Что такое лабораторный автотрансформатор (ЛАТР)
Очень часто в среде электриков и электронщиков звучит аббревиатура ЛАТР. Помните, мы как-то с вами рассматривали блок питания и даже делали его сами. Блок питания выдавал нам постоянное напряжение от нуля и до какого-то конечного значения, которое, конечно же, зависело от крутизны блока питания. Согласитесь, очень удобная штука. Но есть один минус – он нам выдает только постоянное напряжение.
Но, раз есть блок питания на постоянное напряжение, то должен быть блок питания и на переменное напряжение. И называется такой блок питания лабораторный автотрансформатор или сокращенно ЛАТР. Что это за вещь и с чем ее едят?
ЛАТР – это тот же трансформатор. Он преобразовывает переменное напряжение одной величины в переменное напряжение другой величины. Но вся фишка в том, что мы можем менять при необходимости напряжение на выходе ЛАТРа.
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.
Виды ЛАТРов
Однофазные
Такой типа ЛАТРов выдает однофазное переменное регулируемое напряжение. Он очень часто используется радиолюбителями, так как позволяет подобрать любое низковольтное переменное напряжение.
Трехфазные
Такой тип ЛАТРов используется в промышленной электронике. На его вход подается трехфазное напряжение, а на выходе получаем те же самые три фазы, но уже меньшей амплитуды. Этот ЛАТР позволяет изменять амплитуду напряжения всех трех фаз одновременно. Грубо говоря, это три однофазных ЛАТРа, которые находятся в одном корпусе и которые одинаково изменяют напряжение.
Описание работы ЛАТРа РЕСАНТА
Давайте рассмотрим однофазный ЛАТР латвийского производства РЕСАНТА (читается по-русски) марки TDGC2-0.5 kVA.
Сверху наш ЛАТР выглядит вот так:
Мы видим регулятор, с помощью которого можем выставить нужное нам напряжение.
На лицевой стороне видим какое-то подобие вольтметра переменного напряжения. На клеммы слева заводим напряжение из сети 220 В, а с клемм справа – напряжение, которое требуется нам на данный момент.
Режимы работы
- В автотрансформаторных режимах (а) возможна передача номинальной мощности из обмотки ВН в обмотку НН или наоборот. В обоих режимах последовательная и общая обмотки загружены типовой мощностью, что допустимо.
- В трансформаторных режимах возможна передача мощности из обмотки НН в обмотку СН или ВН, причем обмотку НН можно загрузить не более чем на Sтип. В этих режимах АТ недогружен, что допустимо, но неэкономично.
- В комбинированном режиме (б) возможна передача мощности не более S тип из сети НН в сеть ВН и при этом ( Sном Sтип) автотрансформаторным путем из сети СН в сеть ВН. Этот режим является допустимым и экономичным, т.к. загрузка общей обмотки может в пределе равной 0, а через АТ в сумме передается Sном.
Также читайте: Что такое трансформатор
Выбор оптимального режима работы важен для трёхфазных устройств. Они используются для непрерывной регулировки параметров с малыми потерями. Этот компонент обеспечивает пользователям наилучшую точность регулировки при минимальных потерях и, следовательно, при пониженном тепловыделении. Для трёхфазного тока данный эффект достигается с помощью механических соединений трёх управляющих трансформаторов. Конструкция скользящих токосъёмников выполняется такой, чтобы обеспечить надёжный выходной контакт и – при срабатывании – одновременную очистку контактной дорожки. Используются угольные щётки, которые могут вращаться или перемещаться возвратно-поступательно.
Переменный автотрансформатор имеет несколько первичных обмоток для создания вторичного напряжения, которое регулируется в диапазоне от нескольких вольт до долей вольт за оборот. Это достигается благодаря тому, что угольная щётка или ползунок находятся в контакте с одним или несколькими витками первичной обмотки. Поскольку витки первичной катушки равномерно распределены по её длине, то выходное значение пропорционально угловому вращению щётки.
Как работает ЛАТР на практике
Давайте проведем опыты с лампочкой накаливания в 95 Ватт 220 Вольт. Для этого цепляем ее к выходным клеммам справа.
Интересно, при каком напряжении начнет светится спираль лампочки? Давайте узнаем! Крутим регулятор, пока не заметим слабое свечение лампочки.
Смотрим на шкалу регулятора. 35 Вольт!
А вы знаете, что в США сетевое напряжение 110 Вольт? Интересно, как бы светилась тогда наша лампочка? Выставляем 110 Вольт.
Светится, как говорится, в пол накала.
А теперь сравните, как она светится при 220 В
Дальше повышать напряжение нет смысла. Лампочка может перегореть.
Если хотите выставить напряжение с большой точностью, то конечно же, здесь не обойтись без мультиметра. Для этого ставим крутилку мультиметра на положение измерения переменного напряжения
Цепляемся и меряем переменное напряжение. Заодно подгоняем с помощью регулятора ЛАТРа. Ровно 110 Вольт!
Мощность нагрузки (от 0 до ? ВА)
Очевидно, что уменьшать нагрузку можно до бесконечности, и даже вовсе ее не подключать (нагрузка 0), ток при этом не возрастет. А вот какую максимальную нагрузку можно подключить к ЛАТРу, если известен максимально допустимый ток и выходное напряжение? Проведем расчет используя данные из прошлого примера (максимальный ток ЛАТРа — 2 А, необходимое выходное напряжение — 110 Вольт). Из формулы, указанной выше, выведем мощность нагрузки:
Получается, что к ЛАТРу SUNTEK 500 ВА (2 А) при выходном напряжении 110 Вольт нельзя подключать нагрузку больше 220 ВА.
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.
Важные параметры выбора
Прежде всего, нужно определить, для чего будет использоваться автотрансформатор. Например, для испытания работоспособности силового оборудования на заводе понадобится одна модель, для обеспечения электропитания при ремонте автомагнитолл – совсем другая. Чтобы было легче сформулировать требования к прибору, учитывайте следующие параметры:
Мощность. Можно подобрать ЛАТР мощностью от 0,45 до 10 Вт (и даже более), но сначала нужно просчитать нагрузку всех подключаемых электропотребителей. Их суммарная мощность не должна превышать мощность автотрансформатора.
Диапазон регулировки напряжения. Он зависит от того, как действует прибор – на понижение или на повышение параметров напряжения. Большинство моделей относятся к понижающему типу, особенно однофазные, у них рабочий диапазон может составлять от 0 до 250 В или от 160 до 220 В. В зависимости от того, какая величина напряжения нужна для работы техники, выбирайте ЛАТР с соответствующим диапазоном. У трехфазных моделей диапазон шире: нижний предел может находиться на уровне в 200-220 В. Не всегда нужен лабораторный автотрансформатор с широким рабочим диапазоном, к примеру, если в сети напряжение падает до 180 В (не выше и не ниже), то можно купить трансформатор с регулировкой в пределах 180-220 В.
Напряжение питающей сети. Если планируется подключение прибора к однофазной сети, то необходимо покупать модель на 220 В, если к трехфазной – на 380 В (при этом, у такой модели диапазон регулировки может выходить далеко за пределы номинальных значений трехфазной сети, например, может составлять от 0 до 430 В).
Итак, вы уже решили купить лабораторный автотрансформатор? С этим устройством вы сами сможете корректировать показатели напряжения в сети и устанавливать такие значения, которые необходимы конкретному виду энергопотребителей. А быстро выбрать и заказать подходящее оборудование можно на нашем сайте. Не откладывайте покупку – возьмите напряжение под контроль!
Источник
Разделительный трансформатор и ЛАТР
Есть также более безопасные виды ЛАТРов. В своем составе они имеют развязывающий трансформатор. Схема такого ЛАТРа выглядит примерно вот так:
Как мы видим, фазный провод изолирован от выходных клемм такого ЛАТРа, благодаря трансформатору, принцип работы которого вы можете прочитать в этой статье. В этом случае нас может тряхануть, если мы на выходе ЛАТРа с помощью крутилки выставим высокое напряжение и возьмемся сразу за два выходных провода ЛАТРа. То есть здесь типичная гальваническая развязка.
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.
