Схемы и пошаговая {инструкция}, как создать автотрансформатор своими руками

Своими руками

Не считая обыденных трансформаторов, в каких несколько обмоток, есть автотрансформаторы, в каких всего одна катушка. По мере необходимости можно произвести сборку автотрансформатора своими руками.

Принцип деяния

Главный принцип деяния автотрансформатора аналогичен обыкновенному аппарату:

• ток, протекающий по первичной обмотке, делает магнитное поле и магнитный поток в магнитопроводе;
• величина этого поля зависит от силы тока и от числа витков;
• конфигурации магнитного потока наводят ЭДС во вторичной обмотке;
• величина наведенной ЭДС зависит от числа витков во вторичной обмотке.

Изюминка автотрансформатора в том, что часть витков первичной обмотки является также вторичной. В связи с тем, что ЭДС в первичной и вторичной обмотках ориентированы встречно, ток в общей части катушки I¹² равен разнице I¹ и I². При равенстве входного и выходного напряжения либо Ктр=1 I¹² определяется индуктивным сопротивлением катушки.

Главные плюсы и минусы

В связи с чертами конструкции автотрансформатор владеет преимуществами и недочетами по сопоставлению с обыкновенными устройствами.

Плюсы автотрансформатора, проявляющиеся при Ктр0,5-2:

• наименьший вес и габариты;
• наиболее высочайший КПД, связанный с пониженными потерями в обмотках и магнитопроводе.

Не считая плюсов, эти устройства имеют недочеты:

• Завышенный ток КЗ. Это соединено с тем, что ток перегрузки ограничен не насыщением магнитопровода, а сопротивлением нескольких витков вторичной обмотки.
• Электронная связь меж первичной и вторичной обмотками. Это делает неосуществимым применение этих аппаратов в качестве разделительных и для питания низковольтных устройств в небезопасных критериях, требующих низкого напряжения согласно ПУЭ.

Мощность автотрансформатора

Мощность хоть какого электроаппарата равна произведению тока на напряжение Р=I*A. В обыкновенном трансформаторе она равна мощности перегрузки с учетом КПД.

Мощность автотрансформатора рассчитывается незначительно по другому. В повышающем напряжение аппарате она складывается из мощности первичной обмотки части Р¹²=I¹²*U¹² и мощности повышающей обмотки Р²=I²*U⅔. В связи с тем, что ток, протекающий через первичную катушку меньше, чем ток перегрузки, то мощность автотрансформатора меньше мощности перегрузки. Практически, мощность аппарата определяется разностью первичного и вторичного напряжений и током вторичной обмотки P=(U¹-U²)*I².

В особенности это приметно при маленьких (10-20%) отклонениях выходного напряжения. Аналогичным образом рассчитывается понижающий автотрансформатор.

Информация! Это дозволяет уменьшить сечение магнитопровода и поперечник провода обмотки. В связи с сиим автотрансформатор легче и дешевле обыденного устройства.

Что такое ЛАТР

Не считая силовых аппаратов, заменяющих обыденные трансформаторы, в школах, институтах и лабораториях употребляются ЛАТРы — Лабораторные АвтоТРанформаторы. Эти устройства употребляются для плавного конфигурации напряжения на выходе аппарата. Самые всераспространенные конструкции представляют из себя катушку, намотанную на тороидальном магнитопроводе. С одной из сторон провод очищен от лака и по нему с помощью поворотного механизма двигается графитный ролик.

Питающее напряжение подаётся на концы катушки, а вторичное снимается с 1-го из концов и графитного ролика. Потому ЛАТР не может подымать напряжение выше сетевого, в неких модификациях выше 250В.

Не считая катушечных, есть электрические ЛАТРы. Практически, это не автотрансформатор, а регулятор напряжения. Есть различные виды таковых устройств:

• Тиристорный регулятор. В этих аппаратах в качестве силового элемента установлены тиристор и диодный мост либо симистор. Недочет в отсутствии синусоидальной формы выходного напряжения. Самый узнаваемый устройство такового типа — диммер ламп освещения.
• Транзисторный регулятор. Дороже тиристорного, просит установки транзисторов на радиаторы. Обеспечивает синусоидальную форму выходного напряжения.
• ШИМ-контроллер.

Совет! Для того, чтоб получить напряжение выше сетевого, ЛАТР подключается ко вторичной обмотке повышающего трансформатора.

