечки, корректирующий неполадки, возникшие на ошинковках или вводах;
• высокоэффективная токовая защита, которая четко срабатывает в условиях повреждения агрегата;
• газовый вид, оповещающий даже о выделениях или понижении количества маслянистой жидкости.

Токовые трансформаторы – важное защитное свойство релейного типа. Схема подключения трансформатора тока – варианты монтажа вы найдете на нашем сайте.

Для чего необходим провод заземления? Подробно о назначении рассмотрим далее.

Конструкцией предусмотрена защита при появлении замыкания или перегрузки, но прибор не подлежит эксплуатации, если замечено повреждение изолирующего слоя, отмечается сбой на соединительных участках, присутствуют сторонние звуки или слишком сильная вибрация, а также прибор имеет на корпусе выраженные трещины или многочисленные сколы.

О принципе работы устройств

Лабораторный автотрансформатор регулируемый, сокращенно ЛАТР, представляет собой прибор, в основе которого – магнитный сердечник с обмоткой из меди, где возникает электрическая связь. Вдоль обмотки движется угольная щетка, создавая тем самым контакт с подключенным электропотребителем. В зависимости от положения щетки, меняется коэффициент трансформации, что, в свою очередь, влияет на значение выходного напряжения. Благодаря поворотному регулятору, с помощью которого меняется положение щетки, можно корректировать по шкале значение напряжения тока, подаваемого на нагрузку.

Электропотребители подключаются к лабораторному автотрансформатору через выходные клеммы, в свою очередь, сам прибор соединяется с центральной электросетью либо через входные клеммы, либо подключением электровилки к розетке.

Основным отличием лабораторных автотрансформаторов от обычных является то, что подвижный контакт в обмотке позволяет менять количество витков, включенных в цепь и тем самым дает возможность устанавливать напряжение в широком диапазоне, например, в однофазной сети – от 0 до 250 В, в трехфазной – от 0 до 430 В. Изменение количества витков происходит плавно, поэтому удается получить максимально точные значения напряжения и чистую синусоиду на выходе. Кроме того, данное устройство легче и компактнее аналогов, сделанных по традиционной схеме, и имеет гораздо больший КПД (до 98%). Для контроля работы на панели управления имеется вольтметр, а вентиляционные решетки в корпусе способствуют естественному охлаждению устройства и предотвращают перегрев.

Описание работы 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 регулятор, с помощью которого можем выставить нужное нам напряжение.

На лицевой стороне видим какое-то подобие вольтметра переменного напряжения. На клеммы слева заводим напряжение из сети 220 В, а с клемм справа — напряжение, которое требуется нам на данный момент.

Необходимые параметры при выборе ЛАТРа

Сила тока, проходящего по обмоткам автотрансформатора, зависит от двух величин: мощность нагрузки и выходное напряжение.

То есть, подключение того или иного оборудования (нагрузки) с различной потребляемой мощностью и регулирование напряжение на выходе ЛАТРа при помощи поворотной ручки изменяет значение силы тока. А значит, чтобы не превысить максимально допустимый ток ЛАТРа, делать все манипуляции с прибором надо осознанно, понимая значение каждой величины и постоянно контролируя ток по формуле.

Основным критерием выбора модели ЛАТРа является ток, который будет через него проходить. В паспорте указан максимальный ток для каждой модели стабилизаторов напряжения. К примеру, модель SUNTEK 5000, максимальный ток – 20 Ампер. То есть, если потребитель будет использоваться при напряжении 250 Вольт, то 250 умножаем на 20 и получаем разрешенную мощность, 5000 Ватт. Но! Если Вы хотите использовать ЛАТР при 100 Вольтах, максимальный ток остается прежний, 20 Ампер и тогда максимальная мощность будет равна 100 умножить на 20 всего 2000 Вт. Этот закон надо использовать всегда, чтобы ЛАТР работал долго и безупречно.

Как работает ЛАТР на практике

Давайте проведем опыты с лампочкой накаливания в 95 Ватт 220 Вольт. Для этого цепляем ее к выходным клеммам справа.

Интересно, при каком напряжении начнет светится спираль лампочки? Давайте узнаем! Крутим регулятор, пока не заметим слабое свечение лампочки.

Смотрим на шкалу регулятора. 35 Вольт!

А вы знаете, что в США сетевое напряжение 110 Вольт? Интересно, как бы светилась тогда наша лампочка? Выставляем 110 Вольт.

Светится, как говорится, в пол накала.

А теперь сравните, как она светится при 220 В

Дальше повышать напряжение нет смысла. Лампочка может перегореть.

Если хотите выставить напряжение с большой точностью, то конечно же, здесь не обойтись без мультиметра. Для этого ставим крутилку мультиметра на положение измерения переменного напряжения

Цепляемся и меряем переменное напряжение. Заодно подгоняем с помощью регулятора ЛАТРа. Ровно 110 Вольт!

Правила безопасности при работе с ЛАТРом

При работе с лабораторным автотрансформатором чрезвычайно важно соблюдать правила безопасности. Это позволит избежать поражения электрическим током и убережет сам ЛАТР от поломки.

— подключать к сети прибор со снятым корпусом,

— подсоединять или отсоединять провода от клеммной колодки, если ЛАТР подключен к сети,

— резко крутить регулировочную ручку,

— оставлять прибор без присмотра, а также работать с ЛАТРом непрерывно более 6 часов,

— накрывать работающий прибор, а также использовать его в помещении с высокой влажностью или температурой.

Недостатки

Перед тем, как вводить в эксплуатацию представленное оборудование, необходимо изучить его основные недостатки:

• Схема низковольтного типа будет значительно зависеть от высокого уровня напряжения. Чтобы избежать возникновения сетевого сбоя, потребуется создать продуманную систему подачи низкого напряжения. Только в таком случае прибор сможет перенести повышенные нагрузки.
• Поток, рассеивающийся между обмотками, незначителен. При возникновении определенных неисправностей может возникнуть короткое замыкание. Его вероятность в этом случае значительно увеличивается.
• Соединения, которые создаются между вторичными и первичными обмотками, должны быть идентичными. В противном случае могут возникнуть некоторые проблемы при работе агрегата.
• Невозможно создать систему с заземлением с одной стороны. Нейтралью должны обладать оба блока.
• Представленная система делает трудной задачей сохранение электромагнитного баланса. Для улучшения этого показателя потребуется увеличить корпус прибора. Если диапазон трансформации будет значительным, экономия ресурсов будет незначительной.

Также следует отметить, что выполняя ремонт автотрансформатора, устраняя возникшие неполадки и аварийные ситуации, может снизиться безопасность работы обслуживающего персонала. Высшее напряжение может наблюдаться и на низшей обмотке. В этом случае все элементы системы окажутся подведены к высоковольтной части. По правилам безопасности такое положение вещей недопустимо. В этом случае возникает вероятность пробоя изоляции проводников, которые присоединены к электрооборудованию.

Рассмотрев основные особенности работы и устройства автотрансформаторов, можно сделать выводы о целесообразности их применения в своих целях.

Устройство самоделки

Нормальное напряжение на аккумуляторе, отключенном от автомобиля, находится в пределах между 12,5 в и 15 в. Поэтому зарядное устройство должно выдавать такое же напряжение. Ток заряда должен быть равен примерно 0,1 от емкости, он может быть и меньше, но это увеличит время зарядки. Для стандартной батареи емкостью 70-80 а/ч ток должен быть равен 5-10 амперам в зависимости от конкретного аккумулятора. Наше самодельное зарядное устройство для АКБ должно соответствовать этим параметрам. Для сборки зарядного устройства для автомобильного аккумулятора нам потребуются следующие элементы:

Трансформатор. Нам подойдет любой из старого электроприбора или купленный на рынке с габаритной мощностью порядка 150 Ватт, можно больше, но не меньше, иначе он будет сильно нагреваться и может выйти из строя. Отлично, если напряжение его выходных обмоток составляет 12,5-15 В, а ток порядка 5-10 ампер. Посмотреть эти параметры можно в документации к вашей детали. Если же нужной вторичной обмотки нет, то необходимо будет перемотать трансформатор под другое выходное напряжение. Для этого:

1. Удалите все ненужные вторичные обмотки, оставив только первичную.

2. Выполните расчёт необходимого числа витков и сечения проволоки для подходящего напряжения и тока. Для этого есть специальные калькуляторы и формулы из курса физики. Необходимый диаметр проволоки рассчитывается по таблице ниже. Проволока обязательно должна быть в лаковой изоляции. А число витков определяется соотношением: U1/U2=N1/N2. Отсюда следует, что если у вас первичная обмотка состоит из 480 витков, то для получения 13 Вольт на выходе необходимо намотать всего 26 витков, так как напряжение сети – 220 Вольт.
3. После этого уложите проволоку на основу виток к витку, делая изоляцию между слоями бумагой или изолентой в несколько слоев. Конец и начало обмоток выведите и надежно закрепите на корпусе. Чтобы припаять к ним провода, зачистите изоляцию ножом.
4. Для уменьшения шума и вибраций, а также улучшения изоляции, можно пропитать устройство парафином.

