22.01.2020

Автотрансформатор своими руками

ЛАТРа своими руками и способы сборки

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:

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.

Читать еще: Как сделать шнековый бур своими руками

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

Как перемотать ЛАТР своими руками в домашних условиях

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.

Далее, определяем необходимое число витков необходимых для стабильной работы трансформатора. Здесь есть два возможных варианта:

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).

Далее собираем автотрансформатор. Когда установим нижнюю крышку можно проверить обмотки тестером – между обмоткой и корпусом и между началом и концом обмотки.

Проверить автотрансформатор можно включив его в сеть. Делать это лучше с помощью сетевого фильтра. Сначала испытываем на холостом ходу. Если после включения фильтра не произошло взрывов, коротких замыканий – значит автотрансформатор перемотан успешно. После этого можно медленно крутить ручку переключателя при этом тестером замерять показания с выводов. Если автотрансформатор начал сильно гудеть (может допускаться небольшое гудение) и греться, то это значит что вы ошиблись с количеством витков.

Читать еще: Печка капельница на солярке своими руками

После этого можете включить его под нагрузкой и пронаблюдать за трансформатором в течении 15 мин. Потом отключить и проверить температуру обмотки. Если она не сильно нагрелась, то ЛАТР готов к работе.

Как сделать лабораторный ЛАТР своими руками?

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:

Цифровой или аналоговый вольтметр.
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:

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

Читать еще: Ультразвуковая ванна для чистки форсунок своими руками

При отсутствии проблем автотрансформатор готов к работе.