Инструкция по изготовлению электронного ЛАТРа своими руками

Инструкция по изготовлению электронного ЛАТРа своими руками

Лабораторный автотрансформатор, или, сокращённо, ЛАТР — это устройство для изменения напряжения переменного тока у различных электроприборов. Это устройство является разновидностью обыкновенного трансформатора. В процессе изменения напряжения при помощи ЛАТРа частота прибора на любом этапе сохраняется прежней. Основана его работа на явлении электромагнитной индукции. Устройство включает в себя множество дополнительных модификаций.

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.

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:

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:

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:

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.

Схема подключения ЛАТР 2м

Сначала берётся тороидальный магнитопровод, о котором уже упоминалось выше. То место, на которое будет накладываться обмотка, изолируется тряпичной изолентой. Выводим провод для первой клеммы питания (все последующие провода выводятся без разрыва). Закрепляем на магнитопроводе первый виток и накручиваем рассчитанное количество. По достижении витка, который соответствует выбранному значению напряжения, выводится петля, следом необходимо продолжать наматывать провод.

Далее производится лакировка устройства. Возьмите подходящую ёмкость и наполните её лаком, затем опустите туда ЛАТР. После выемки автотрансформатора из ёмкости с лаком его необходимо как следует просушить.

После просушки автотрансформатор помещается в корпус. Первый выведенный провод присоединяется к разъёму питания. Этот разъем должен быть электрически связан c общей клеммой нагрузки, поэтому соединяет провода между собой каким-нибудь проводником.

Петлю, выведенную для 220 В, соедините co второй клеммой питания. Остальные провода подключите к соответствующим клеммам вторичной цепи. Существует специальная схема автотрансформатора, на которой изображены выводы проводов. По ней нужно ориентироваться при подключении проводов к клеммам.

Следом добавьте к автотрансформатору корпус, и сделайте крепление для ручки регулятора. K ручке прикрепите ползунок c угольной щёткой. Нужно сделать так, чтобы щётка плотно касалась верхней части обмотки. Ту область, по которой щётка будет передвигаться, необходимо пометить, и в месте пометки удалить изоляцию. Так, щётка будет иметь прямой электрический контакт со вторичной обмоткой. Клеммы вторичных напряжений, кроме общей, затенить одной, соединённой c угольной щёткой. При подсоединении вольтметр закрепляется.

Теперь необходимо убедиться в том, что автотрансформатор работает так, как ему положено. Чтобы проверить качество работы устройства, выполняются следующие пункты:

1. Подключите ЛАТР к сети напряжением 200 В.
2. Подключённое устройство проверяется на отсутствие задымления, запаха гари, сильных шутов.
3. При помощи вольтметра проверьте, насколько выходные значения соответствуют друг другу.
4. Примерно через 10−20 минут работы ЛАТРа отключите его и проверьте, не перегрелась ли обмотка.
5. Включите ЛАТР в сеть заново и подключите нагрузку на длительный промежуток времени.

Если никаких проблем не обнаружено, то лабораторный автотрансформатор полностью готов к применению.

Конструкция и принцип работы

Конструктивная особенность такого трансформатора заключается в форме магнитопровода, которая представляет замкнутое кольцо, называемая тором.

В остальном состав его элементов идентичен другим типам электрических машин:

• Обмотка – выполняется медным проводником, разделяется на первичную и вторичную. Обе обмотки могут отличаться сечением проводника.
• Тороидальный сердечник — имеет форму кольца, изготавливается наборной шихтовкой, ленточной сталью или монолитным железом, в зависимости от габаритов и назначения. В качестве материала берутся ферромагнитные сплавы, обеспечивающие хорошую магнитную проводимость.
• Изоляционных материалов – часть диэлектрика заранее наносится на монтажных провод, остальной диэлектрик разделяет катушку тора с железом, обмотки между собой, между катушками и кожухом. В качестве изоляции используются ленточные или лакотканевые материалы, электроизоляционный картон, клей и т.д.
• Защитный кожух – предназначен как для защиты силового трансформатора от механических повреждений, так и для предотвращения контакта человека с поверхностью обмоток.
• Выводы вторичной и сетевой обмотки, крепежные и вспомогательные детали.

Рис. 1. Конструкция тороидального трансформатора

Принцип действия тороидального преобразователя заключается в подаче напряжения питания на выводы первичной обмотки. После чего в ней начинает протекать электрический ток, который создает магнитный поток внутри витков. Магнитный поток перемещается внутри каркасов катушек и наводит ЭДС во вторичной обмотке. При условии подключения нагрузки к ее выводам будет происходить потребление заданной мощности.

Данное устройство нашло применение в тороидальных автотрансформаторах (ЛАТРах), радиоэлектронике, сварочных трансформаторах и прочих преобразователях. В домашних условиях занимаются перемоткой трансформатора такого типа за счет относительно простого процесса.

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 такого 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 Ресанта, то можно увидеть, что клемма “Х” и “х” (те, которые два нижних) связаны между собой проводником.

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 и очень сильно, так как через меня бы прошли все полноценные 220 Вольт.

Изготовление силового трансформатора

Силовой питающий трансформатор T1, как было сказано выше, является одним из основных элементов стабилизатора напряжения, поэтому к его изготовлению следует отнестись ответственно. Но самостоятельное изготовление весьма проблематично.

Поэтому для большей простоты можно приобрести 2 готовых изделия марки ТПК-2-2. Выходное напряжение каждого преобразователя составляет 12 В, чтобы получить 24 В, трансформаторы следует соединить последовательно. Схема соединения приведена ниже (рисунок 3).

К сожалению, трансформатор Т2 нельзя приобрести, а только сделать самостоятельно. Для этого потребуется:

• тороидальный магнитопровод (в качестве которого можно использовать статор двигателя на 10 кВт);
• Провод ПЭВ-2 диаметром не менее 4.2 мм.

Выводы автотрансформатора, начиная от нижнего делаются от: 150, 164, 180, 196, 218 и 246 витка.

Преимущества и недостатки

Автотрансформатор использует только одну обмотку на фазу. Этим объясняются его достоинства и ограничения.

1. Для коэффициента трансформации, равного двум, габариты изделия будет приблизительно вполовину меньше, чем соответствующие размеры двухобмоточного трансформатора. С уменьшением коэффициента трансформации снижение габаритных размеров будет меньше.
2. Автотрансформатор эффективнее, чем обычный двухобмоточный. Это происходит из-за меньших значений омических потерь и потерь в сердечнике.
3. Трансформаторы описываемого класса отличаются лучшим регулированием напряжения, что связано со сниженным падением напряжения, и с уменьшением реактивного сопротивления в одиночной обмотке.

1. Из-за наличия электрической проводимости в первичной и вторичной обмотке нагрузка на низковольтную цепь возрастает. Чтобы избежать пробоя, приходится проектировать устройство с достаточным запасом по передаваемой мощности.
2. Поток рассеяния между первичной и вторичной обмотками мал и, следовательно, полное сопротивление – низкое. При возникшей неисправности это приведёт к более сильным токам короткого замыкания.
3. Соединения на первичной и вторичной обмотке должны быть одинаковыми (за исключением случаев использования соединений типа «звезда»). Таким образом, при реализации другого типа соединения – «треугольник-треугольник» – возникнут осложнения, обусловленные изменением угла первичной и вторичной фазы.
4. В случае соединения по схеме «звезда-звезда» при общей нейтрали её заземление возможно только с одной стороны. Это усложняет уравновешивание электромагнитного баланса обмотки при наличии нескольких отводов разного напряжения.

Автотрансформаторы эффективнее в применении с устройствами, выходная реактивная мощность которых при эксплуатации мало изменяется. В этом случае для их изготовления требуется меньше дефицитной меди, потери в сердечнике невелики, а изменение напряжения происходит быстрее, чем у двухобмоточных приборов той же мощности.

В простейшем случае, на замкнутом магнитопроводе располагаются две обмотки соединенные последовательно. В зависимости от варианта подключения источника энергии и нагрузки, автотрансформатор может работать как повышающий или как понижающий.

Существует конструкция, в которой реализован механизм ручного регулирования выходного напряжения (Вариак, ЛАТР). Так же применяются блоки автоматической регулировки с обратной связью, по сути, автотрансформатор с таким устройством можно назвать стабилизатором напряжения.

Изменение силы тока в автотрансформаторе

По силе тока есть простое правило — ток в обмотке более высокого напряжения меньше, чем ток в обмотке с более низким напряжением.

Другими словами, если используется понижающий отвод от первичной обмотки автотрансформатора – то ток на вторичной обмотке будет больше, а напряжение ниже и наоборот, если используется повышающий отвод – то ток на вторичной обмотке будет ниже, а напряжение выше.

Мощности же на обеих обмотках примерно одинаковы, поэтому, согласно закону ОМА:

I1U1 = I2U2, где I1 – ток в первичной обмотке, I2 – ток во вторичной обмотке, U1- напряжение в первичной обмотке, U2 – Напряжение во вторичной обмотке.

Соответственно ток, например, в первичной обмотке рассчитывается так: I1 = U2*I2/U1

Зная, как изменяется ток, можно заранее правильно подобрать кабели питания и защитную автоматику.

Теперь, когда вы знакомы с принципом работы автотрансформатора и знаете его конструкцию, давайте рассмотрим какие они бывают, их назначение и места применения, какие у них плюсы и минусы и чем принципиально отличаются от обычных трансформаторов. Всё это и многое другое читайте во второй части этой статьи. Подписывайтесь на нашу группу вконтакте, следите за выходом новых материалов!