Таким образом мы нашли или собрали идеальный трансформатор, чтобы сделать зарядное устройство для аккумулятора своими руками.

Нам также понадобятся:

• 4 Диода. Подойдут любые диоды с током не менее 10 ампер. Одни из самых популярных: импортные – 10A10, отечественные – Д242А, 2Д203А, КД213Б. Или диодные мосты, например: КВРС1001, КВРС1002 и их аналоги.

• 4 радиатора для диодов. Можно, конечно, обойтись и без них на малых токах порядка 3-5 Ампер. Но это может привести к их быстрому выходу из строя, поэтому необходимы радиаторы площадью 32 кв. см или 128 кв. см для диодного моста. Их можно сделать из листового алюминия или использовать кулеры от компьютера и материнских плат.
• Разборная электрическая вилка или сетевой шнур.
• Медные провода сечением не меньше 2,5 кв. мм.
• Предохранители на 0,5А и на 10А.
• Термоусадочная трубка или изолента.
• Пластина из диэлектрика, а еще лучше – корпус, например фанерный или пластиковый.
• Кусок нихромовой проволоки от электроплитки.

• Мультиметр или вольтметр с амперметром.
• Паяльник, припой и флюс (канифоль или ЛТИ-120).

• Еще несколько радиокомпонентов, если мы хотим сделать устройство с защитой и автоматическим отключением.

Подготовив все материалы можно переходить к самому процессу сборки автомобильного ЗУ.

Чтобы сделать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками, необходимо следовать пошаговой инструкции:

1. Создаем схему самодельной зарядки для АКБ. В нашем случае она будет выглядеть следующим образом:
2. Используем трансформатор ТС-180-2. Он имеет несколько первичных и вторичных обмоток. Для работы с ним нужно соединить последовательно две первичные и две вторичные обмотки, чтобы получить нужное напряжения и ток на выходе.

3. С помощью медного провода соединяем между собой выводы 9 и 9’.

4. На стеклотекстолитовой пластине собираем диодный мост из диодов и радиаторов (как показано на фото).

5. Выводы 10 и 10’ подключаем к диодному мосту.
6. Между выводами 1 и 1’ устанавливаем перемычку.

7. К выводам 2 и 2’ с помощью паяльника крепим сетевой шнур с вилкой.
8. В первичную цепь подключаем предохранитель на 0,5 А, 10-амперный соответственно во вторичную.
9. В разрыв между диодным мостом и аккумулятором подключаем амперметр и отрезок нихромовой проволоки. Один конец которой закрепляем, а второй должен обеспечивать подвижный контакт, таким образом будет меняться сопротивление и ограничиваться ток, подаваемый на аккумулятор.
10. Изолируем все соединения термоусадкой или изолентой и помещаем устройство в корпус. Это необходимо, чтобы избежать поражения электрическим током.
11. Устанавливаем подвижный контакт на конец проволоки, чтобы ее длинна и соответственно сопротивление были максимальны. И подключаем аккумулятор. Уменьшая и увеличивая длину проволоки, необходимо выставить нужное значение тока для вашего аккумулятора (0,1 от его емкости).
12. В процессе зарядки сила тока, подаваемая на аккумулятор, будет сама уменьшаться и когда она достигнет 1 ампера можно сказать, что аккумулятор зарядился. Желательно также контролировать непосредственно напряжение на батарее, однако для этого его необходимо отключить от з/у, так как при зарядке оно будет немного выше реальных значений.

Будет интересно➡ Какие виды релейной защиты существуют?

Первый запуск собранной схемы любого источника питания или ЗУ всегда производят через лампу накаливания, если она загорелась в полный накал — или где-то ошибка, или первичная обмотка замкнута! Лампу накаливания устанавливают в разрыв фазного или нулевого провода, питающих первичную обмотку.

Данная схема самодельного зарядного устройства для АКБ имеет один большой недостаток – она не умеет самостоятельно отключать аккумулятор от зарядки после достижения нужного напряжения. Поэтому вам придется постоянно следить за показаниями вольтметра и амперметра. Есть конструкция, лишенная этого недостатка, однако для ее сборки потребуется дополнительные детали и больше усилий.

Наглядный пример готового изделия