Что такое трансформаторы ЛАТР: назначение и применение
Автотрансформаторы предназначены для плавного регулирования напряжения переменного тока частотой 50-60Гц при различных электротехнических работах. Очень часто автотрансформаторы применяют, когда нужно понизить или повысить переменное напряжение для строительных или бытовых электроприборов.
Особенности конструкции трансформаторов
К трансформаторам относят электрическую аппаратуру, имеющую от двух и более обмоток связанных индуктивно, предназначенную для преобразования электрической энергии по уровню тока или напряжения.
В трансформаторе может быть одна (у автотрансформатора) или несколько изолированных ленточных, либо проволочных обмоток (или катушек), которые охватываются общим магнитным потоком и наматываются на магнитопровод (называемым сердечником) из магнитомягкого ферромагнитного материала.
На сегодняшний день очень широкое распространение в быту приобрели однофазные автотрансформаторы (ЛАТРы — расшифровываются как «лабораторные автотрансформаторы) — это вид трансформатора, где первичные и вторичные обмотки не изолированы друг от друга, а электрически соединены напрямую, поэтому в них имеется не только электромагнитная связь, но и электрическая. Эта общая обмотка имеет несколько разных выводов (от 3 и более), подключившись к которым, возможно получить различные напряжения.
Преимущества автотрансформаторов
Преимущество автотрансформатора заключается в более высоком КПД, т.к
лишь некоторая часть мощности преобразовывается — это особенно важно, когда выходное и входное напряжения различаются на небольшую величину. Отрицательным моментом служит то, что нет электрической изоляции между обмотками и, как следствие, первичной и вторичной цепью
Так как в промышленных электрических сетях имеется заземление нулевого провода, поэтому озвученный фактор не будет играть никакой роли, но другим очень важным моментом здесь служит существенно меньший расход меди для обмоток, собственно стали для сердечников, уменьшаются габариты и вес. В итоге мы имеем понижение стоимости. А это уже серьёзный довод в условиях современного рынка.
У Автотрансформатора ЛАТРимеется подвижный контакт-токосъём, который подключён к обмотке. Это позволяет плавно изменить число витков, которые включены во вторичную цепь, и, соответственно, выходное напряжение, которое можно выбрать практически от 0 до наибольшего значения у ЛАТР данной модели.
Применение трансформаторов ЛАТР
ЛАТРы нашли применение там, где требуется, стабилизация напряжения электросети, часто применяют в лабораторных установках. ЛАТР способен плавно регулировать напряжение переменного тока промышленной частоты 50 Гц при разнообразных электротехнических работах. Необходимым требованием безопасности при его работе служит надёжное заземление.
Эксплуатировать автотрансформаторы со снятой оболочкой запрещено. ЛАТР относят к электротехническим приборам, нестойким по отношению к короткому замыканию, а значит его использование возможно лишь в тех сетях, которые защищены плавкими предохранителями или автоматами, отключающими сеть при токах более 20 А (или более, в зависимости от модели).
По климатическим характеристикам допускается эксплуатация ЛАТРов при высоте 2000 метров над уровнем моря, но при этом ток нагрузки необходимо уменьшать на 2,5% при подъёме на каждые 500 м высоты.
егодня на рынке представлены модели автотрансформаторов со сроком службы 12 лет и более, при наработках на отказ не меньше 6250 часов. Положение автотрансформаторов ЛАТР во время эксплуатации может быть произвольным, режим работы — продолжительным.
Самодельные аппараты переменного тока
При сборке, ремонте или конструировании бытовой техники или какого-либо оборудования возникает необходимость сварить несколько деталей вместе. Сварочные аппараты переменного тока стоят дорого, купить их не так просто. Но вполне допустимо сделать их самому. Схемы таких устройств очень разные.
Одна из оригинальных конструкций выполнена на основе трансформатора ЛАТР (автотрансформатора лабораторного). Этот аппарат работает от обычной сети, используя в работе переменный ток. Электротехнические характеристики его очень высоки из-за магнитопровода специального исполнения.
Он выполнен из трансформаторного ленточного железа (свит в рулон) и имеет форму кольца или тора, хотя обычный сварочный аппарат переменного тока собран из пластин, похожих на букву «Ш». Характеристики тороидального изделия выше в 4,7 раз, а потери почти минимальны по сравнению с Ш-образным сердечником.
Но такое трансформаторное ленточное железо сейчас в дефиците, поэтому легче достать готовый 9-амперный автотрансформатор лабораторный (ЛАТР) или тороидальный магнитопровод от сгоревшего изделия. Его необходимо перемотать — убрать обмотку вторичную старую или сгоревшую и намотать новую, более толстым проводом. Используя все это, вы соберете аппарат переменного тока 75-155 А примерно за 1-2 часа.
Когда необходим лабораторный автотрансформатор?
Многие знают, что для коррекции напряжения в сети можно использовать стабилизатор. Тогда для чего нужен автотрансформатор? Есть ли какие-то особенные условия его применения или оба эти устройства выполняют одну и ту же задачу? Далее мы рассмотрим эти вопросы более детально.
Корректировать показатели тока в электросети приходится из-за нестабильной подачи электроэнергии и связанных с этим сильных скачков напряжения. Вообще, нормальным отклонением считается 10-15 В, большинство современных электротехнических устройств рассчитано на такие перепады, поэтому они проходят практически незаметно. Если же напряжение в однофазной сети повышается до 260-270 В, то это может привести к выходу из строя работающей в этот момент бытовой техники, инструмента и оборудования. При пониженном напряжении включить мощную технику и вовсе не удастся.
Выйти из этой ситуации можно, искусственно скорректировав напряжение с помощью стабилизатора или автотрансформатора. Разница лишь в том, что первый вариант подойдет для использования в сети, где скачки происходят постоянно, то есть напряжение может резко снижаться, повышаться, но затем снова нормализуется. Стабилизатор подстроится под эти изменения и будет подавать на нагрузку исключительно 220 В. Что касается лабораторного автотрансформатора, то он не имеет такой возможности, так как не рассчитан на автоматическое изменение параметров. При его использовании напряжение на выходе будет меняться пропорционально изменению напряжения в центральной сети. То есть в случае, когда напряжение составляет 180 В, с помощью автотрансформатора его можно увеличить до 220 В, но как только оно подскочит до 220 В, на подключенную нагрузку будет подаваться ток напряжением в 260 В. Это также может вывести из строя всю работающую технику. Поэтому при частых колебаниях в электросети лучше использовать стабилизатор. Если же наблюдается постоянная «просадка» напряжения и его значение находится примерно на одной отметке, что очень часто бывает в дачных или коттеджных поселках, то подойдет автотрансформатор.
Но это далеко не единственный случай, когда рекомендуется использование именно этого прибора. Если нужно специально понизить напряжение в сети, например, для подключения электротехники, рассчитанной на 110 В, стабилизаторы вряд ли способны обеспечить такие показатели, ведь в большинстве случаев рабочий диапазон у них составляет от 135 до 250 В или от 150 до 290 В. ЛАТР способен работать в более широком диапазоне, что позволяет использовать его для следующих целей:
- для тестирования высокочувствительной медицинской аппаратуры и промышленного оборудования.
- для наладки работы сложной радиоэлектроники.
- для ремонта магнитолл и других электротехнических устройств автомобиля.
- для зарядки аккумуляторных батарей автомобилей и оборудования.
- для питания приборов и техники с нестандартным напряжением.
Итак, стабилизатор напряжения необходим для поддержания стандартного напряжения в электросети в небольшом диапазоне отклонений. Лабораторный автотрансформатор предназначен для питания потребителей с нестандартными показателями напряжения, так как дает возможность устанавливать практически любые значения в широком диапазоне.
В вашем случае необходим именно ЛАТР? Тогда для его эффективной работы нужно учесть несколько факторов. О том, как подобрать подходящую модель, мы и расскажем далее.
Схема электронного прибора
Купить надежный ЛАТР при имеющемся ассортименте — задача не из легких. Слишком много низкокачественных изделий представлено на рынке. Как вариант, можно приобрести промышленный образец, но цены на него довольно высокие, да и габариты немаленькие. В этом случае более приемлемым вариантом будет создать автотрансформатор своими руками.
Необходимые для сборки материалы
Материалы, которые обязательно понадобятся для сборки самодельного электронного ЛАТРа на полевом транзисторе, следующие:
- медная проволока (обмотка);
- лак, обладающий термоустойчивостью;
- тряпичная изолента;
- магнитопровод (подойдет как стержневой, так и тороидальный тип);
- корпус с закрепленными разъемами, к которому будет подключаться питание и нагрузка.
Расчёт обмотки ЛАТРа
Для начала необходимо определиться, в каких пределах на тиристорах будет работать ЛАТР. Оптимальное значение питания сети — 220 В. Значения вторичных напряжений — соответственно, 127, 180 и 250 В. Мощность при таких параметрах не должна превышать 300 Вт. Но можно определить эти значения и самостоятельно, главное, чтобы всё друг другу соответствовало. Теперь нужно рассчитать обмотку. Рассчитывать её надо по большему току. Наибольшее значение тока можно получить, преобразовывая напряжение 200 В в 127 В. Автотрансформатор при таких условиях становится понижающим. Максимальный ток, который проходит в обмотке обеих сетей, рассчитывается следующим образом:
I = I2 — I1 = P / U2 — P / U1 (I, I2, I3 — токи в соответствующих участках цепи, A, P — мощность, Вт, U1, U2 — напряжения первичной и вторичной цепи, В).
Диаметр провода d рассчитывается по формуле:
d = 0,8 * √I
Существует специальная таблица, согласно которой определяется тип и сечение провода. Выбираются они с учётом расчётного тока и среднего значения плотности тока для ЛАТРа, равному 2 A/мм².
Формула для вычисления коэффициента трансформации n:
n = U1 / U2
Формула для вычисления расчётной мощности Pp:
Pp = P * k * (1 — 1/n) (k — коэффициент, учитывающий КПД автотрансформатора)
Дальше необходимо определить количество витков, приходящихся на 1 вольт. Для этого, во-первых, рассчитывается площадь поперечного сердечника S, а во-вторых, определяется тип магнитопровода:
S = √ Pp
W0 = m / S (W0 — количество витков, приходящихся на 1 вольт, m = 50 для стержневого и 35 для тороидального магнитопроводов).
При недостаточно высоком качестве стали значение W0 увеличивается на 20−30%. При расчёте витков оно увеличивается на 5−10%. Таким образом можно будет успешно избежать просадки напряжения. Для расчёта длины провода наматывается один виток на магнитопровод и измеряется его длина. Полученное значение умножается на максимальное количество витков и прибавляется по 25−30 сантиметров для каждого вывода к клемме.
Как сделать электронный ЛАТР?
Основным поводом для создания электронного ЛАТРа своими руками является избыток на рынке электротоваров ненадежных регуляторов. Выходом из ситуации может быть образец промышленного типа, но такие экземпляры стоят дорого и обладают внушительными габаритами, что затрудняет его использование в домашних условиях.
Схема устройства электронного ЛАТРа.
Что представляет собой прибор
Стоит упомянуть, что лабораторные автотрансформаторы (ЛАТР) широко использовались еще полвека тому назад. Прежние варианты прибора обладали токосъемным контактом, который был расположен на вторичной обмотке. Это позволяло плавно изменять выходное напряжение (его значение).
Если подключались всевозможные лабораторные приборы, был вариант оперативной смены напряжения. Например, при необходимости легко можно было повлиять на степень нагрева паяльника, регулировать яркость освещения, обороты электродвигателя и многое другое. Вот такой своеобразный регулирующий блок питания.
Рисунок 1. Схема простого варианта ЛАТРа.
Нынешний вариант ЛАТРа обладает различными модификациями. В целом его можно считать трансформатором, в котором происходит трансформация переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой. Устройство широко используется в качестве стабилизатора напряжения. Основной особенностью является возможность изменения напряжения на выходе из прибора. ЛАТРы бывают нескольких вариантов исполнения:
- однофазного;
- трехфазного.
Трехфазный вариант представляет собой вмонтированные в едином корпусе три однофазных лабораторных автотрансформатора. Кстати, желающих стать обладателем трехфазного варианта значительно меньше.
Простой прибор для регулирования
Существует весьма простенький вариант ЛАТРа, который доступен даже для начинающих, его схема изображена на рис. 1. Регулируемый таким прибором диапазон напряжений находится в пределах 0-220 вольт. Данный самодельный регулятор обладает мощностью 25-500 Вт. Увеличение мощности устройства может быть проведено посредством установки тиристоров VD1 и VD2 на радиаторы.
Полупроводниковые приборы (речь идет о тиристорах ВД1 и ВД2) следует подключить параллельно с нагрузкой R1. Пропускаемый ими ток имеет противоположные направления.
Когда прибор включается в сеть, тиристоры остаются закрытыми, в отличие от конденсаторов С1 и С2, зарядка которых производится резистором R5.
Если есть потребность, с помощью резистора R5 можно изменить напряжение, которое получается во время нагрузки. Резистор и конденсаторы создают фазосдвигающую цепь.
Рисунок 2. ЛАТР с биполярным транзистором.
Фазосдвигающая цепь — это электрический четырехполюсник, гармонический сигнал на выходе которого сдвигается по фазе относительно входного сигнала. Распространены в САУ в качестве устройств корректировки, которые обеспечивают устойчивость и необходимое качество управления. Частными случаями являются дифференцирующие и интегрирующие цепи.
Данное техническое решение позволяет использовать для нагрузки не половинную мощность, а полную. Достигается это благодаря тому, что используются оба полупериода переменного тока.
К недостаткам можно отнести форму переменного напряжения на нагрузке. В этом варианте она не строго синусоидальная. Специфика работы полупроводниковых приборов является основной причиной. Наличие такой особенности способно вызвать помехи в сети. Но их можно устранить путем дополнительной установки дросселей (фильтров последовательной нагрузки) на схему. Такие фильтры можно найти даже в неисправном телевизоре.
Регулятор напряжения: вариант с трансформатором
Лабораторный автотрансформатор, который не станет причиной помех в сети и способный на выходе давать синусоидальное напряжение, устроен немного сложнее предыдущего.
Его схема (рис. 2) содержит биполярный транзистор VТ1. Он выступает в роли регулирующего элемента в таком устройстве. Мощность этого транзистора определяется в зависимости от необходимой нагрузки. В схеме он включен последовательно с нагрузкой и функционирует как реостат. Такой вариант предоставляет способность производить регулировку рабочего напряжения как во время активных, так и реактивных нагрузок.
К сожалению, и тут имеется свой недостаток. Он заключается в том, что задействованный регулирующий транзистор выделяет слишком большое количество тепла. Чтобы устранить его, понадобится теплоотводящий радиатор, который будет обладать достаточной мощностью. В данном случае площадь такого радиатора должна составлять как минимум 250 см².
Электронный автотрансформатор
Более современным способом регулировки является использование электронных устройств. Любое из них можно изготовить своими руками.
Тиристорный регулятор
Простейшая схема такого приспособления представляет собой переменный резистор, включенный между анодом и управляющим электродом тиристора. Это позволяет получать пульсирующее постоянное напряжение и управлять им в диапазоне 0-110В.
Для регулировки переменного напряжения 0-220В применяется встречно-параллельная схема соединения, а резистор включается между управляющими электродами.
Вместо двух тиристоров целесообразно применение симистора, а в качестве схемы управления использовать диммер для ламп накаливания.
Транзисторное управление
Самая качественная регулировка получается при использовании транзисторного регулятора. Он обеспечивает плавное изменение и правильную форму выходного напряжения.
Недостаток этой схемы в нагреве выходных транзисторов. Для его уменьшения и повышения КПД целесообразно подключить регулятор к выходным клеммам автотрансформатора – грубая регулировка осуществляется переключением обмоток, а плавная при помощи транзисторов.
ШИМ-регулятор
Самым современным способом является применение ШИМ-контроллера (широтно-импульсная модуляция). В качестве силовых элементов полевые или биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT).
Перемотка ЛАТР
Схема трансформатора с ЛАТРом для уравнивания фазовых напряжения.
Для замены обмоток поступают следующим способом:
- Снимают кожух (если он есть).
- Удаляют арматуру из немагнитного материала (пластмасса, алюминий) вместе с механической частью.
- Избавляются от старых или сгоревших обмоток:
- если обмотки не повреждены, то вторичную просто сматывают на специальный челнок для использования в других разработках и конструкциях. Челнок размером 4-5х10-20 см можно вырезать из фанеры;
- если обмотки сгорели, то провод удаляют любым методом: срезают, обрывают.
- Производят электроизоляцию сердечника от будущей обмотки, обмотав железо лакотканью в два слоя или сделав накладки из специального электрокартона.
- Наматывают новые обмотки, изолировав их друг от друга;.
- Производят сборку.
На аппараты, выполненные на основе трансформатора ЛАТР, наматывают всего две обмотки.
Если трансформатор сгорел полностью, приходится мотать обе обмотки.
Первичную выполняют 1,2-миллиметровым проводом типа ПЭВ-2. Ориентировочная длина этого куска — 170 м. Для намотки пользуются челноком. Провод наматывают на него полностью.
Схема автотрансформатора с регулированием напряжения.
А затем, закрепив конец, начинают выполнять поступательные движения рукой внутрь тороида, обматывая проводом изолированный сердечник. Намотка производится виток к витку. После намотки первичную обмотку покрывают изоляцией (той же лакотканью).
Для более надежной изоляции и эффективного охлаждения аппарата можно применить метод воздушного зазора между обмотками. В этом случае первичную обмотку можно не изолировать сверху — хватит и ее собственного покрытия.
Метод таков:
- изготавливаются два кольца из толстого (3-5 мм) текстолита с внешним калибром на 3-5 мм (с каждой стороны) больше диаметра сердечника с намотанной «первичкой»;
- c краев снимается фаска (они скругляются) во избежание порчи изоляции;
- кольца закрепляются сверху и снизу сердечника двусторонним скотчем;
- наматывается вторичная обмотка.
Вторичную — 45 витков — выполняют несколькими проводами, скрученными вместе, или шиной, которые должны быть в стекловидной или ХБ-изоляции. Сечение рассчитывается в зависимости от необходимого сварочного тока и составляет 5-7 А на 1 кв.мм. На ток 170 А вам понадобится шина или скрутка сечением 35 мм или больше. Обмотку вторичную (для охлаждения) распределяют по тороиду с зазором, стараясь распределять ее равномерно.
Устройство автотрансформатора.
Если у вас имеется рабочий автотрансформатор или вы приобрели новый, то работа сводится только к перемотке одной (вторичной) обмотки, так как первичная уже намотана проводом необходимого сечения и длины.
Он перебирается в такой последовательности:
- вначале отвинчивают металлический или пластмассовый кожух (если он есть);
- снимают ползунок с графитовым токосъемником;
- удаляют арматуру из немагнитного материала (пластмасса, алюминий);
- определяют (прозванивают тестером) и маркируют все сетевые выводы;
- остальные провода обматывают изоляцией или надевают на них ПВХ-трубки и укладывают на боковой части ЛАТР перпендикулярно обмоткам;
- далее монтируется вторичная обмотка; витки, диаметр и марка проводов из меди аналогична варианту, описанному выше (полностью сгоревшему).
Сварочные аппараты, точнее, их трансформаторы, рекомендуется монтировать вдвоем. Первый человек протягивает провод и укладывает его, стараясь не испортить изоляцию и соблюсти дистанцию между витками. Второй придерживает конец провода, не позволяя ему скручиваться.
Сварочные аппараты с таким трансформатором работают на токах 55-180 А.
Сварочный аппарат из латра своими руками
Если у вас есть необходимость выполнения каких-нибудь несложных сварочных работ для бытовых нужд, вовсе не обязательно приобретать дорогостоящий заводской агрегат. Ведь если знать некоторые тонкости, можно без труда собрать сварочный аппарат своими руками, о чем и пойдет речь ниже. Любые аппараты для сварки бывают электрическими или же газовыми. Стоит сразу сказать, что самодельные сварочные аппараты не должны быть газовыми. Поскольку они включают в себя взрывоопасные баллоны с газом, держать такую установку дома не стоит.
Поэтому в контексте самостоятельной сборки конструкций речь пойдет исключительно об электрических вариантах. Такие агрегаты также подразделяются на разновидности:
- Установки-генераторы — оснащены собственным генератором тока. Отличительная черта — большой вес и габариты. Для домашних нужд такой вариант не подойдет, да и собрать самостоятельно его будет сложно.
- Трансформаторы — такие установки, в особенности полуавтоматического типа, очень распространены среди тех, кто делает сварочное оборудование самостоятельно. Питаются от сети в 220 или 380 В.
- Инверторы — такие установки просты в применении и идеально подходят для дома, конструкция компактная и мало весит, но электронная схема достаточно сложна.
- Выпрямители — эти аппараты просто собирать и применять по назначению. С их помощью даже новичок может выполнять качественные сварные швы.
Как сделать сварочный аппарат инверторного типа
Чтобы в домашних условиях собрать инвертор, потребуется схема, которая позволит соблюсти нужные параметры. Рекомендуется брать детали от старых советских приборов:
- транзисторов;
- диодов;
- дросселей;
- готовых трансформаторов;
- конденсаторов;
- резисторов;
- тиристоров.
Параметры для аппарата можно выбирать такие:
- Он должен работать с электродами, диаметр которых не превышает 5 мм.
- Максимальный показатель рабочего тока равен 250 А.
- Источник напряжения — сеть бытовая на 220 В.
- Регулировка сварочного тока варьируется от 30 до 220 А.
Инструмент включает такие компоненты:
- блок питания;
- выпрямитель;
- инвертор.
Начинаем с намотки трансформатора и действуем в такой последовательности:
- Возьмите ферритовый сердечник.
- Выполните первую обмотку (100 витков посредством провода ПЭВ 0,3 мм).
- Вторая обмотка — 15 витков, проводом с сечением 1 мм).
- Третья обмотка — 15 витков проводом ПЭВ 0,2 мм.
- Четвертая и пятая — соответственно по 20 витков проводами с сечением 0, 35 мм.
- Чтобы охладить трансформатор, возьмите вентилятор от компьютера.
Чтобы транзисторные ключи работали непрерывно, напряжение следует на них подавать после выпрямителя и конденсаторов. Блок выпрямителя соберите по схеме на плате, а все узлы прибора закрепите в корпусе. Можно использовать старый корпус от радиоустройства, а можно его сделать и самостоятельно.
С лицевой части корпуса устанавливается светодиодный индикатор, который показывает, что прибор включен в сеть. Здесь же можно поставить дополнительный выключатель, а также защитный предохранитель. Еще его можно установить на заднюю стенку и даже в сам корпус.
Все зависит от его размеров и конструктивных особенностей. Переменное сопротивление устанавливается на лицевой части корпуса, с его помощью можно регулировать рабочий ток. Когда вы собрали все электрические схемы, проверьте аппарат специальным прибором или тестером и можете провести его испытание.
Сварочный трансформатор своими руками
Сборка трансформаторного варианта будет от предыдущей несколько отличаться. Этот агрегат работает на переменном токе, но для сварки постоянным током нужно собрать к нему простую приставку .
Для работы вам потребуется трансформаторное железо для сердечника, а также несколько десятков метров толстого провода или толстой медной шины. Все это можно найти в пункте приема металлов. Сердечник лучше всего делать П-образным, тороидальным либо круглым. Многие также берут статор от старого электромотора.
https://youtube.com/watch?v=tf5-uJ_pn-o
