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).

Для плавной регулировки напряжения переменного тока в различных работах, связанных с электротехникой, служат автотрансформаторы (ЛАТР). Их чаще всего используют для изменения напряжения в бытовых приборах, строительстве.

Автотрансформатор – это один из видов трансформаторов. Две обмотки в этом приборе имеют между собой прямое соединение. Вследствие этого между ними появляются два вида связи, одна из которых электромагнитная, а другая электрическая. Катушка имеет несколько выводов с разными значениями выхода напряжения. Отличие от обычного трансформатора состоит в повышенной эффективности, вследствие частичного изменения мощности.

Конструктивные особенности

Трансформаторами называют электроаппаратуру с наличием более 2-х и более обмоток, которые имеют индуктивную связь, служащую для изменения электроэнергии по напряжению.

Обмотка может быть одна только у автотрансформатора, либо несколько обмоток, охваченных магнитным потоком, намотанных на сердечник с ферромагнитными свойствами, у других трансформаторов.

Сегодня приобрели популярность 1-фазные трансформаторы (ЛАТР). Это лабораторный вариант трансформатора, в котором обе обмотки между собой не изолированы, а имеют прямое соединение, поэтому кроме электромагнитной связи у них имеется электрическая связь. Такая общая катушка оснащена несколькими выводами. На их выходе можно получить разное по величине напряжение.

Принцип работы

Благодаря особенности конструкции автотрансформаторы могут выдавать как пониженное напряжение, так и повышенное. На рисунке показаны схемы автотрансформаторов с понижением и повышением напряжения.

Если подключить источник переменного тока к Х и «а», то создается магнитный поток. В этот момент в витках катушки индуцируется разность потенциалов одинакового значения. В итоге, между Х и «а» появляется ЭДС, равная значению ЭДС 1-го витка, умноженного на число витков обмотки, находящихся в промежутке между этими точками.

При подключении нагрузки потребителя к катушке к клеммам Х и «а», ток вторичной катушки пойдет по участку обмотки между этими точками. Имея ввиду то, что первичный и вторичный токи между собой накладываются друг на друга, между Х и «а» будет проходить незначительный ток.

Из-за такой особенности работы автотрансформатора основную часть обмотки выполняют из провода малого поперечного сечения, что уменьшает его стоимость. Если необходимо изменить напряжение в небольших пределах, то целесообразно применять такие автотрансформаторы (ЛАТР).

Типы автотрансформаторов

Нашли применение несколько типов автотрансформаторов:

• ВУ–25 — Б , служит для сглаживания вторичных токов в защитных схемах трансформаторов.
• АТД — мощность 25 ватт, долгонасыщаемый, имеет старую конструкцию и мало используется.
• ЛАТР — 1 , служит для применения с напряжением 127 вольт.
• ЛАТР — 2 , применяется с напряжением 220 вольт.
• ДАТР — 1 , служит для слабых потребителей.
• РНО – для мощной нагруженности.
• АТЦН применяется в измерительных телеустройствах.

Автотрансформаторы также подразделяют по мощности:

• Малой мощности, до 1000 вольт;
• Средней мощности, свыше 1000 вольт;
• Силовые.

Лабораторные автотрансформаторы

Такой вариант исполнения используют в сетях низкого напряжения для регулировки напряжения в условиях лабораторий. Такие однофазные ЛАТР выполнены из ферромагнитного сердечника в виде кольца, на которое намотан один слой медного провода в изоляции.

В нескольких местах обмотки сделаны выводы в виде ответвлений. Это дает возможность применять такие устройства в качестве автотрансформаторов с возможностью повышения, либо понижения напряжения с неизменным коэффициентом трансформации. Сверху на обмотке выполнена узкая дорожка, на которой очищена изоляция. По ней двигается роликовый или щеточный контакт, позволяющий плавно изменять вторичное напряжение.

Витковых коротких замыканий в таких лабораторных автотрансформаторах не случается, так как ток нагрузки и сети в обмотке направлены навстречу друг другу и близки по значению. Мощности ЛАТР выполняют от 0,5 до 7,5 кВА.

Трехфазные трансформаторы

Кроме других вариантов исполнений существуют еще и трехфазные варианты автотрансформаторов. У них бывает, как три, так и две обмотки.

В них чаще всего соединяют в виде звезды с отдельной точкой нейтрали. Соединение звездой дает возможность понизить напряжение, рассчитанное для изоляции прибора. Для уменьшения напряжения питание подводят к клеммам А, В, С, а выход получают на клеммах а, b, с. Для повышения напряжения все делается наоборот. Такие трансформаторы используют для уменьшения уровня напряжения при запуске мощных электромоторов, а также для регулировки напряжения по ступеням в электрических печах.

Высоковольтные автотрансформаторы применяют в высоковольтных системах сетей. Использование автотрансформаторов оптимизирует эффективность энергетических систем, дает возможность уменьшить стоимость транспортировки энергии, однако при этом способствует повышению токов коротких замыканий.

Режимы работы

• Автотрансформаторный.
• Комбинированный.
• Трансформаторный.

При соблюдении требований эксплуатации автотрансформаторов, в том числе соблюдения контроля температуры масла, он может функционировать длительное время без перегрева и поломок.

Достоинства и недостатки

Можно выделить такие преимущества:

• Преимуществом можно назвать высокий КПД, потому что преобразуется лишь малая часть мощности трансформатора, а это имеет значение, когда напряжения выхода и входа отличаются на малую величину.
• Уменьшенный расход меди в катушках, а также стали сердечника.
• Уменьшенные размеры и вес автотрансформатора позволяют создать хорошие условия перевозки к месту монтажа. Если необходима большая мощность трансформатора, то его можно изготовить в пределах допустимых ограничений габаритов и массы для перевозки на транспорте.
• Низкая стоимость.
• Плавность съема напряжения с подвижного токосъемного контакта, подключенного к обмотке.

Недостатки автотрансформаторов:

• Чаще всего катушки подключают звездой с нейтралью, которая заземлена. Соединения по другим схемам также возможны, но при их выполнении возникают неудобства, вследствие чего используются редко. Производить заземление нейтрали необходимо через сопротивление, либо глухим методом. Но нельзя забывать, что сопротивление заземления не должно допускать превышения разности потенциалов на фазах в тот момент, когда какая-либо одна фаза замкнула накоротко на землю.
• Повышенный потенциал перенапряжений во время грозы на входе автотрансформатора делает необходимым монтаж разрядников, которые не отключаются при выключении линии.
• Электрические цепи не изолированы друг от друга (первичная и вторичная).
• Зависимость низкого напряжения от высокого, вследствие чего сбои и скачки высокого напряжения оказывают влияние на стабильность низкого напряжения.
• Низкий поток рассеивания между первичной и вторичной обмоткой.
• Изоляцию обеих обмоток приходится выполнять для высокого напряжения, так как присутствует электрическая связь обмоток.
• Нельзя применять автотрансформаторы на 6-10 киловольт в качестве силовых с уменьшением напряжения до 380 вольт, потому что к такому оборудованию имеют доступ люди, а вследствие аварии напряжение с первичной обмотки может попасть на вторичную.

Применение

Автотрансформаторы имеют широкую область использования в разных сферах деятельности человека:

• В устройствах малой мощности для настройки, питания и проверки промышленного и бытового электрооборудования, приборов автоматического управления, в лабораторных условиях на стендах (ЛАТРы), в устройствах и приборах связи и т.д.
• Силовые варианты исполнений 3-фазных автотрансформаторов применяют для снижения тока запуска электродвигателей.
• В энергетике мощные образцы автотрансформаторов применяют для осуществления связи сетей высокого напряжения с близкими по напряжению сетями. Коэффициент трансформации в таких устройствах обычно не превосходит 2 – 2,5. Чтобы изменять напряжение в еще больших размерах, требуются другие устройства, а применение автотрансформаторов становится нецелесообразным.
• Металлургия.
• Коммунальное хозяйство.
• Производство техники.
• Нефтяное и химическое производство.
• Учебные заведения применяют ЛАТРы для показа опытов на уроках физики и химии.
• Стабилизаторы напряжения.
• Вспомогательное оборудование к станкам и самописцам.

Как выбрать автотрансформатор

Для начала определите, где будет использоваться автотрансформатор. Если для испытаний силового оборудования на предприятии, то необходима одна модель, а для питания автомагнитолы во время ремонта, то совсем иная.

• Мощность . Необходимо рассчитать нагрузку всех потребителей. Их общая мощность не должна быть больше мощности автотрансформатора.
• Интервал регулировки . Этот параметр зависит от действия прибора, то есть, на повышение или на понижение. Чаще всего приборы относятся к виду с понижением напряжения.
• Напряжение питания . Если вы хотите подключить автотрансформатор к домашней сети, то лучше приобрести прибор на 220 вольт, а если для 3-фазной сети, то на 380 вольт.

С таким прибором вы можете изменить значения напряжения сети и выставить те значения, которые нужны для конкретного вида нагрузки.

Для повышения или понижения уровня напряжения (U) используются трансформаторы, в которых благодаря разному числу витков первичной и вторичной обмоток на выходе можно получить требуемый уровень U. Подобные устройства используются и в лабораторных исследованиях, однако их конструкция имеет свои особенности. При необходимости провести плавную регулировку как однофазного, так и трехфазного напряжения, применяются особые автотранформаторы - ЛАТР, выполняющие функцию блока питания (БП) для различных видов приборов в лаборатории.

Основной особенностью данного устройства является то, что первичная и вторичные обмотки в нем соединены электрическим путем (точнее сказать, контуры обмоток соединены, при этом часть витков относится к первичному, а другая часть – к виткам вторичного типа), что обеспечивает помимо электромагнитной, еще и электрическую взаимосвязь.

Вторичная обмотка на выходе имеет несколько рядов клемм, при этом при подключении к каждой из них можно получить разные уровни U.

Преимущества и недостатки использования ЛАТР

Как уже было сказано выше, подобные виды трансформаторов используются в основном в лабораториях. Основными преимуществами применения данного вида приборов можно считать следующие факторы:

• Высокий КПД, который в ЛАТРах как при однофазном, так и трехфазном токе может достигать значения в 99 %. Такой показатель возможен в том случае, когда различие между U входа и выхода незначительно, при этом выходное напряжение может быть как меньше, так и больше входящего. При этом U выхода всегда имеет синусоидальную характеристику.
• За счет того, что как первичная, так и вторичная обмотки соединены в единый контур, между ними не существует гальванической развязки. При присутствии зануления (в промышленных сетях) это не критично, зато позволяет использовать якорь маленького диаметра (меньший расход материала) и меньшее количество медного провода, необходимого для витков.
• В связи с техническими особенностями, указанными в предыдущем подпункте, автотрансформатор бывает, как правило, небольшого размера и достаточно легок, что в свою очередь, значительно влияет на уменьшение его стоимости.

Виды ЛАТРов и их обозначения

Как уже было сказано выше, все подобные виды трансформаторов работают от цепи переменного тока, причем распространены как однофазные, так и трехфазные модели. В зависимости от их технических характеристик , они обозначаются следующим образом:

• Лабораторный регулируемый автотрансформатр – собственно, ЛАТР .
• Автотрансформатор , применяемый на однофазном переменном токе (однофазные регулятор напряжения) – РНО .
• Применяемый на трехфазном токе (трехфазные регуляторы напряжения) автотрансформатор – РНТ .

Все ЛАТРы применяются для того, чтобы на выходе получить напряжение, отличное от входящего (преобразователь или регулятор напряжения). Зачастую, их применение оправдано для подключения бытовой техники, номинальное напряжение которой по характеристикам, заявленным производителем, отличается от U промышленной сети (230/50 В или 380/50 В).

Все виды трансформаторов представляют собой несколько обмоток, которые связаны индуктивным путем, и могут преобразовывать либо входное напряжение (трансформаторы U), либо входной ток (трансформаторы I). Что касается лабораторных автотранформаторов, в которых имеется также электрическая связь между обмотками, они хотя и активно применяются с середины пятидесятых годов прошлого века, при этом, остаются востребованными и по сегодняшний день.

Модификация подобного прибора значительно изменилась с течением времени. Ранее, в целях осуществления плавной регулировки по U применялся токосъемный контакт, закрепляемый на витках вторичной обмотки, что позволяло быстро изменять параметры напряжения на выходе. Таким образом, в условиях лаборатории всегда существовала возможность изменять работу различных устройств и агрегатов, как то – менять обороты двигателя, усиливать или приглушать яркость освещения или регулировать температуру нагрева паяльника.

В настоящее время ЛАТР имеет достаточно много различных модификаций, самые популярные из них – и . Однако все модели являются преобразователями напряжения по его величине (стабилизаторами U), причем, выходной параметр имеет возможность настройки. Для правильного использования подобных видов устройств необходимо обратиться к инструкции по применению ЛАТРа .

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.

Как работает ЛАТР

Как уже было сказано, настройка требуемого выходного напряжения осуществляется вручную, посредством вращения ручки, меняющей перемещение угольной щетки. При этом подобная настройка реализуется при подключении прибора к электрической сети.

Один из выходов витков обмотки, относящийся к вторичной, подсоединен к угольной щетке. Второй конец вторичной обмотки является общим с той стороны, где имеется входная сеть. Вращение ручки вызывает перемещение щетки, что в свою очередь изменяет число витков, а следовательно – выходное значение U.

Все устройства, которым необходимо напряжение, отличное от номинального, подсоединяются к выходу ЛАТРа (к специально установленным клеммам). Питание сети подается на входные клеммы автотранформатора.

Спереди автотрансформатора установлен вольтметр для вторичной цепи, который способен показать резкие скачки напряжения (перегрузку), а также позволяет более точно выставить требуемое U на выходе.

ВАЖНО! Данный вольтметр позволяет правильно выставить требуемое напряжение вторичной цепи, однако, для правильной оценки его значения необходимо также замерять U перед потребителем.

Также в корпусе ЛАТРа имеются специальные отверстия (или вентиляционная решетка, установленная в некоторых моделях), которая позволяет производить вентиляцию внутри и предохраняет как сердечник, так и обмотку от перегрева.

Виды применяемых лабораторных автотрансформаторов

Все ЛАТРы, используемые в настоящее время, рассчитаны на питание от сети АС определенных напряжений.

Модели, предназначенные для работы на однофазном токе 230/50В. Имеют один тороидальный сердечник, на котором расположена обмотка. Их схема очень проста.

Устройства, работающие от трехфазной сети АС 380/50В. Они оснащены тремя магнитопроводами, каждый из которых имеет свою обмотку. Здесь схема выглядит несколько иначе.

Все виды подобных трансформаторов могут выдавать как пониженное, так и повышенное напряжение на выходе, а именно:

• РНО – 0-250В.
• РНТ – 0-450В.

Основные сферы применения ЛАТР

Все подобные виды автотранформаторов имеют достаточно узкое применение за счет своих конструктивных особенностей, а именно:

• В лабораториях различных НИИ и предприятий для проведения тестовых работ применительно к оборудованию, работающему на АС, а также в качестве стабилизатора U для понижения сетевого напряжения (на входе).
• Для наладки, отладки промышленных приборов, радиоэлектронной и высокочувствительной техники и большинства устройств, для работы которых требуется пониженный уровень U.
• В качестве зарядного устройства для АКБ.
• В ЖКХ.
• В образовательных учреждениях для проведения лабораторных работ.

