Трансформатор имеющий электрическую связь между обмотками называют лабораторным автотрансформатором, или ЛАТРом. Вольтаж цепи нагрузки прямо пропорционален обмотке вторичной цепи. В зависимости от конструкции, получение нужного выходного напряжения производиться подключением к соответствующим выводам или вращением ручного регулятора (рис. 1). В этой статье описывается как сделать ЛАТР в домашних условиях.

Подготовка материала

Для сборки ЛАТРа понадобятся следующие материалы и устройства:

• Медная обмотка;
• Тороидальный или стержневой магнитопровод. Можно приобрести в специализированном магазине или извлечь из испорченной техники;
• Термоустойчивый лак;
• Тряпичная изолента;
• Корпус с закрепленными разъемами для подключения нагрузки и питания.

Для лабораторного ЛАТРа с переменным коэффициентом трансформации могут дополнительно понадобиться:

1. Цифровой или аналоговый вольтметр.
2. Поворотный механизм, включающий в себя ручку и ползунок с угольной щеткой. Он будет регулировать напряжение.

Расчет провода

Автотрансформатор нецелесообразно использовать для больших трансформаций по следующим причинам:

• Большой риск получить токи, близкие к короткому замыканию. Это компенсируется специальными электронными схемами или дополнительным сопротивлением. Для маленьких нагрузок выгоднее использовать электронный ЛАТР.
• Теряются преимущества перед трансформаторами: высокий КПД, экономия проводника и стали, малые габариты и вес, стоимость.

Определяемся в каких пределах будет работать ЛАТР. Питание сети выбираем 220 В. В качестве вторичных напряжений выбираем 127, 180 и 250 В. Мощность ограничиваем в 300 Вт. Можете выбрать свои значения и произвести аналогичные расчеты на примере этой статьи.

Обмотка рассчитывается по большему току. Наибольший ток будет при преобразовании напряжения 220 в 127 В. Автотрансформатор в этом случае является понижающим, и к нему подходит схема 1. Исходя из предоставленной схемы, рассчитываем максимальный ток I проходящий в обмотке обеих цепей:

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

• где I, I2, I3 – токи в соответствующих участках цепи, А;
• P – мощность, Вт;
• U1, U2 – напряжения первичной и вторичной цепи, В.

Диаметр провода рассчитываем по формуле:

d = 0,8 * √I = 1 мм.

Из таблицы 1 выбираем тип провода и сечение. Выбор делаем с учетом расчетного тока и среднего значения плотности тока для трансформаторов – 2 А/мм².

Коэффициент трансформации ЛАТРа n вычисляем по формуле:

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

Для дальнейшего расчета вычисляем расчетную мощность Pр:

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

где к – коэффициент, учитывающий КПД автотрансформатора.

Для определения количества витков приходящихся на 1 вольт, необходимо посчитать площадь поперечного сечения сердечника S и определиться с типом магнитопровода:

S = √ Pр = √ 151,92 = 12,325 см²

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

• где W0 – количество витков, приходящихся на 1 вольт;
• m – 50 для стержневого и 35 для тороидального магнитопроводов.

Если сталь не очень высокого качества стоит увеличить значение W0 на 20-30 %. Так же при расчете витков следует увеличить их количество на 5-10 %, чтобы избежать просадки напряжения. Рассчитываем количество витков для выбранных напряжений 127, 180, 220 и 250 В:

w = W0 * U

Получаем 360, 511, 624 и 710 витков.

Для расчета длины провода обматываем один виток на магнитопровод и измеряем его длину. Затем умножаем на максимальное количество витков и прибавляем по 25-30 сантиметров для каждого вывода к клемме.

Процесс сборки

Для сборки регулируемого ЛАТРа выбираем тороидальный магнитопровод (рис. 2). Место наложения обмотки изолируем тряпичной изолентой. Выводим провод для первой клеммы питания. Все последующие провода выводим не разрывая. Закрепляем первый виток на магнитопроводе и начинаем накручивать рассчитанное количество. При достижении витка соответствующего одному из выбранных напряжений, выводим петлю, и продолжаем наматывать провод. На рисунке 3 изображен процесс намотки на деревянном каркасе.

После наложения обмотки лакируем ЛАТР. Наполняем емкость выбранным лаком, и окунаем в него автотрансформатор. Оставляем на длительную просушку.

После просушки помещаем автотрансформатор в корпус. Первый выведенный провод присоединяем к разъему питания. Этот разъем должен быть электрически связан с общей клеммой нагрузки, поэтому соединяем их между собой каким-нибудь проводником. Петлю выведенную для 220 В, соединяем со второй клеммой питания. Остальные провода подключаем к соответствующим клеммам вторичной цепи. На “схеме” 2 изображены выводы проводов.

Для лабораторного автотрансформатора с переменным коэффициентом трансформации добавляем корпус, и делаем крепление для ручки регулятора. К ручке прикрепляем ползунок с угольной щеткой. Щетка должна плотно касаться верхней части обмотки. Помечаем область по которой будет передвигаться щетка, и в этом месте избавляемся от изоляции. Так щетка будет иметь прямой электрический контакт с вторичной обмоткой. Клеммы вторичных напряжений, кроме общей, заменяем одной, соединенной с угольной щеткой (схема 3). При подсоединяем закрепляем вольтметр.

Если следовать написанной статье, то ЛАТР можно с легкостью сделать своими руками.

Проверка

Что бы убедиться в бесперебойной и надежной работе устройства, выполняем следующие пункты:

1. Подключаем автотрансформатор к сети 220 В;
2. Проверяем на отсутствие задымления, запаха гари, сильных шумов;
3. Вольтметром проверяем соответствие выходных значений;
4. Через 10 — 20 минут работы отключаем ЛАТР. Проверяем не перегрелась ли обмотка.
5. Снова включаем ЛАТР в сеть и подключаем нагрузку на длительное время.

При отсутствии проблем автотрансформатор готов к работе.

На изготовление лабораторного автотрансформатора (ЛАТРа) своими руками многих толкает избыток на электрорынке некачественных регуляторов. Можно использовать и экземпляр промышленного типа, правда, подобные образцы имеют слишком большие размеры и дорого стоят. Именно из-за этого применение их в домашних условиях затруднено.

Что собой представляет электронный ЛАТР?

Автотрансформаторы нужны, чтобы плавно изменять напряжение тока частотой 50-60 Гц во время проведения разных электротехнических работ. Еще их нередко используют, когда требуется уменьшить либо увеличить переменное напряжение для бытового или строительного электрооборудования.

Трансформаторами выступает электрическая аппаратура, которая оснащена несколькими обмотками соединенными индуктивно. Применяется она для преобразования электрической энергии по уровню напряжения или тока.

Кстати, широко использовать электронный ЛАТР начали 50 лет тому назад. Раньше прибор оснащали токосъемным контактом. Его располагали на вторичной обмотке. Так получалось плавно настраивать выходное напряжение.

Когда подключались различные лабораторные устройства , присутствовал вариант оперативного изменения напряжения. Скажем, при желании можно было менять степень нагрева паяльника, настраивать обороты электромотора, яркость освещения и прочее.

В настоящее время ЛАТР имеет разные модификации. В целом он представляет собой трансформатор, преобразующий переменное напряжение одной величины в другую. Подобное устройство служит стабилизатором напряжения. Его главным отличием является возможность регулировки напряжения на выходе из оборудования.

Существуют разные виды автотрансформаторов:

• Однофазный;
• Трехфазный.

Последний тип - установленные в единой конструкции три однофазных ЛАТРа. Однако мало кто желает стать его владельцем. И трехфазные, и однофазные автотрансформаторы оборудованы вольтметром и регулировочной шкалой .

Область применения ЛАТРа

Автотрансформатор используют в различных сферах деятельности, среди них:

• Металлургическое производство;
• Коммунальное хозяйство;
• Химическая и нефтяная промышленности;
• Производство техники.

Кроме этого, он нужен для следующих работ: изготовления бытовых приборов, исследования электрооборудования в лабораториях, наладки и проверки техники, создания телевизионных приемников.

Вдобавок ЛАТР часто используют в учебных заведениях для проведения опытов на уроках химии и физики. Его можно даже обнаружить в составе устройств некоторых стабилизаторов напряжения. Также применяется в качестве дополнительного оборудования к самописцам и станкам. Почти во всех лабораторных исследованиях в виде трансформатора используют именно ЛАТР, поскольку он имеет простую конструкцию и несложен в эксплуатации.

Автотрансформатор в отличие от стабилизатора, который применяется лишь в нестабильных сетях и на выходе создает напряжение 220В с разной погрешностью в 2-5%, выдает точное заданное напряжение.

По климатическим параметрам разрешается использование этих приборов при высоте 2000 метров, но ток нагрузки приходится снижать на 2,5% при подъеме на каждые 500 м.

Основные минусы и плюсы автотрансформатора

Главное преимущество ЛАТРа - это более высокий КПД , ведь только некоторая часть мощности трансформируется. Особенно важно, если входное и выходное напряжения немного отличаются.

Их минусом является то, что отсутствует между обмотками электрическая изоляция. Хотя в промышленных электросетях нулевой провод обладает заземлением, поэтому такой фактор особой роли играть не будет, к тому же для обмоток используется меньше меди и стали для сердечников, как следствие, меньший вес и габариты. В результате можно хорошо сэкономить.

Первый вариант - прибор изменения напряжения

Если вы начинающий электрик, то лучше попробовать сначала сделать простую модель ЛАТРа, которая будет регулироваться устройством напряжения - от 0-220 вольт. По такой схеме автотрансформатор имеет мощность - от 25-500 Вт .

Чтобы увеличить мощность регулятора до 1,5 кВт, нужно тиристоры VD 1 и 2 поставить на радиаторы. Подключают их параллельно нагрузке R 1. Эти тиристоры ток пропускают в противоположных направлениях. При включении прибора в сеть они закрыты, а конденсаторы C 1 и 2 начинают заряжаться от резистора R 5. Еще им при необходимости изменяют величину напряжения во время нагрузки. Вдобавок этот переменный резистор вместе с конденсаторами образовывает фазосдвигающую цепь.

Такое техническое решение дает возможность пользоваться сразу двумя полупериодами переменного тока. В итоге для нагрузки применяется полная мощность, а не половинная.

Единственный недостаток схемы в том, что форма переменного напряжения во время нагрузки из-за специфики работы тиристоров оказывается не синусоидальной. Все это приводит к помехам по сети. Для исправления в схеме проблемы достаточно встроить фильтры последовательно нагрузке. Их можно вытащить из сломанного телевизора.

Второй вариант - регулятор напряжения с трансформатором

Не вызывающий помех в сети и дающий синусоидальное напряжение прибор, собирать труднее предыдущего. ЛАТР, схема которого имеет биополярный VT 1 , в принципе тоже получится сделать самостоятельно. Причем транзистор служит регулирующим элементом в устройстве. Мощность в нем зависит от нагрузки. Работает он как реостат. Такая модель позволяет изменять рабочее напряжение не только при реактивных нагрузках, но и активных.

Однако представленная схема автотрансформатора тоже не идеальна. Ее минус в том, что функционирующий регулирующий транзистор выделяет очень много тепла. Для устранения недостатка понадобится мощный теплоотводящий радиатор, площадь которого равна не менее 250 см ².

В этом случае применяется трансформатор T 1. Он должен иметь вторичное напряжение около 6-10 В и мощность примерно 12-15 Вт . Диодный мост VD 6 осуществляет выпрямление тока, который впоследствии проходит к транзистору VT 1 в любом варианте полупериода через VD 5 и VD 2. Базовый ток транзистора регулируется переменным резистором R 1, изменяя тем самым характеристики тока нагрузки.

Вольтметром PV 1 контролируют размеры напряжения на выходе из автотрансформатора. Он используется с расчетом напряжения от 250-300 В. Если появляется необходимость увеличить нагрузку, тогда стоит заменить диоды VD 5- VD 2 и транзистор VD 1 на более мощные. Естественно, за этим последует расширение площади радиатора.

Как видно, собрать своими руками ЛАТР, возможно, нужно только иметь немного знаний в данной области и закупить все необходимые материалы.

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).

Блок питания выдавал нам постоянное напряжение от нуля и до какого-то значения, которое, конечно же, зависит от крутизны блока питания. Согласитесь, очень удобная штука. Но есть один минус – он нам выдает только постоянное напряжение .

Но, раз есть блок питания на постоянное напряжение, то должен быть блок питания и на переменное напряжение . И называется такой блок питания лабораторный автотрансформатор или сокращенно ЛАТР . Что это за вещь и с чем ее едят?

ЛАТР – это тот же трансформатор. Он преобразовывает переменное напряжение одной величины в переменное напряжение другой величины . Но вся фишка в том, что мы можем менять при необходимости напряжение на выходе ЛАТРа.

Виды ЛАТРов

ЛАТРы бывают:

однофазные

и трехфазные

Трехфазный ЛАТР – это три однофазных ЛАТРа, запиханные в один корпус.

Описание ЛАТРа РЕСАНТА

Давайте рассмотрим однофазный ЛАТР латвийского производства РЕСАНТА (читается по-русски) марки TDGC2-0.5 kVA.

Сверху наш ЛАТР выглядит вот так:

Мы видим крутилку, с помощью которой можем выставлять нужное нам напряжение.

На лицевой стороне видим какое-то подобие вольтметра переменного напряжения. На клеммы слева заводим напряжение из розетки 220 Вольт, ну а с клемм справа выводим нужное нам напряжение, покрутив крутилку в нужном направлении;-).

Работа ЛАТРа на практике

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

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

Смотрим на шкалу крутилки. 35 Вольт!

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

Светится, как говорится, в пол накала.

А вот теперь посмотрите, как она светится при 220 Вольтах

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

Цепляемся и меряем переменное напряжение. Заодно подгоняем с помощью крутилки ЛАТРа нужное напряжение

Техника безопасности при работе с ЛАТРом

Хочется также добавить пару слов о технике безопасности. Есть ЛАТРы без гальванической развязки . Это означает, что фазный провод из сети идет прямо на выход ЛАТРа. Схема ЛАТРа без гальванической развязки выглядит вот так:

В этом случае на выходной клемме ЛАТРа может появиться напряжение сети 220 Вольт с вероятностью 50/50. Все зависит от того, как вы воткнете сетевую вилку ЛАТРа в розетку 220 Вольт.

Если присмотреться к схемотехническому изображению на самой лицевой панели ЛАТРа, то можно увидеть, что клемма “Х” и “х” (те, которые два нижних) связаны между собой простым проводом:

То есть если на клемме “Х” фаза, то и на клемме “х” тоже будет фаза! Вы ведь не будете каждый раз замерять фазу в розетке , чтобы воткнуть правильно вилку? Поэтому БУДЬТЕ крайне ОСТОРОЖНЫ! Старайтесь не задевать голыми руками выходные клеммы ЛАТРа!

В принципе я задевал и ничего со мной такого не произошло. Дело оказалось в том, что у меня деревянный пол, который почти является диэлектриком. Замерял напряжение между мной и фазой – вышло около 40 Вольт. Поэтому я и не чувствовал эти 40 Вольт. Если бы я взялся одной рукой за батарею или встал бы голыми ногами на землю, а другой рукой взялся бы за выход “х” ЛАТРа, то меня тряхануло бы очень сильно, так как через меня прошли бы полноценные 220 Вольт.

Разделительный трансформатор и ЛАТР

Есть также более безопасные виды ЛАТРов. В своем составе они имеют развязывающий трансформатор. Схема такого ЛАТРа выглядит примерно вот так:

Как мы видим, фазный провод изолирован от выходных клемм такого ЛАТРа, благодаря трансформатору, принцип работы которого вы можете прочитать в этой статье. В этом случае нас может тряхануть , если мы на выходе ЛАТРа с помощью крутилки выставим высокое напряжение и возьмемся сразу за два выходных провода ЛАТРа.

Заключение

ЛАТР – прибор очень полезный. Я бы посоветовал начинающему электронщику ЛАТР на 500 ВА. Такие ЛАТРы очень компактные и удобные. Работает ЛАТР по принципу трансформатора. Чем меньше витков во вторичной обмотке, тем меньше напряжение на выходе. Когда мы крутим крутилку, мы добавляем витки, а следовательно и напряжение. Принцип работы трансформатора подробно рассмотрен в этой статейке. Думаю, говорить про применение ЛАТРа нет смысла, так как он используется везде, где надо понизить переменное напряжения или даже чуточку его повысить.

Где купить ЛАТР

Для проведения лабораторных работ, а также для наладки и испытания различных устройств из области радиотехники, существует специальный прибор лабораторный автоматический трансформатор (ЛАТР). Схема подключения отвечает всем требованиям безопасности, с ее помощью осуществляется плавная регулировка переменного тока.

Использование трансформаторов ЛАТР

Данная конструкция трансформатора используется при лабораторных исследованиях с нестандартным напряжением. С его помощью, в ручном режиме поддерживается номинальное напряжение нагрузки. Как правило, ЛАТРы применяются при тестировании низковольтных приборов и оборудования.

Нередко, выполняют функцию блока питания в приборах, предназначенных для нагревания нихромовой нити и разрезания пенопластовых, акриловых и прочих материалов.

В трансформатор встраивается вольтметр и регулятор, изменяющий переменный ток на выходе. изменяется при перемещении контакта, подключающего нагрузку в обмотке ЛАТР.

Подготовка к работе и подключение

После пребывания автотрансформатора в условиях низкой температуры, его нужно выдержать в условиях будущей эксплуатации как минимум 4 часа.

Перед подключением производится осмотр корпуса трансформатора на предмет отсутствия видимых внешних повреждений. После этого, схема подключения ЛАТР предполагает подключение кабеля нагрузки и сетевого кабеля. После всех подключений, осуществляется подача к автотрансформатору питающего напряжения.

Для того, чтобы подключение было выполнено правильно, при отключенной нагрузке, на шкале прибора устанавливается половинное значение напряжения. Затем, необходимо включить вольтметр, первый щуп соединить с нулевым проводом сети, а второй щуп должен контролировать напряжение на выходе автотрансформатора. На одном контакте напряжение будет иметь нулевое, а на втором контакте половинное значение. Это означает, что прибор подключен правильно. В случае неправильного подключения, напряжение на выходе будет таким же, как и в электрической сети, в пределах 220 вольт.

При подключении ЛАТР необходимо соблюдать правила электробезопасности. Внутри прибора существует опасное значение напряжения свыше 220 вольт, при частоте 50 герц. Поэтому, работать с автотрансформатором могут только специалисты с допуском, разрешающим работать с оборудованием при напряжении до 1000 вольт.

С самим трансформатором нужно обращаться бережно, избегать ударов, перегрузок, воздействия агрессивной среды.

Салон