Область внедрения

Индивидуальности автотрансформатора разрешают использовать его в быту и различных областях индустрии.

Металлургическое создание

Регулируемые автотрансформаторы в металлургии используются для проверки и опции защитной аппаратуры прокатных станов и трансформаторных подстанций.

Коммунальное хозяйство

До возникновения автоматических стабилизаторов эти аппараты применялись для обеспечения обычной работы телевизоров и иной аппаратуры. Они представляли из себя обмотку с огромным числом отводов и переключателем. Он переключал вывода катушки, а выходное напряжение контролировалось с помощью вольтметра.

В истинное время автотрансформаторы употребляются в релейных стабилизаторах напряжения.

Справка! В трехфазных стабилизаторах установлены три однофазных автотрансформатора, и регулировка делается в каждой фазе по-отдельности.

Хим и нефтяная индустрия

В хим и нефтяной индустрии эти аппараты используются для стабилизации и регулировки хим реакций.

Создание техники

В машиностроении такие аппараты употребляются для запуска электродвигателей станков и управления скоростью вращения доп приводов.

Учебные заведения

В школах, техникумах и институтах ЛАТРы используются при выполнении лабораторных работ и демонстрации законов электротехники, и опытах по электролизу.

Изготовка самодельного ЛАТРа

В продаже есть довольно готовых устройств, но по мере необходимости его можно создать без помощи других. За базу лучше взять трансформатор на О- либо Ш-образном магнитопроводе. Изготовка ЛАТРа на тороидальном железе сводится к его перемотке и просит весьма высочайшей аккуратности при наматывании катушки.

Подготовка материала

Для производства регулируемого автотрансформатора нужны:

• Магнитопровод. Его сечение описывает мощность автотрансформатора.
• Обмоточный провод. Его сечение зависит от мощности и потребляемого тока устройства.
• Термоустойчивый лак. Нужен для пропитки катушки опосля намотки проводов. Допускается подмена масляной краской.
• Тряпичная изолента либо киперная лента и корпус с закрепленными разъемами для подключения перегрузки и питания. Лучше расположить в корпусе цифровой либо аналоговый вольтметр
• Многопозиционный переключатель. Его допустимый ток должен соответствовать току аппарата. По мере необходимости допускается создавать переключение выводов автотрансформатора с помощью пускателей.

Расчет провода

Перед началом намотки катушки нужно найти сечение провода и нужное количество витков/вольт (n/v). Этот расчёт делается по поперечному сечению магнитопровода с помощью онлайн-калькуляторов либо по особым таблицам.

Если для производства устройства употребляется исправный трансформатор, то эти характеристики определяются по имеющимся обмоткам:

• подключить трансформатор к сети 220В;
• вольтметром измерить выходное напряжение V;
• отключить аппарат;

• разобрать магнитопровод;
• размотать вторичную обмотку, считая количество витков N;
• по формуле n/v=N/V вычислить количество витков/вольт — главный параметр для расчета катушки;
• измерить сечение провода первичной обмотки.

Совет! Если первичная обмотка не была пропитана лаком и разматывается без нарушения изоляции, то допускается употреблять её для намотки катушки автотрансформатора.

Схема

Перед началом работ составляется схема обмотки с указанием количества витков и напряжением на любом из выводов. В отличие от обыденного трансформатора автотрансформатор имеет лишь одну обмотку, которая изображается с одной из сторон черты, символизирующей магнитопровод.

Для расчетов витков нужно найти число выводов. Оно зависит от количества положений многопозиционного переключателя. Один из отводов может совпадать с сетевым выводом:

• найти и указать на схеме напряжение V всякого из положений переключателя;
• высчитать нужное число витков меж отводами по формуле N=(n/v)*(V²-V³), где V¹, V², V³ и т.д. — напряжение на следующих выводах;
• указать на схеме количество витком меж каждыми из отводов.

Совет! По мере необходимости создать повышающий автотрансформатор к первичной обмотке добавляется нужное количество витков. Для этого допускается употреблять провод, снятый со вторичной обмотки.

Намотка катушки

Опосля выполнения всех расчётов делается намотка катушки. Она производится на готовом либо специально сделанном каркасе вручную либо с помощью намоточного станка:

• наматывается нужное число витков в секции;
• производится ответвление — из обмоточного провода, не обрывая его, делается петля длиной 5-20 см и скручивается в жгут;
• опосля производства отвода длится намотка катушки;
• операции 1-3 повторяются до окончания намотки;
• готовая обмотка закрепляется киперной лентой и покрывается лаком либо краской.