Однако, если в электросети постоянно имеется нестабильный уровень U, применение ЛАТРа не будет себя оправдывать, так как в подобных случаях требуется установка стабилизатора.

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:

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

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:

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:

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.

В настоящее время производится много регуляторов напряжения и большинство из них изготовлены на тиристорах и симисторах, которые создают значительный уровень радиопомех. Предлагаемый регулятор помех не даёт совсем и может использоваться для питания различных устройств переменного тока, без каких – либо ограничений, в отличие от симисторных и тиристорных регуляторов.
В Советском Союзе выпускалось очень много автотрансформаторов, которые, в основном, применялись для повышения напряжения в домашней электрической сети, когда по вечерам напряжение очень сильно падало, и ЛАТР (лабораторный автотрансформатор) был единственным спасением для людей, желающих посмотреть телевизор. Но главное в них то, что на выходе из этого автотрансформатора получается такая же правильная синусоида, как и на входе, не зависимо от напряжения. Этим свойством активно пользовались радиолюбители.
Выглядит ЛАТР так:

Напряжение в этом приборе регулируется при помощи качения графитового ролика по оголённым виткам обмотки:

Помехи в таком ЛАТРе, всё же были из - за искрения, в момент качения ролика по обмоткам.
В журнале «РАДИО», №11, 1999г на странице 40 была напечатана статья «Беспомеховый регулятор напряжения».
Схема этого регулятора из журнала:

В предлагаемом журналом регуляторе не искажается форма выходного сигнала, но низкий коэффициент полезного действия и невозможность получения повышенного напряжения (выше напряжения сети), а также устаревшие комплектующие, которые найти сегодня проблематично, сводят на нет все преимущества данного прибора.

Схема электронного ЛАТРа

Я решил по возможности избавиться от некоторых недостатков регуляторов, перечисленных выше и сохранить их главные достоинства.
От ЛАТРа возьмём принцип автотрансформации и применим его на обычном трансформаторе, тем самым повысим напряжение выше напряжения сети. Мне понравился трансформатор от блока бесперебойного питания. В основном тем, что его не нужно перематывать. Всё нужное в нём есть. Марка трансформатора: RT-625BN.

Вот его схема:

Как видно из схемы, в нём присутствует, помимо основной обмотки на 220 вольт, ещё две, выполненные обмоточным проводом того же диаметра, и две вторичные мощные. Вторичные обмотки отлично подходят для питания цепи управления и работы кулера охлаждения силового транзистора. Две дополнительные обмотки соединяем последовательно с первичной обмоткой. На фотографиях видно, как это сделано по цветам.

На красный и чёрный провода подаём питание.

Добавляется напряжение с первой обмотки.

Плюс две обмотки. Итого получается 280 вольт.
Если нужно большее напряжение, то можно домотать ещё провода до заполнения окна трансформатора, предварительно сняв вторичные обмотки. Только мотать нужно обязательно в том же направлении, что и предыдущая обмотка, и соединять конец предыдущей обмотки с началом следующей. Витки обмотки должны, как бы продолжать предыдущую обмотку. Если намотаете навстречу, то при включении нагрузки будет большая неприятность!
Повышать напряжение можно, лишь бы регулирующий транзистор выдержал это напряжение. Транзисторы из импортных телевизоров встречаются до 1500 вольт, так что простор есть.
Трансформатор можно взять и любой другой, подходящий вам по мощности, удалить вторичные обмотки и домотать провод до нужного вам напряжения. В этом случае, напряжение управления можно получить от дополнительного вспомогательного маломощного трансформатора на 8 – 12 вольт.

Если кому – то захочется повысить КПД регулятора, то можно и здесь найти выход. Транзистор бесполезно расходует электроэнергию на нагрев тогда, когда ему приходится сильно убавлять напряжение. Чем сильнее нужно убавить напряжение, тем сильнее нагрев. В открытом состоянии, нагрев незначителен.
Если изменить схему автотрансформатора и сделать на нём много выводов нужных вам уровней напряжения, то можно при помощи переключения обмоток подать на транзистор напряжение близкое к нужному вам в данный момент. Ограничения в количестве выводов трансформатора не имеется, нужен только соответствующий количеству выводов переключатель.
Транзистор в этом случае будет нужен только для незначительной точной корректировки напряжения и КПД регулятора повысится, а нагрев транзистора уменьшится.

Изготовление ЛАТРа

Можно приступать к сборке регулятора.
Схему из журнала я немного доработал, и получилось вот что:

С такой схемой можно значительно повышать верхний порог напряжения. С добавлением автоматического кулера, снизился риск перегрева регулирующего транзистора.
Корпус можно взять от старого компьютерного блока питания.

Сразу нужно прикинуть порядок размещения блоков устройства внутри корпуса и предусмотреть возможность их надёжного закрепления.

Если нет предохранителя, то обязательно нужно предусмотреть другую защиту от короткого замыкания.

Высоковольтный клеммник надёжно крепим к трансформатору.

На выход я поставил розетку для подключения нагрузки и контроля напряжения. Вольтметр можно поставить любой другой, на соответствующее напряжение, но не меньше 300 Вольт.

Понадобится

Нам понадобятся детали:

• Радиатор охлаждения с кулером (любой).
• Макетная плата.
• Контактные колодки.
• Детали можно подбирать исходя из наличия и соответствия номинальным параметрам, я ставил то, что первым под руку попало, но выбирал более или менее подходящее.
• Диодные мосты VD1 – на 4 - 6А – 600 В. Из телевизора, кажется. Или собрать из четырёх отдельных диодов.
• VD2 - на 2 - 3 А – 700 В.
• T1 – C4460. Транзистор я поставил от импортного телевизора на 500V и мощностью рассеяния 55W. Можете попробовать любой другой подобный высоковольтный, мощный.
• VD3 – диод 1N4007 на 1A 1000 В.
• C1 – 470mf х 25 В, лучше ёмкость ещё увеличить.
• C2 – 100n.
• R1 – 1 кОм потенциометр любой проволочный, от 500 Ом и выше.
• R2 – 910 - 2 Вт. Подбор по току базы транзистора.
• R3 и R4 - по 1 кОм.
• R5 – подстрочный резистор на 5 кОм.
• NTC1 - терморезистор на 10 кОм.
• VT1 – любой полевой транзистор. Я поставил RFP50N06.
• M – кулер на 12 В.
• HL1 и HL2 – любые сигнальные светодиоды, их можно вовсе не ставить вместе с гасящими резисторами.

Первым делом нужно приготовить плату для размещения деталей схемы и закрепить её на месте в корпусе.

Размещаем на плате детали и припаиваем их.

Когда схема собрана, настаёт время её предварительного испытания. Но нужно это делать очень осторожно. Все детали находятся под напряжением сети.
Для испытания устройства я спаял две лампочки на 220 вольт последовательно, чтобы они не сгорели, когда на них пойдёт напряжение 280 вольт. Одинаковой мощности лампочек не нашлось и поэтому накал спиралей сильно различается. Нужно иметь ввиду, что без нагрузки регулятор работает очень некорректно. Нагрузка в данном устройстве является частью схемы. При первом включении лучше поберегите глаза (вдруг что – то напутали).
Включаем напряжение и потенциометром проверяем плавность регулировки напряжения, но не долго, во избежание перегрева транзистора.

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

Что представляет собой прибор

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

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

Рисунок 1. Схема простого варианта ЛАТРа.

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

• однофазного;
• трехфазного.

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

Простой прибор для регулирования

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

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

Рисунок 2. ЛАТР с биполярным транзистором.

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

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

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

Регулятор напряжения: вариант с трансформатором

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

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

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

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

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

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