Латр (автотрансформатор лабораторний). Латра своїми руками та способи збирання лабораторний латр його схема кількість витків

Трансформатор, що має електричний зв'язок між обмотками, називають лабораторним автотрансформатором, або ЛАТРом. Вольтаж ланцюга навантаження прямо пропорційний обмотці вторинного ланцюга. Залежно від конструкції, отримання потрібної вихідної напруги здійснюватиметься підключенням до відповідних висновків або обертанням ручного регулятора (рис. 1). У цій статті описується, як зробити ЛАТР у домашніх умовах.

Підготовка матеріалу

Для складання ЛАТРу знадобляться такі матеріали та пристрої:

Мідна обмотка;
Тороїдальний або стрижневий магнітопровід. Можна придбати у спеціалізованому магазині або витягти зі зіпсованої техніки;
Термостійкий лак;
Ганчіркова ізолятора;
Корпус із закріпленими роз'ємами для підключення навантаження та живлення.

Для лабораторного ЛАТРу зі змінним коефіцієнтом трансформації можуть додатково знадобитися:

Цифровий чи аналоговий вольтметр.
Поворотний механізм, що включає ручку і повзунок з вугільною щіткою. Він регулюватиме напругу.

Розрахунок дроту

Автотрансформатор недоцільно використовувати для великих трансформацій з таких причин:

Великий ризик отримати струми, близькі до короткого замикання. Це компенсується спеціальними електронними схемами чи додатковим опором. Для невеликих навантажень вигідніше використовувати електронний ЛАТР.
Втрачаються переваги перед трансформаторами: високий ККД, економія провідника та сталі, малі габарити та вага, вартість.

Визначаємось у яких межах працюватиме ЛАТР. Живлення мережі вибираємо 220 В. Як вторинна напруга вибираємо 127, 180 і 250 В. Потужність обмежуємо в 300 Вт. Можете вибрати свої значення та зробити аналогічні розрахунки на прикладі цієї статті.

Обмотка розраховується за більшим струмом. Найбільший струм буде при перетворенні напруги 220 в 127 В. Автотрансформатор у цьому випадку є знижуючим, і до нього підходить схема 1. Виходячи з наданої схеми, розраховуємо максимальний струм I проходить в обмотці обох ланцюгів:

I = I2 - I1 = P / U2 - P / U1 = 300 / 127 - 300 / 220 = 1 А

де I, I2, I3 - струми у відповідних ділянках ланцюга, А;
P – потужність, Вт;
U1, U2 – напруги первинного та вторинного ланцюга, В.

Діаметр дроту розраховуємо за формулою:

d = 0,8 * √I = 1 мм.

З таблиці 1 вибираємо тип дроту та переріз. Вибір робимо з урахуванням розрахункового струму та середнього значення густини струму для трансформаторів – 2 А/мм².

Коефіцієнт трансформації ЛАТРа n обчислюємо за такою формулою:

n = U1 / U2 = 220 / 127 = 1,73

Для подальшого розрахунку обчислюємо розрахункову потужність Pр:

Pр = P * k * (1 - 1 / n) = 300 * 1,2 * (1 - 1 / 1,73) = 151,92 Вт

де до - Коефіцієнт, що враховує ККД автотрансформатора.

Для визначення кількості витків, що припадають на 1 вольт, необхідно порахувати площу поперечного перерізу сердечника S і визначитися з типом магнітопроводу:

S = √ Pр = √ 151,92 = 12,325 см²

W0 = m/S = 35/12,325 = 2,839

де W0 - кількість витків, що припадають на 1 вольт;
m – 50 для стрижневого та 35 для тороїдального магнітопроводів.

Якщо сталь не дуже високої якості, варто збільшити значення W0 на 20-30 %. Так само при розрахунку витків слід збільшити їх кількість на 5-10%, щоб уникнути просідання напруги. Розраховуємо кількість витків для вибраних напруг 127, 180, 220 і 250 В:

w = W0 * U

Отримуємо 360, 511, 624 та 710 витків.

Для розрахунку довжини дроту обмотуємо один виток на магнітопровід і вимірюємо його довжину. Потім множимо на максимальну кількість витків і додаємо по 25-30 сантиметрів для кожного виведення до клеми.

Процес складання

Для складання регульованого ЛАТРа вибираємо тороїдальний магнітопровід (рис. 2). Місце накладання обмотки ізолюємо ганчірковою ізолентою. Виводимо провід для першої клеми живлення. Усі наступні дроти виводимо не розриваючи. Закріплюємо перший виток на магнітопроводі і починаємо накручувати розраховану кількість. При досягненні витка відповідного одному з вибраних напруг виводимо петлю і продовжуємо намотувати провід. На малюнку 3 зображено процес намотування на дерев'яному каркасі.

Після накладання обмотки лакуємо ЛАТР. Наповнюємо ємність вибраним лаком і занурюємо в нього автотрансформатор. Залишаємо на тривале просушування.

Після просушування поміщаємо автотрансформатор у корпус. Перший виведений провід приєднуємо до гнізда живлення. Цей роз'єм має бути електрично пов'язаний із загальною клемою навантаження, тому з'єднуємо їх між собою якимось провідником. Петлю виведену для 220 В, з'єднуємо з другою клемою живлення. Інші проводи підключаємо до відповідних клем вторинного ланцюга. На "схемі" 2 зображені висновки дротів.

Для лабораторного автотрансформатора зі змінним коефіцієнтом трансформації додаємо корпус і робимо кріплення для ручки регулятора. До ручки прикріплюємо повзунок із вугільною щіткою. Щітка має щільно торкатися верхньої частини обмотки. Помічаємо область по якій пересуватиметься щітка, і в цьому місці позбавляємося ізоляції. Так щітка матиме прямий електричний контакт із вторинною обмоткою. Клеми вторинних напруг, крім загальної, замінюємо однією, з'єднаною з вугільною щіткою (схема 3). При приєднанні закріплюємо вольтметр.

Якщо слідувати написаній статті, то ЛАТР можна легко зробити своїми руками.

Перевірка

Щоб переконатися в безперебійній і надійній роботі пристрою, виконуємо такі пункти:

Підключаємо автотрансформатор до мережі 220 В;
Перевіряємо відсутність задимлення, запаху гару, сильних шумів;
Вольтметром перевіряємо відповідність вихідних значень;
Через 10 - 20 хвилин роботи відключаємо ЛАТР. Перевіряємо чи не перегрілася обмотка.
Знову вмикаємо ЛАТР у мережу і підключаємо навантаження на тривалий час.

За відсутності проблем автотрансформатор готовий до роботи.

Для підвищення або зниження рівня напруги (U) використовуються трансформатори, в яких завдяки різному числу витків первинної та вторинної обмоток на виході можна отримати необхідний рівень U. Подібні пристрої використовуються і в лабораторних дослідженнях, проте їхня конструкція має свої особливості. При необхідності провести плавне регулювання як однофазної, так і трифазної напруги, застосовуються спеціальні автотранформатори - ЛАТР, що виконують функцію блоку живлення (БП) для різних видів приладів у лабораторії.

Основною особливістю даного пристрою є те, що первинна та вторинні обмотки в ньому з'єднані електричним шляхом (точніше сказати, контури обмоток з'єднані, при цьому частина витків відноситься до первинного, а інша частина – до витків вторинного типу), що забезпечує крім електромагнітної ще й електричний взаємозв'язок.

Вторинна обмотка на виході має кілька рядів клем, причому при підключенні до кожної з них можна отримати різні рівні U.

Переваги та недоліки використання ЛАТР

Як було зазначено вище, подібні види трансформаторів використовуються переважно у лабораторіях. Основними перевагами застосування даного виду приладів можна вважати такі фактори:

Високий ККД, що у ЛАТРах як із однофазному, і трифазному струмі може досягати значення 99 %. Такий показник можливий у тому випадку, коли різницю між U входу і виходу незначно, при цьому вихідна напруга може бути як меншою, так і більшою за вхідний. При цьому U виходу завжди має синусоїдальну характеристику.
За рахунок того, що як первинна, так і вторинна обмотки з'єднані в єдиний контур, між ними немає гальванічної розв'язки. При присутності занулення (у промислових мережах) це не критично, зате дозволяє використовувати якорь маленького діаметру (менша витрата матеріалу) і менша кількість мідного дроту, необхідного для витків.
У зв'язку з технічними особливостями, зазначеними в попередньому підпункті, автотрансформатор буває, як правило, невеликого розміру і досить легкий, що значно впливає на зменшення його вартості.

Види ЛАТРів та їх позначення

Як було зазначено вище, всі подібні види трансформаторів працюють від ланцюга змінного струму, причому поширені як однофазні, і трифазні моделі. Залежно від них технічних характеристик, вони позначаються так:

Лабораторнийрегульований автотрансформатр- Власне, ЛАТР.
Автотрансформатор, що застосовується на однофазномузмінному струмі (однофазний регулятор напруги) – РНО.
Застосовується на трифазнийструмі (трьохфазні регулятори напруги) автотрансформатор – РНТ.

Всі ЛАТРи застосовуються для того, щоб на виході отримати напругу, відмінну від вхідної (перетворювач або регулятор напруги). Найчастіше їх застосування виправдане для підключення побутової техніки, номінальна напруга якої за характеристиками, заявленими виробником, відрізняється від U промислової мережі (230/50 В або 380/50 В).

Всі види трансформаторів є кілька обмоток, які пов'язані індуктивним шляхом, і можуть перетворювати або вхідна напруга (трансформатори U), або вхідний струм (трансформатори I). Що стосується лабораторних автотранформаторів, у яких є також електричний зв'язок між обмотками, вони хоч і активно застосовуються з середини п'ятдесятих років минулого століття, при цьому залишаються затребуваними і до сьогодні.

Модифікація такого приладу значно змінилася з часом. Раніше, з метою здійснення плавного регулювання U застосовувався струмознімальний контакт, що закріплюється на витках вторинної обмотки, що дозволяло швидко змінювати параметри напруги на виході. Таким чином, в умовах лабораторії завжди існувала можливість змінювати роботу різних пристроїв та агрегатів, як-то – змінювати оберти двигуна, посилювати або приглушувати яскравість освітлення або регулювати температуру нагрівання паяльника.

В даний час ЛАТР має досить багато різних модифікацій, найпопулярніші з них – і . Однак усі моделі є перетворювачами напруги за його величиною (стабілізаторами U), причому вихідний параметр має можливість налаштування. Для правильного використання подібних видів пристроїв необхідно звернутись до інструкції із застосування ЛАТРу.

Схема ЛАТР

Як вже було сказано вище, всі ЛАТРи відносяться до автотранформаторів і мають незначну потужність. При цьому їм не потрібна реєстрація як засоби вимірювання в Держреєстрі СІ і, відповідно, їх не потрібно повіряти (за метрологічним оглядом).

ЛАТР використовується як на однофазний(230/50В), так і на трифазний(380/50В) мережі змінного струму та складається з наступних складових:

Тороїдальний сердечник із сталі.
Обмотка, яка виконана у вигляді одного контуру (первинна).

При цьому її певна кількість витків найчастіше виступає також і в ролі вторинної обмотки і може регулюватися в залежності від необхідного виходу U. Для того, щоб зменшити або збільшити число витків вторинної обмотки, в ЛАТР передбачено ручне управління (ручка), поворот якої викликає ковзання та переміщення вугільної щітки від одного витка до іншого. Таким чином, змінюється коефіцієнт трансформації, що і зумовлює різне вихідне U.

Як працює ЛАТР

Як вже було сказано, налаштування необхідної вихідної напруги здійснюється вручну за допомогою обертання ручки, що змінює переміщення вугільної щітки. При цьому подібне налаштування здійснюється при підключенні приладу до електричної мережі.

Один із виходів витків обмотки, що відноситься до вторинної, приєднаний до вугільної щітки. Другий кінець вторинної обмотки є загальним з того боку, де є вхідна мережа. Обертання ручки викликає переміщення щітки, що змінює число витків, а отже – вихідне значення U.

Усі пристрої, яким потрібна напруга, відмінна від номінального, приєднуються до виходу ЛАТРа (до спеціально встановлених клем). Живлення мережі подається на вхідні клеми автотрансформатора.

Спереду автотрансформатора встановлений вольтметр для вторинного ланцюга, який здатний показати різкі стрибки напруги (перевантаження), а також дає змогу більш точно виставити необхідне U на виході.

ВАЖЛИВО! Даний вольтметр дозволяє правильно виставити необхідну напругу вторинного ланцюга, однак для правильної оцінки його значення необхідно також заміряти U перед споживачем.

Також у корпусі ЛАТРу є спеціальні отвори (або вентиляційні грати, встановлені в деяких моделях), які дозволяють виробляти вентиляцію всередині і оберігають як сердечник, так і обмотку від перегріву.

Види застосовуваних лабораторних автотрансформаторів

Всі ЛАТРи, що використовуються в даний час, розраховані на живлення від мережі АС певної напруги.

Моделі призначені для роботи на однофазному струмі 230/50В. Мають один тороїдальний сердечник, на якому розташована обмотка. Їхня схема дуже проста.

Пристрої, що працюють від трифазної мережі АС 380/50В. Вони оснащені трьома магнітопроводами, кожен із яких має свою обмотку. Тут схема виглядає дещо інакше.

Всі види подібних трансформаторів можуть видавати як знижену, так і підвищену напругу на виході, а саме:

РНВ - 0-250В.
РНТ - 0-450В.

Основні сфери застосування ЛАТР

Всі подібні види автотрансформаторів мають досить вузьке застосування за рахунок своїх конструктивних особливостей, а саме:

У лабораторіях різних НДІ та підприємств для проведення тестових робіт стосовно обладнання, що працює на АС, а також як стабілізатор U для зниження мережевої напруги (на вході).
Для налагодження, налагодження промислових приладів, радіоелектронної та високочутливої техніки та більшості пристроїв, для роботи яких потрібен знижений рівень U.
Як зарядний пристрій для АКБ.
У ЖКГ.
В освітніх установах щодо лабораторних робіт.

Однак, якщо в електромережі постійно є нестабільний рівень U, застосування ЛАТР не буде себе виправдовувати, так як в подібних випадках потрібно встановлення стабілізатора.

Як виготовити ЛАТР своїми руками

Подібний тип автотрансформатора цілком можливо виготовити власними силами, причому переважно починати з простої моделі, призначеної для однофазного струму з U мережі 230/50В.

Для розуміння того, що таке трансформатор ЛАТРі як він працюватиме, достатньо поглянути на просту схему.

Можна, звичайно, зібрати і електронний ЛАТР своїми руками. Але для початку слід приступати до збирання з елементарних схем.

Слід заздалегідь зазначити, що подібні типи ЛАТРів призначаються для зміни напруги в невеликих діапазонах. Інакше доцільно використовувати звичайні, класичні схеми трансформаторів із первинною та вторинною обмотками. При застосуванні ЛАТР на великій різниці вхідного і вихідного U можливе виникнення наступних проблем:

Велика можливість виникнення I, близького до струму КЗ.
У зв'язку з використанням більшої кількості матеріалу (сердечника, мідного дроту), вага та габарити отриманого трансформатора будуть досить великі, що також збільшить його вартість.
Низький ККД.

Для складання ЛАТРа необхідно підготувати такі матеріали:

Сердечник (стрижневої чи тороїдальної форми), продаються у спеціалізованих магазинах. Можливо також знайти подібний якір у старій, зламаній техніці.
Мідний дріт (для обмотки).
Ізолента (ганчіркова).
Термостійкий лак.
Корпус, на який необхідно встановити вхідні та вихідні клеми.

Якщо необхідно зібрати автотрансформатор з можливістю зміни вихідного U, також знадобляться:

Вольтметр (можна застосувати як аналоговий, і цифровий варіант).
Ручка та повзунок, що має вугільну щітку (необхідний для регулювання U).

Для того, щоб правильно підібрати кількість витків мідного дроту, необхідно зробити розрахунок дроту. З цією метою необхідно визначитись, у яких діапазонах потрібно отримати напругу на виході. Як стандартні значення використовується 127/50, 180/50 і 250/50, при цьому U входу = 230/50В. Також потрібно обмежити та задати потужність приладу Р.

Розрахунок витків обмотки

Щоб підібрати необхідний провід, необхідно визначити максимальний струм, який можливий через обмотку. Максимальний I можна отримати при роботі автотрансформатора як знижувальний з 230В (U1) на 127В (U2). Таким чином, I вважається наступним чином:
I = I2 - I1 = P / U2 - P / U1, де:

I, I2, I3 - струм на ділянках, A.
Р – потужність, Вт.
U1, U2 – напруга на вході та виході, Ст.

Для того, щоб підібрати провід необхідного діаметра, необхідно зробити наступний розрахунок:

Виходячи з таблиці на вибір марки дроту та його перерізу, згідно з ПУЕ підбирається необхідний провід.

Pp = P * k * (1 - 1/n)

В останній формулі k - Коефіцієнт, що залежить від ККД ЛАТРа.

Тепер потрібно визначити кількість витків обмотки, необхідне U в 1 В. Для цієї мети визначається площа поперечного перерізу магнітопроводу S:

У цій формулі:

W0 – кількість витків обмотки, необхідне U у 1 У.
m – постійний коефіцієнт (35 – для тороїдального сердечника, 50 – для стрижневого)

Залежно від виду матеріалу, що використовується як сердечник, багато хто воліє збільшувати кількість витків на 1В на 30%, а загальна кількість - на 10%, щоб уникнути втрат по U.

Після цього розраховується необхідна кількість витків шляхом перемноження W0 на необхідну напругу вторинної обмотки:

Щоб розрахувати необхідну довжину дроту, необхідно намотати один виток на сердечник, а потім виміряти його довжину. Помножуючи отриману величину на розраховану вище кількість витків, можна отримати необхідну довжину дроту. Щоб дроту вистачило на приєднання до роз'ємів, з кожного боку потрібно додати по 30 див.

Складання ЛАТРу

Для того, щоб зібрати ЛАТР з можливістю регулювання U на виході, необхідно використовувати осердя тороїдального профілю.

Поверхня сердечника, яка стикається з мідною обмоткою, обмотується ганчірковою ізолентою. Один кінець підготовленого мідного дроту залишається для кріплення гнізда. Після цього на сам магнітопровід необхідно намотати ту кількість витків, яка вийшла з розрахунку, представленого вище.

З урахуванням того, що латр, що збирається, призначений для декількох рівнів напруги, при досягненні першого значення з дроту робиться петля, після чого намотування витків триває до тих пір, поки весь провід не буде використаний.

Після того, як весь дріт намотаний на сердечник, він покривається термостійким лаком. При цьому найоптимальнішим варіантом лакування буде опускання магнітопроводу з намотаним мідним дротом безпосередньо в ємність, заповнену лаком, після чого його потрібно залишити в ній на деякий час. Після закінчення необхідного для обраного лаку часу осердя з обмоткою виймається з лаку і просушується, після чого поміщається в підготовлений корпус.

Один кінець намотаного дроту приєднується до клеми, на яку подаватиметься живлення від мережі. Не слід забувати, що вона в обов'язковому порядку має бути з'єднана із загальним роз'ємом навантаження, для цього достатньо з'єднати їх зсередини короба звичайним проводом.

Петля обмотки, що відповідає U=230В, з'єднується з другою вхідною клемою (йде БП). Всі петлі, що відповідають різним напругам, підключаються до відповідних роз'ємів залежно від схеми підключення.

Якщо збирається ЛАТР, призначений для плавного регулювання вихідного U, на корпусі робиться кріплення, в яке вставляється ручка, що регулює, з приєднаною до неї вугільною щіткою, при цьому вона повинна торкатися верхніх витків обмотки.

Там, де рухатиметься повзунок зі щіткою, необхідно зчистити лак (можна розмітити цю ділянку на око), що забезпечить електричний контакт. В даному випадку на виході буде лише одна клема, яку необхідно приєднати до щітки, а також встановити вольтметр.

Після остаточного складання виходить готовий ЛАТР, зібраний своїми руками.

Перевірка працездатності зібраного автотрансформатора

Після складання, цей автотранформатор необхідно протестувати на працездатність, для чого потрібно дотримуватися наступної послідовності дій:

На вхідні клеми подається напруга 230/50.
Після подачі U необхідно почекати деякий час і переконатися у відсутності стороннього шуму, вібрації, запаху або диму.
Повертаючи ручку регулятора, звірити необхідне значення вихідних U із заданими.
Після недовго роботи відключити трансформатор, відкрити корпус і перевірити обмотку на можливий перегрів.

Якщо всі вищезазначені пункти дотримані і не помічено жодних відхилень у роботі приладу, даний ЛАТРможе використовуватися за призначенням. Таким чином, подібні лабораторні автотрансформаториможливо застосовувати не тільки в умовах установи, а й у побуті, забезпечуючи необхідну напругу для роботи різноманітних приладів.

У лабораторних стендах мого коледжу регулярно виходять із ладу лабораторні автотрансформатори (ЛАТРи). Так вийшло, що шляхом спроб і помилок мені вдалося освоїти технологію їх ремонту. На даний момент мені вдалося відремонтувати вже три лабораторні автотрансформатори, причому перемотував ЛАТРи я в кімнаті в гуртожитку. Радий, якщо викладена тут технологія перемотування ЛАТРів виявиться комусь корисною. Так, це моя перша стаття, тому не судіть суворо :-)

Для початку короткий курс пристрою Латра (дивіться малюнок).

У ЛАТР є дві обмотки з'єднаних послідовно. На первинну обмотку подається мережна напруга (це необхідно врахувати під час перемотування). Вторинна обмотка підключається до первинної. Вона розрахована на напругу від 0-240 В. На висновки А і N подається напруга в магнітопроводі створюється магнітний потік, який наводить в обмотках струм, що знімається з затискачів А1 і N.

Почнемо з того, що потрібно визначити діаметр дроту. Це можна з допомогою штангенциркуля. Для цього потрібно спочатку заміряти діаметр рідного дроту, а потім тому шукати відповідний нам провід. Можна взяти шматок старого дроту і потім порівнювати його із зразком.

Потім необхідно визначити довжину дроту. Це можна здійснити за допомогою звичайного математичного виразу: L=lвитка×W 1,2 см,

де L – необхідна довжина дроту (в сантиметрах), lвітка – довжина одного витка; W 1,2 - кількість витків вторинної та первинної обмотки.

1) Розрахунок кількості витків за формулами. Цей метод досить простий, але у ньому велика ймовірність допустити похибку, наприклад, у розрахунках чи вимірах площі вікна магнитопровода. Цей метод наведено нижче:

Знаходимо потужність автотрансформатора: P=U×I,

де U – вихідна напруга, I – максимальний струм навантаження (зазвичай написаний на латрі).

Знаходиться габаритна потужність: Рг = 1.9 * Sc * S,

де 1.9 кофіцієнт ведений для тороїдальних трансформаторів.

Необхідна кількість витків на 1 вольт:

K = 35/Sc, де 35 коффициент ведений для тороїдальних трансформаторів.

Визначаємо кількість витків; W1 = U1 * K

Визначаємо розміри сердечника: Sс=((Dc-dc)/2)×h, So=πxd2/4,

де Sc - площа сердечника трансформатора; So – площа вікна.

2) Другий варіант досить трудомісткий, але надійний (при перемотуванні ЛАТРів використав цей метод). Цей спосіб визначення числа витків полягає в тому, що потрібно відмотувати стару обмотку і при цьому рахувати кількість витків. Для нього необхідно: листок і ручка для того, щоб не збитися, котушка або шматок дерев'яшки, щоб намотувати туди стару обмотку, а також сталеві нерви та терпіння, щоб не викинути його у вікно після ста відрахованих витків.

Після цього відпочиваємо і розслабляємось після виконаної роботи, тому що далі необхідно максимум уважності та терпіння. Коли відпочинете, починаємо готувати робоче місце. Бажано, щоб воно було добре освітлене і можна було помістити всі необхідні предмети, наприклад письмовий стіл зі світильником або стілець у кімнаті з гарним освітленням.

Новий провід для зручності перемотування краще спочатку намотати на дерев'яну болванку як показано на малюнку:

Принципової різниці як дріт залагоджується, на внутрішньому діаметрі вікна немає. Але для того щоб укласти потрібну кількість витків, необхідно намотати перший виток до нього в щільну, потім намотати другий виток, а на верх між першим і другим укласти третій виток і так повторювати, поки не намотаємо потрібну кількість витків на напругу 220В. Після цього робимо висновок затиску мережі і від цього виводу домотуємо вторинну обмотку. На зовнішньому діаметрі вікна магнітопроводу всі витки необхідно укладати послідовно один за одним, як показано на малюнку.

Після того як перемотування буде закінчено обмотку необхідно просочити лаком для покращення ізоляційних властивостей і щоб закріпити намотаний провід на своєму місці. Так як багато лаку тут не потрібно, то можна використовувати будь-який стійкий до температури до 105 про С. Після просочення автотрансформатор лаком залишаємо на пару годин сохнути. Для кращого ефекту можна помістити у тепле місце. Кімнату, де проводилися роботи, покинути і дуже бажано відкрити кватирку для провітрювання.

Після сушіння необхідно зробити доріжку для знімання напруги. Це можна зробити за допомогою ножа чи шліфувального паперу. Робимо доріжку від зовнішнього вікна до внутрішнього довжиною близько 3 см (наведено на малюнку нижче).

Крім звичайних трансформаторів, у яких кілька обмоток, є автотрансформатори, у яких лише одна котушка. За потреби можна зробити складання автотрансформатора своїми руками.

Основний принцип дії автотрансформатора аналогічний звичайному апарату:

струм, що протікає по первинній обмотці, створює магнітне поле та магнітний потік у магнітопроводі;
величина цього поля залежить від сили струму та від числа витків;
зміни магнітного потоку наводять ЕРС у вторинній обмотці;
величина наведеної ЕРС залежить від кількості витків у вторинній обмотці.

Особливість автотрансформатора в тому, що частина витків первинної обмотки також є вторинною. У зв'язку з тим, що ЕРС у первинній та вторинній обмотках спрямовані зустрічно, струм у загальній частині котушки I² дорівнює різниці I і I². При рівності вхідної та вихідної напруги або Ктр=1 I² визначається індуктивним опором котушки.

Основні плюси та мінуси

У зв'язку з особливостями конструкції автотрансформатор має переваги та недоліки в порівнянні зі звичайними пристроями.

Переваги автотрансформатора, що виявляються при Ктр0,5-2:

менша вага та габарити;
більш високий ККД, пов'язаний зі зниженими втратами в обмотках та магнітопроводі.

Крім переваг, ці пристрої мають недоліки:

Підвищений струм КЗ. Це з тим, що струм навантаження обмежений не насиченням магнитопровода, а опором кількох витків вторинної обмотки.
Електричний зв'язок між первинною та вторинною обмотками. Це унеможливлює застосування цих апаратів як розділових і для живлення низьковольтних пристроїв у небезпечних умовах, що потребують низької напруги згідно з ПУЕ.

Потужність автотрансформатора

Потужність будь-якого електроапарата дорівнює добутку струму напруга Р=I*A. У звичайному трансформаторі вона дорівнює потужності навантаження з урахуванням ККД.

Потужність автотрансформатора розраховується інакше. У апараті, що підвищує напругу, вона складається з потужності первинної обмотки частини Р²=I¹²*U¹² і потужності підвищуючої обмотки Р²=I²*U⅔. У зв'язку з тим, що струм, що протікає через первинну котушку менше, ніж струм навантаження, потужність автотрансформатора менше потужності навантаження. Фактично, потужність апарату визначається різницею первинної та вторинної напруги та струмом вторинної обмотки P=(U¹-U²)*I².

Особливо це помітно за невеликих (10-20%) відхилень вихідної напруги. Аналогічним чином розраховується знижувальний автотрансформатор.

Інформація! Це дозволяє зменшити переріз магнітопроводу та діаметр дроту обмотки. У зв'язку з цим автотрансформатор легший і дешевший від звичайного пристрою.

Що таке ЛАТР

Крім силових апаратів, що замінюють звичайні трансформатори, у школах, інститутах та лабораторіях використовуються ЛАТРи – лабораторні автотрансформатори. Ці пристрої використовуються для плавної зміни напруги на виході апарату. Найпоширеніші конструкції являють собою котушку, намотану на тороїдальному магнітопроводі. З одного зі сторін провід очищений від лаку і з ним за допомогою поворотного механізму рухається графітний ролик.

Напруга живлення подається на кінці котушки, а вторинне знімається з одного з кінців і графітного ролика. Тому ЛАТР не може піднімати напругу вище за мережну, в деяких модифікаціях вище 250В.

Окрім котушкових, є електронні ЛАТРи. Фактично це не автотрансформатор, а регулятор напруги. Є різні види таких пристроїв:

Тиристорний регулятор. У цих апаратах як силовий елемент встановлені тиристор і діодний міст або симистор. Недолік без синусоїдальної форми вихідної напруги. Найвідоміший прилад такого типу – димер ламп освітлення.
Транзисторний регулятор. Дорожче тиристорного, потребує встановлення транзисторів на радіатори. Забезпечує синусоїдальну форму вихідної напруги.
Шим-контролер.

Порада! Для того, щоб отримати напругу вище мережного, ЛАТР підключається до вторинної обмотки трансформатора, що підвищує.

Галузь застосування

Особливості автотрансформатора дозволяють застосовувати його в побуті та різних галузях промисловості.

Металургійне виробництво

Регульовані автотрансформатори в металургії застосовуються для перевірки та налаштування захисної апаратури прокатних станів та трансформаторних підстанцій.

Комунальне господарство

До автоматичних стабілізаторів ці апарати застосовувалися задля забезпечення нормальної роботи телевізорів та інший апаратури. Вони являли собою обмотку з великою кількістю відводів і перемикачем. Він перемикав виведення котушки, а вихідна напруга контролювалася за допомогою вольтметра.

В даний час автотрансформатори використовуються у релейних стабілізаторах напруги.

Довідка! У трифазних стабілізаторах встановлені три однофазні автотрансформатори, і регулювання проводиться в кожній фазі окремо.

Хімічна та нафтова промисловість

У хімічній та нафтовій промисловості ці апарати застосовуються для стабілізації та регулювання хімічних реакцій.

Виробництво техніки

У машинобудуванні такі апарати використовуються для запуску електродвигунів верстатів та управління швидкістю обертання додаткових приводів.

Навчальні заклади

У школах, технікумах та інститутах ЛАТРи застосовуються при виконанні лабораторних робіт та демонстрації законів електротехніки, та дослідах з електролізу.

Виготовлення саморобного ЛАТРу

У продажу є досить готові пристрої, але при необхідності його можна зробити самостійно. За основу краще взяти трансформатор на О- або Ш-подібному магнітопроводі. Виготовлення ЛАТРа на тороїдальному залозі зводиться до його перемотування і вимагає дуже високої акуратності при намотуванні котушки.

Підготовка матеріалу

Для виготовлення регульованого автотрансформатора необхідні:

Магнітопровід. Його переріз визначає потужність автотрансформатора.
Обмотковий провід. Його переріз залежить від потужності та споживаного струму пристрою.
Термостійкий лак. Необхідний для просочення котушки після намотування проводів. Допускається заміна олійною фарбою.
Ганчіркова ізолятора або кіперна стрічка та корпус із закріпленими роз'ємами для підключення навантаження та живлення. Бажано розмістити в корпусі цифровий або аналоговий вольтметр
Багатопозиційний перемикач. Його допустимий струм повинен відповідати струму апарата. При необхідності допускається перемикання висновків автотрансформатора за допомогою пускачів.

Розрахунок дроту

Перед початком намотування котушки необхідно визначити переріз проводу та необхідну кількість витків/вольт (n/v). Цей розрахунок здійснюється за поперечним перерізом магнітопроводу за допомогою онлайн-калькуляторів або спеціальних таблиць.

Якщо для виготовлення пристрою використовується справний трансформатор, ці параметри визначаються за наявними обмотками:

підключити трансформатор до мережі 220В;
вольтметром виміряти вихідну напругу V;
відключити апарат;

розібрати магнітопровід;
розмотати вторинну обмотку, рахуючи кількість витків N;
за формулою n/v=N/V обчислити кількість витків/вольт – основний параметр до розрахунку котушки;
виміряти перетин дроту первинної обмотки.

Порада! Якщо первинна обмотка не була просочена лаком і розмотується без порушення ізоляції, допускається використовувати її для намотування котушки автотрансформатора.

Схема

Перед початком робіт складається схема обмотки із зазначенням кількості витків та напругою на кожному з висновків. На відміну від звичайного трансформатора, автотрансформатор має тільки одну обмотку, яка зображується з однієї зі сторін риси, що символізує магнітопровід.

Для розрахунків витків необхідно визначити кількість висновків. Воно залежить від кількості положень багатопозиційного перемикача. Один із відводів може збігатися з мережевим висновком:

визначити та вказати на схемі напруга V кожного з положень перемикача;
розрахувати необхідну кількість витків між відводами за формулою N=(n/v)*(V²-V³), де V¹, V², V³ тощо. - Напруга на наступних висновках;
вказати на схемі кількість витком між кожним із відводів.

Порада! При необхідності зробити автотрансформатор, що підвищує, до первинної обмотки додається необхідна кількість витків. Для цього допускається використовувати провід, знятий з вторинної обмотки.

Намотування котушки

Після виконання всіх розрахунків проводиться намотування котушки. Вона виконується на готовому або спеціально виготовленому каркасі вручну або за допомогою намотувального верстата:

намотується необхідне число витків у секції;
виконується відгалуження - з обмотувального дроту, не обриваючи його, робиться петля довжиною 5-20 см і скручується в джгут;
після виготовлення відведення триває намотування котушки;
операції 1-3 повторюються до завершення намотування;
готова обмотка закріплюється кіперною стрічкою та покривається лаком або фарбою.

Процес складання

Після завершення намотування та висихання лаку проводиться складання автотрансформатора:

збирається магнітопровід;
зібраний апарат встановлюється у корпус;
підключаються багатопозиційний перемикач та вольтметр;
зібраний автотрансформатор підключається до клем.

Перевірка

Після збирання працездатність пристрою необхідно перевірити:

первинна обмотка апарата підключається до мережі;
вимірюються напруги при кожному з положень перемикача та дані порівнюються з розрахунковими;
через 20 хвилин трансформатор відключається та перевіряється на нагрівання – за його відсутності проводяться повторні випробування під навантаженням.

Як зробити трансформатор з автотрансформатора

Крім виготовлення ЛАТР із звичайного трансформатора можлива зворотна операція - виготовлення трансформатора з ЛАТР. Такі пристрої мають більш високий ККД через кращі властивості тороїдального сердечника в порівнянні з Ш-подібним магнітопроводом.

Для такої ситуації достатньо намотати вторинну обмотку:

порахувати кількість витків між висновками 220В;
визначити кількість витків/вольт

Електронний автотрансформатор

Найсучаснішим способом регулювання є використання електронних пристроїв. Будь-яке з них можна виготовити своїми руками.

Найпростіша схема такого пристрою являє собою змінний резистор, включений між анодом і керуючим електродом тиристора. Це дозволяє отримувати пульсуючу постійну напругу і керувати нею в діапазоні 0-110В.

Для регулювання змінної напруги 0-220В застосовується зустрічно-паралельна схема з'єднання, а резистор включається між керуючими електродами.

Замість двох тиристорів доцільно застосування симістора, а як схему управління використовувати диммер для ламп розжарювання.

Транзисторне керування

Найякісніше регулювання виходить при використанні транзисторного регулятора. Він забезпечує плавну зміну та правильну форму вихідної напруги.

Недолік цієї схеми у нагріванні вихідних транзисторів. Для його зменшення та підвищення ККД доцільно підключити регулятор до вихідних клем автотрансформатора – грубе регулювання здійснюється перемиканням обмоток, а плавне за допомогою транзисторів.

Найсучаснішим способом є застосування ШІМ-контролера (широтно-імпульсна модуляція). Як силові елементи польові або біполярні транзистори з ізольованим затвором (IGBT).

Блок живлення видавав нам постійну напругу від нуля до якогось значення, яке, звичайно ж, залежить від крутості блоку живлення. Погодьтеся, дуже зручна річ. Але є один мінус – він нам видає лише постійна напруга.

Але, якщо є блок живлення на постійну напругу, то має бути блок живлення і на змінна напруга. І називається такий блок живлення лабораторний автотрансформаторабо скорочено ЛАТР. Що це за річ та з чим її їдять?

ЛАТР – це той самий трансформатор. Він перетворює змінна напруга однієї величини змінна напруга іншої величини. Але вся фішка в тому, що ми можемо змінювати за потреби напругу на виході Латра.

Види ЛАТРів

ЛАТРи бувають:

однофазні

та трифазні

Трифазний ЛАТР – це три однофазні ЛАТРи, запихані в один корпус.

Опис ЛАТРа РЕСАНТУ

Давайте розглянемо однофазний ЛАТР латвійського виробництва РЕСАНТУ (читається російською мовою) марки TDGC2-0.5 kVA.

Зверху наш ЛАТР виглядає так:

Ми бачимо крутилку, за допомогою якої можемо виставляти потрібну нам напругу.

На лицьовій стороні бачимо якусь подобу вольтметра змінної напруги. На клеми зліва заводимо напругу з розетки 220 Вольт, ну а з клем справа виводимо потрібну нам напругу, покрутивши крутилку в потрібному напрямку;-).

Робота ЛАТРа на практиці

Давайте проведемо досліди з лампочкою розжарювання 95 Ватт 220 Вольт. Для цього чіпляємо її до клем справа.

Цікаво, за якого напруження почне світиться спіраль лампочки? Давайте дізнаємось! Крутимо крутилку, поки не помітимо слабке свічення лампочки.

Дивимося на шкалу крутилки. 35 Вольт!

А ви знаєте, що у США в розетці 110 Вольт? Цікаво, як би світилася наша лампочка у США? Виставляємо 110 Вольт.

Світиться, як то кажуть, у підлогу розжарення.

А ось тепер подивіться, як вона світиться при 220 Вольтах.

Якщо хочете виставити напругу з великою точністю, звичайно ж, тут не обійтися без . Для цього ставимо крутилку мультиметра на положення вимірювання змінної напруги.

Чіпляємось і міряємо змінну напругу. Заодно підганяємо за допомогою крутилки ЛАТРа потрібну напругу

Техніка безпеки під час роботи з ЛАТРом

Хочеться також додати пару слів про техніку безпеки. Є ЛАТРи без гальванічної розв'язки. Це означає, що фазний провід із мережі йде прямо на вихід ЛАТРа. Схема ЛАТРа без гальванічної розв'язки виглядає так:

У цьому випадку на вихідній клемі ЛАТР може з'явитися напруга мережі 220 Вольт з ймовірністю 50/50. Все залежить від того, як ви встромите мережну вилку ЛАТРа в розетку 220 Вольт.

Якщо придивитися до схемотехнічного зображення на самій лицьовій панелі ЛАТРа, то можна побачити, що клема "Х" і "х" (ті, які два нижні) пов'язані між собою простим проводом:

Тобто, якщо на клемі “Х” фаза, то і на клемі “х” теж буде фаза! Адже ви не будете щоразу заміряти фазу в розетці, щоб встромити правильно вилку? Тому БУДЬТЕ вкрай ОБЕРЕЖНІ! Намагайтеся не зачіпати голими руками вихідні клеми Латра!

В принципі, я зачіпав і нічого зі мною такого не сталося. Справа виявилася в тому, що в мене дерев'яна підлога, яка майже є діелектриком. Заміряв напругу між мною та фазою – вийшло близько 40 Вольт. Тому я не відчував ці 40 Вольт. Якби я взявся однією рукою за батарею або став голими ногами на землю, а іншою рукою взявся б за вихід “х” ЛАТРа, то мене трусило б дуже сильно, тому що через мене пройшли б повноцінні 220 Вольт.

Роздільний трансформатор та ЛАТР

Є також безпечніші види ЛАТРів. У своєму складі вони мають трансформатор, що розв'язує. . Схема такого ЛАТР виглядає приблизно ось так:

Як бачимо, фазний дріт ізольований від вихідних клем такого ЛАТРа, завдяки трансформатору, принцип роботи якого ви можете прочитати у цій статті. В цьому випадку нас може труситиякщо ми на виході ЛАТРа за допомогою крутилки виставимо високу напругу і візьмемося відразу за два вихідні дротиЛатра.

Висновок

ЛАТР – прилад дуже корисний. Я б порадив електронщику-початківцю ЛАТР на 500 ВА. Такі ЛАТР дуже компактні і зручні. Працює ЛАТР за принципом трансформатора. Чим менше витків у вторинній обмотці, тим менша напруга на виході. Коли ми крутимо крутилку, ми додаємо витки, а отже, і напруга. Принцип роботи трансформатора докладно розглянуто у цій статті. Думаю, говорити про застосування ЛАТРа немає сенсу, тому що він використовується скрізь, де треба знизити змінну напругу або навіть трохи його підвищити.