Процесс сборки

Опосля окончания намотки и высыхания лака делается сборка автотрансформатора:

• собирается магнитопровод;
• собранный аппарат устанавливается в корпус;
• подключаются многопозиционный переключатель и вольтметр;
• собранный автотрансформатор подключается к клеммам.

Проверка

Опосля сборки работоспособность устройства нужно проверить:

• первичная обмотка аппарата подключается к сети;
• измеряются напряжения при любом из положений переключателя и данные сравниваются с расчетными;
• через 20 минут трансформатор отключается и проверяется на нагрев — при его отсутствии выполняются повторные тесты под перегрузкой.

Как создать трансформатор из автотрансформатора

Не считая производства ЛАТРа из обыденного трансформатора может быть оборотная операция — изготовка трансформатора из ЛАТРа. Такие устройства владеют наиболее высочайшим КПД из-за наилучших параметров тороидального сердечника по сопоставлению с Ш-образным магнитопроводом.

Для таковой переделки довольно намотать вторичную обмотку:

• посчитать количество витков меж выводами 220В;
• найти число витков/вольт

Электрический автотрансформатор

Наиболее современным методом регулировки является внедрение электрических устройств. Хоть какое из их можно сделать своими руками.

Тиристорный регулятор

Простая схема такового приспособления представляет собой переменный резистор, включенный меж анодом и управляющим электродом тиристора. Это дозволяет получать пульсирующее неизменное напряжение и управлять им в спектре 0-110В.

Для регулировки переменного напряжения 0-220В применяется встречно-параллельная схема соединения, а резистор врубается меж управляющими электродами.

Заместо 2-ух тиристоров целенаправлено применение симистора, а в качестве схемы управления употреблять диммер для ламп накаливания.

Транзисторное управление

Самая высококачественная регулировка выходит при использовании транзисторного регулятора. Он обеспечивает плавное изменение и правильную форму выходного напряжения.

Недочет данной схемы в нагреве выходных транзисторов. Для его уменьшения и увеличения КПД целенаправлено подключить регулятор к выходным клеммам автотрансформатора — грубая регулировка осуществляется переключением обмоток, а плавная с помощью транзисторов.

ШИМ-регулятор

Самым современным методом является применение ШИМ-контроллера (широтно-импульсная модуляция). В качестве силовых частей полевые либо биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT).

ЛАТРа своими руками и методы сборки

Автотрансформаторы необходимы, чтоб плавненько изменять напряжение тока частотой 50—60 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ) во время проведения различных электротехнических работ. Еще их часто употребляют, когда требуется уменьшить или прирастить переменное напряжение для бытового либо строительного электрооборудования.

Трансформаторами выступает электронная аппаратура, которая вооружена несколькими обмотками соединенными индуктивно. Применяется она для преобразования электронной энергии по уровню напряжения либо тока.

К слову, обширно употреблять электрический ЛАТР начали 50 лет тому вспять. Ранее устройство оснащали токосъемным контактом. Его располагали на вторичной обмотке. Так выходило плавненько настраивать выходное напряжение.

Когда подключались разные лабораторные устройства, находился вариант оперативного конфигурации напряжения. Скажем, при желании можно было поменять степень нагрева паяльничка, настраивать обороты электромотора, яркость освещения и прочее.

В истинное время ЛАТР имеет различные модификации. В целом он представляет собой трансформатор, модифицирующий переменное напряжение одной величины в другую. Схожее устройство служит стабилизатором напряжения. Его основным различием является возможность регулировки напряжения на выходе из оборудования.

Есть различные виды автотрансформаторов:

• Однофазный;
• Трехфазный.

Крайний тип — установленные в единой конструкции три однофазных ЛАТРа. Но не достаточно кто хочет стать его обладателем. И трехфазные, и однофазные автотрансформаторы оборудованы вольтметром и регулировочной шкалой.

Область внедрения ЛАТРа

• Металлургическое создание;
• Коммунальное хозяйство;
• Хим и нефтяная индустрии;
• Создание техники.

Не считая этого, он нужен для последующих работ: производства бытовых устройств, исследования электрооборудования в лабораториях, наладки и проверки техники, сотворения телевизионных приемников.

Вприбавок ЛАТР нередко употребляют в учебных заведениях для проведения опытов на уроках химии и физики. Его можно даже найти в составе устройств неких стабилизаторов напряжения. Также применяется в качестве доп оборудования к самописцам и станкам. Практически во всех лабораторных исследовательских работах в виде трансформатора употребляют конкретно ЛАТР, так как он имеет ординарную систему и несложен в эксплуатации.

Автотрансформатор в отличие от стабилизатора, который применяется только в нестабильных сетях и на выходе делает напряжение 220В с разной погрешностью в 2—5%, выдает четкое данное напряжение.

По климатическим характеристикам разрешается внедрение этих устройств при высоте 2000 метров, но ток перегрузки приходится снижать на 2,5% при подъеме на любые 500 м.

Главные минусы и плюсы автотрансформатора

Основное преимущество ЛАТРа — это наиболее высочайший КПД, ведь лишь некая часть мощности трансформируется. В особенности принципиально, если входное и выходное напряжения незначительно различаются.

Их минусом будет то, что отсутствует меж обмотками электронная изоляция. Хотя в промышленных электросетях нулевой провод владеет заземлением, потому таковой фактор особенной роли играться не будет, к тому же для обмоток употребляется меньше меди и стали для сердечников, как следствие, наименьший вес и габариты. В итоге можно отлично сберечь.

1-ый вариант — устройство конфигурации напряжения

Если вы начинающий электрик, то лучше испытать поначалу создать ординарную модель ЛАТРа, которая будет регулироваться устройством напряжения — от 0—220 вольт. По таковой схеме автотрансформатор имеет мощность — от 25—500 Вт.

Чтоб прирастить мощность регулятора до 1,5 кВт, необходимо тиристоры VD 1 и 2 поставить на радиаторы. Подключают их параллельно перегрузке R 1. Эти тиристоры ток пропускают в обратных направлениях. При включении устройства в сеть они закрыты, а конденсаторы C 1 и 2 начинают заряжаться от резистора R 5. Еще им по мере необходимости изменяют величину напряжения во время перегрузки. Вприбавок этот переменный резистор вкупе с конденсаторами создает фазосдвигающую цепь.

Такое техническое решение дает возможность воспользоваться сходу 2-мя полупериодами переменного тока. В итоге для перегрузки применяется полная мощность, а не половинная.

Единственный недочет схемы в том, что форма переменного напряжения во время перегрузки из-за специфичности работы тиристоров оказывается не синусоидальной. Все это приводит к помехам по сети. Для исправления в схеме препядствия довольно встроить фильтры поочередно перегрузке. Их можно вынуть из сломанного телека.

2-ой вариант — регулятор напряжения с трансформатором

Не вызывающий помех в сети и дающий синусоидальное напряжение устройство, собирать сложнее предшествующего. ЛАТР, схема которого имеет биополярный VT 1, в принципе тоже получится создать без помощи других. При этом транзистор служит регулирующим элементом в устройстве. Мощность в нем зависит от перегрузки. Работает он как реостат. Таковая модель дозволяет изменять рабочее напряжение не только лишь при реактивных отягощениях, да и активных.

Но представленная схема автотрансформатора тоже не безупречна. Ее минус в том, что функционирующий регулирующий транзистор выделяет весьма много тепла. Для устранения недочета пригодится мощнейший теплоотводящий радиатор, площадь которого равна не наименее 250 см ?.

В этом случае применяется трансформатор T 1. Он обязан иметь вторичное напряжение около 6—10 В и мощность приблизительно 12—15 Вт. Диодный мост VD 6 производит выпрямление тока, который потом проходит к транзистору VT 1 в любом варианте полупериода через VD 5 и VD 2. Базисный ток транзистора регулируется переменным резистором R 1, изменяя тем свойства тока перегрузки.

Вольтметром PV 1 контролируют размеры напряжения на выходе из автотрансформатора. Он употребляется с расчетом напряжения от 250—300 В. Если возникает необходимость прирастить нагрузку, тогда стоит поменять диоды VD 5- VD 2 и транзистор VD 1 на наиболее массивные. Естественно, за сиим последует расширение площади радиатора.

Как видно, собрать своими руками ЛАТР, может быть, необходимо лишь иметь незначительно познаний в данной области и закупить все нужные материалы.

Как создать лабораторный ЛАТР своими руками?

Трансформатор имеющий электронную связь меж обмотками именуют лабораторным автотрансформатором, либо ЛАТРом. Вольтаж цепи перегрузки прямо пропорционален обмотке вторичной цепи. Зависимо от конструкции, получение подходящего выходного напряжения выполняться подключением к подходящим выводам либо вращением ручного регулятора (рис. 1). В данной статье описывается как создать ЛАТР в домашних критериях.

Подготовка материала

Для сборки ЛАТРа пригодятся последующие материалы и устройства:

• Медная обмотка;
• Тороидальный либо стержневой магнитопровод. Можно приобрести в спец магазине либо извлечь из испорченной техники;
• Термоустойчивый лак;
• Тряпичная изолента;
• Корпус с закрепленными разъемами для подключения перегрузки и питания.

Для лабораторного ЛАТРа с переменным коэффициентом трансформации могут добавочно пригодиться:

1. Цифровой либо аналоговый вольтметр.
2. Поворотный механизм, включающий в себя ручку и ползунок с угольной щеткой. Он будет регулировать напряжение.

Расчет провода

Автотрансформатор нецелесообразно употреблять для огромных трансформаций по последующим причинам:

• Большенный риск получить токи, близкие к недлинному замыканию. Это возмещается особыми электрическими схемами либо доп сопротивлением. Для малеханьких нагрузок прибыльнее употреблять электрический ЛАТР.
• Теряются достоинства перед трансформаторами: высочайший КПД, экономия проводника и стали, малые габариты и вес, стоимость.

Определяемся в которых границах будет работать ЛАТР. Питание сети избираем 220 В. В качестве вторичных напряжений избираем 127, 180 и 250 В. Мощность ограничиваем в 300 Вт. Сможете избрать свои значения и произвести подобные расчеты на примере данной статьи.

Обмотка рассчитывается по большему току. Больший ток будет при преобразовании напряжения 220 в 127 В. Автотрансформатор в этом случае является понижающим, и к нему подступает схема 1. Исходя из предоставленной схемы, рассчитываем наибольший 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 соответственных участках цепи, А;
• P – мощность, Вт;
• U1, U2 – напряжения первичной и вторичной цепи, В.

Поперечник провода рассчитываем по формуле:

d = 0,8 * √I = 1 мм.

Из таблицы 1 избираем 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 предстоящего 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, нужно посчитать площадь поперечного сечения сердечника S и обусловиться 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 весьма высочайшего свойства стоит прирастить значение W0 на 20-30 %. Так же при расчете витков следует прирастить их количество на 5-10 %, чтоб избежать просадки напряжения. Рассчитываем количество витков для избранных 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. Потом умножаем на наибольшее количество витков и прибавляем по 25-30 см для всякого вывода к клемме.

Процесс сборки

Для сборки регулируемого ЛАТРа избираем тороидальный магнитопровод (рис. 2). Пространство наложения обмотки изолируем тряпичной изолентой. Выводим провод для первой клеммы питания. Все следующие провода выводим не разрывая. Фиксируем 1-ый виток на магнитопроводе и начинаем накручивать рассчитанное количество. При достижении витка соответственного одному из избранных напряжений, выводим петлю, и продолжаем наматывать провод. На рисунке 3 изображен процесс намотки на древесном каркасе.

Опосля наложения обмотки лакируем ЛАТР. Наполняем емкость избранным лаком, и окунаем в него автотрансформатор. Оставляем на долгосрочную просушку.

Опосля просушки помещаем автотрансформатор в корпус. 1-ый выведенный провод присоединяем к разъему питания. Этот разъем должен быть электрически связан с общей клеммой перегрузки, потому соединяем их меж собой каким-либо проводником. Петлю выведенную для 220 В, соединяем со 2-ой клеммой питания. Другие провода подключаем к подходящим 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 обязана плотно касаться высшей части обмотки. Помечаем область по которой будет передвигаться щетка, и в этом месте избавляемся от изоляции. Так щетка будет иметь прямой электронный контакт с вторичной обмоткой. Клеммы вторичных напряжений, не считая общей, заменяем одной, соединенной с угольной щеткой (схема 3). При подсоединяем фиксируем вольтметр.

Если следовать написанной статье, то ЛАТР можно с легкостью создать своими руками.

Проверка

Что бы убедиться в бесперебойной и надежной работе устройства, исполняем последующие пункты: