Ремонт автотрансформатора своими руками

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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.

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.

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:

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.

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.

Что бы убедиться в бесперебойной и надежной работе устройства, выполняем следующие пункты:

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

При отсутствии проблем автотрансформатор готов к работе.

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.

Имеется одна общая обмотка, расположенная на магнитопроводе ЛАТРа, а от нее уже отходят три дополнительных вывода. У старых моделей автотрансформатора на вторичной обмотке расположен токосъемный контакт, позволяющий:

• выходному напряжению плавно регулироваться;
• в один момент сменять одно значение напряжения на другое;
• изменять интенсивность нагрева жала у паяльника;
• регулировать электроосвещение.

Наиболее распространенный тип автотрансформатора — это тороидальный магнитопровод. Он представляет собой сердечник в форме кольца, сделанный из электротехнической стали.

На сердечник намотана медная проволока, или обмотка. Кроме того, конструкция прибора имеет дополнительную отпайку — отвод от обмотки. В целом контактов получается ровно три.

Для больших трансформаций лучше всего не использовать ЛАТР. Причины в следующем:

1. Слишком высоки шансы получить в результате короткое замыкание. Разобраться с проблемой помогут специально приспособленные для этого электронные схемы или дополнительное сопротивление.
2. Обычный трансформатор подходит больше в силу множества причин, таких, как более высокий КПД, меньшие расходы на сталь, уменьшенные габариты и вес, сниженная цена на инструмент.

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.

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.

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.

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.

Назначение, устройство и принцип действия автотрансформаторов

В некоторых случаях бывает необходимо изменять напряжение в небольших пределах. Это проще всего сделать не двухобмоточными трансформаторами, а однообмоточными, называемыми автотрансформаторами. Если коэфициент трансформации мало отличается от единицы, то разница между величиной токов в первичной и во вторичной обмотках будет невелика. Что же произойдет, если объединить обе обмотки? Получится схема автотрансформатора (рис. 1).

Автотрансформаторы относят к трансформаторам специального назначения. Автотрансформаторы отличаются от трансформаторов тем, что у них обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения, т. е. цепи этих обмоток имеют не только магнитную, но и гальваническую связь.

В зависимости от включения обмоток автотрансформатора можно получить повышение или понижение напряжения.

Рис. 1 Схемы однофазных автотрансформаторов: а – понижающего, б – повышающего.

Если присоединить источник переменного напряжения к точкам А и Х, то в сердечнике возникнет переменный магнитный поток. В каждом из витков обмотки будет индуктироваться ЭДС одной и той же величины. Очевидно, между точками а и Х возникнет ЭДС, равная ЭДС одного витка, умноженной на число витков, заключенных между точками а и Х.

Если присоединить к обмотке в точках a и Х какую-нибудь нагрузку, то вторичный ток I2 будет проходить по части обмотки и именно между точками a и Х. Но так как по этим же виткам проходит и первичный ток I1 , то оба тока геометрически сложатся, и по участку a Х будет протекать очень небольшой по величине ток, определяемый разностью этих токов. Это позволяет часть обмотки сделать из провода малого сечения, чтобы сэкономить медь. Если принять во внимание, что этот участок составляет большую часть всех витков, то и экономия меди получается весьма ощутимой.

Таким образом, автотрансформаторы целесообразно использовать для незначительного понижения или повышения напряжения, когда в части обмотки, являющейся общей для обеих цепей автотрансформатора, устанавливается уменьшенный ток что позволяет выполнить ее более тонким проводом и сэкономить цветной металл. Одновременно с этим уменьшается расход стали на изготовление магнитопровода, сечение которого получается меньше, чем у трансформатора.

В электромагнитных преобразователях энергии – трансформаторах – передача энергии из одной обмотки в другую осуществляется магнитным полем, энергия которого сосредоточена в магнитопроводе. В автотрансформаторах передача энергии осуществляется как магнитным полем, так и за счет электрической связи между первичной и вторичной обмотками.

Трансформатор и автотрансформатор

Автотрансформаторы успешно конкурируют с двухобмоточными трансформаторами, когда их коэффициент трансформации – мало отличается от единицы и но более 1,5 – 2. При коэффициенте трансформации свыше 3 автотрансформаторы себя не оправдывают.

В конструктивном отношении автотрансформаторы практически не отличаются от трансформаторов. На стержнях магнитопровода располагаются две обмотки. Выводы берутся от двух обмоток и общей точки. Большинство деталей автотрансформатора в конструктивном отношении не отличаются от деталей трансформатора.

Лабораторные автотрансформаторы (ЛАТРы)

Автотрансформаторы применяются также в низковольтных сетях в качестве лабораторных регуляторов напряжения небольшой мощности (ЛАТР). В таких автотрансформаторах регулирование напряжения осуществляется при перемещении скользящего контакта по виткам обмотки.

Лабораторные регулируемые однофазные автотрансформаторы состоят из кольцеобразного ферромагнитного магнитопровода, обмотанного одним слоем изолированного медного провода (рис. 2).

От этой обмотки сделано несколько постоянных ответвлений, что позволяет использовать эти устройства как понижающие или повышающие автотрансформаторы с определенным постоянным коэффициентом трансформации. Кроме того, на поверхности обмотки, очищенной от изоляции, имеется узкая дорожка, по которой перемещают щеточный или роликовый контакт для получения плавно регулируемого вторичного напряжения в пределах от нуля до 250 В.

При замыкании соседних витков в ЛАТР не происходит витковых замыканий, так как токи сети и нагрузки в совмещенной обмотке автотрансформатора близки друг к другу и направлены встречно.

Лабораторные автотрансформаторы изготовляют номинальной мощностью 0,5; 1; 2; 5; 7,5 кВА.

Схема лабораторного регулируемого однофазного автотрансформатора

Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР)

Наряду с однофазными двухобмоточными автотрансформаторами часто применяются трехфазные двухобмоточные и трехфазные трехобмоточные автотрансформаторы.

В трехфазных автотрансформаторах фазы обычно соединяют звездой с выведенной нейтральной точкой (рис. 3). При необходимости понижения напряжения электрическую энергию подводят к зажимам А, В, С и отводят от зажимов а, b , с, а при повышении напряжения – наоборот. Их применяют в качестве устройств для снижения напряжения при пуске мощных двигателей, а также для ступенчатого регулирования напряжения на зажимах нагревательных элементов электрических печей.

Рис. 3. Схема трехфазного автотрансформатора с соединением фаз обмотки звездой с выведенной нейтральной точкой

Трехфазные высоковольтные трехобмоточные трансформаторы используются также в высоковольтных электрических сетях.

Трехфазные автотрансформаторы, как правило, на стороне высшего напряжения соединяются в звезду с нулевым проводом. Соединение в звезду обеспечивает снижение напряжения, на которое рассчитывается изоляция автотрансформатора.

Применение автотрансформаторов улучшает КПД энергосистем, обеспечивает снижение стоимости передачи энергии, но приводит к увеличению токов короткого замыкания.

Недостатком автотрансформатора является необходимость выполнения изоляции обеих обмоток на большее напряжение, так как обмотки имеют электрическую связь.

Существенный недостаток автотрансформаторов – гальваническая связь между первичной и вторичной цепями, что не позволяет использовать их в качестве силовых в сетях 6 – 10 кВ при понижении напряжения до 0,38 кВ, так как напряжение 380 В подводится к оборудованию, на котором работают люди.

При авариях из-за наличия электрической связи между обмотками в автотрансформаторе высшее напряжение может оказаться приложенным к обмотке низшего. При этом все части эксплуатируемой установки окажутся соединенными с высоковольтной частью, что не допускается по условиям безопасности обслуживания и из-за возможности пробоя изоляции токопроводящих частей присоединенного электрооборудования.

Этот маленький топик является своеобразным дополнением к предыдущему (про ЛАТР переделанный из ручного стабилизатора)… Он тоже про ЛАТР, но уже про обычный — советский лабораторный автотрансформатор. Его я тоже нашёл у себя в подвале (в довольно плачевном состоянии) — ума не приложу, кто его, когда, и откуда, в своё время, стибрил. %)

Далее, будет много фоток (все кликабельны и ведут на полноразмерное изображение).

Примечание: на этом фото, через отверстия в корпусе, виднеется часть обмотки, где было межвитковое КЗ — толсто перемотана белой ниткой.

Извините, фоток внутренностей нет и сделать их трудно (нужно было делать их ещё во время ремонта, когда всё было разобрано; но тогда были грязные руки и не было фотоаппарата).

В жизни часто происходят случаи, когда надо изменить напряжение, но в небольших пределах. Для таких случаев используют автотрансформаторы

В трансформаторах, которые обладают коэффициентом трансформации около единицы, величины токов в первичной и вторичной обмотках будут мало отличаться друг от друга. Что же случится, если мы попробуем объединить эти обмотки. Тогда получится схема простейшего автотрансформатора (рисунок 1).

Автотрансформаторы можно отнести к классу трансформаторов специального назначения. От обычных трансформаторов они отличаются такой особенностью: у них обмотка низшего напряжения входит в состав обмотки высшего напряжения. Получается, что эти обмотки связаны между собою не только магнитным, но и гальваническим образом.

Выбирая порядок включения обмоток трансформатора, мы можем получить на его выходе повышенное или же пониженное напряжение.

Принцип работы автотрансформатора можно рассмотреть на примере рисунка 1.

рис.1 а)понижающий автотрансформатор; б) повышающий

Если приложить переменное напряжение к точкам А и Х трансформатора, то в его сердечнике возникнет изменяющийся магнитный поток. В каждом отдельном витке обмотки будет индуктироваться ЭДС равной величины. Нетрудно понять, что между точками а и Х трансформатора будет действовать ЭДС равная электродвижущей силе в каждом витке, умноженной на количество этих самых витков между этими точками.

Если подсоединить к трансформаторной обмотке в точках а и Х любую нагрузку, то вторичный ток I2 пройдет по части обмотки, а также между точками а и Х. Учитывая, что по этим же виткам протекает первичный ток I1, то их величины геометрически сложатся. В результате сложения по участку аХ будет протекать совершенно незначительный по величине ток, определяемый разницей между I1 и I2.

Эта особенность позволяет часть обмотки выполнить из провода меньшего сечения и таким образом сэкономить медь. Учитывая, что размеры данного участка обмотки значительны, то и экономия меди будет немалая.

Таким образом, автотрансформаторы целесообразнее всего использовать в случаях, когда необходимо незначительно повысить или же понизить напряжение. В этом случае в общей части обмотки для обеих цепей протекает маленький ток, что позволяет делать ее из провода меньшего сечения и экономить при этом цветной металл. Естественно, что при этом можно уменьшить сечение магнитопровода по сравнению с обычным трансформатором, и добиться при этом экономии стали.

Напомним, что в обычных трансформаторах передача энергии между обмотками осуществляется за счет магнитного потока, проходящего по магнитопроводу, а в автотрансформаторе она передается как по магнитопроводу, так и по электрическим цепям.

Автотрансформаторы могут успешно составлять конкуренцию обычным трансформаторам с двумя обмотками, но только в случае, когда коэффициент передачи близок к 1, или, в крайнем случае, 2. В случае, когда коэффициент передачи равен 3, автотрансформатор становится не рентабельным.

Конструктивное исполнение автотрансформатора почти не отличается от обычных. На его стержнях размещаются две обмотки, от крайних и средней точки которых берутся выводы. Иных внешних отличий между ними нет.

Лабораторные автотрансформаторы (ЛАТРы)

Автотрансформаторы нашли еще одну область своего применения – как лабораторные регуляторы напряжения небольшой мощности в сетях с низким вольтажом (ЛАТР).

Изменение напряжения происходит благодаря перемещению специального контакта по виткам его обмотки.

На рисунке 2 изображен лабораторный регулируемый однофазный автотрансформатор, состоящий из кольцевого магнитопровода, выполненного из ферромагнита, который покрыт одним слоем медного изолированного провода.

От этой обмотки выведены ответвления, с помощью которых можно которых можно его можно использовать в качестве повышающего или же понижающего автотрансформатора с определенным коэффициентом трансформации.

На поверхности обмотки автотрансформатора подготовлена специально очищенная от изоляции дорожка, по которой движется контакт в виде ролика или щетки, что позволяет плавно изменять вторичное напряжение в диапазоне от 0 до 250 Вольт.

Интересно, что в автотрансформаторах отсутствует такое понятие как межвитковое замыкание. Это происходит потому, что величина токов сети и нагрузки близки по величине и направлены навстречу друг другу.

ЛАТРы изготавливаются определенной мощности в 0,5; 1; 2; 5; 7,5 кВА.

Трехфазные автотрансформаторы

Кроме однофазных двухобмоточных автотрансформаторов в работе часто применяют трехфазные двухобмоточные и трехфазные трехобмоточные автотрансформаторы.

Соединение фаз обмотки в трехфазных автотрансформаторах обычно производят по схеме звезда с выведенной нейтралью (рисунок 3).

Если существует необходимость понизить напряжение, то электричество подключают к точкам А, В, С и отводят его от зажимов а, b, с. При необходимости повысить — наоборот.

Такие трансформаторы нашли применение в мощных двигателях, в качестве устройств, которые снижают напряжение в момент их пуска. Кроме того, они применяются для ступенчатой регулировки напряжения на нагревательных элементах электрических печей.

Трехфазные высоковольтные трехобмоточные трансформаторы нашли себе достойное применение в электрических цепях с высоким вольтажом.

Недостатки автотрансформаторов.

Одним из существенных недостатков автотрансформаторов является необходимость проведения изоляции обеих обмоток на более высокое напряжение, так как между обмотками существует электрическая связь.

Так как обмотки автотрансформатора имеют между собой гальваническую связь, то их нельзя использовать в мощных сетях (6-10 кВт).

При возникновении нештатной ситуации высшее напряжение на обмотке может быть приложено к обмотке низшего, опять таки из-за гальванической связи между ними.

Оцените статью: