8 804 333-65-64Бесплатный звонок по всей России
+7 (499) 705-13-64

Лабораторный трансформатор

21.11.2012

В радиолюбительской практике часто возникает необходимость получения регулируемых переменных напряжений, причем регулировка может быть плавной или дискретной с определенным шагом. Это бывает необходимо при разработке электронных устройств, при зарядке аккумуляторных батарей и в других случаях. Если при этом допускается искажение синусоидальной формы напряжения, можно применять тиристорные регуляторы; если же искажение формы недопустимо, следует применять трансформатор. Удобными для таких целей являются лабораторные автотрансформаторы, обмотка которых выполнена на тороидальном (кольцевом) сердечнике, а подвижный контакт скользит по торцевой поверхности обмотки, очищенной от изоляции. Однако надежность подвижного контакта со временем ухудшается, ток через контакт ограничен. Кроме того, гальваническая связь с сетью выходных зажимов не всегда допустима.

Один из путей решения указанной проблемы - применение трансформаторов с отводами во вторичной обмотке или с несколькими отдельными обмотками. При этом важно, чтобы количество обмоток или отводов было минимальным, а коммутация их была бы, предельно простой.

Рис. 3.14. Принципиальная схема первого варианта лабораторного трансформатора

Ниже рассмотрены два варианта такого лабораторного трансформатора.

Принципиальная схема первого варианта представлена на рис. 3.14. Трансформатор Т1 содержит одну первичную обмотку и три вторичных, причем две из них - с отводами. Коммутируя выводы вторичных обмоток в соответствии с табл. 3.1, можно получить выходное напряжение от 1 до 65В с дискретностью 1В. Гнезда 1а и 6а необходимы для параллельного соединения выводов обмоток 1-6 и 7-12 в целях увеличения в 2 раза допустимого значения тока.

Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе ШЛ32х50 (использован магнитопровод от стандартного трансформатора ОСМ-0,25). Намоточные данные всех обмоток и максимальные токи указаны в табл. 3.2. Начала обмоток на принципиальной схеме обозначены точками. Марка обмоточного провода - ПЭТВ-2.

При проверке намотанного трансформатора следует иметь в виду, что напряжения вторичных обмоток при отсутствии нагрузки (т. е. на холостом ходу) должны быть больше указанных в таблице примерно на 5%.

При последовательном соединении обмоток ток нагрузки определяется наименьшим допустимым током одной из включенных обмоток. При кратковременном режиме работы нагрузки (несколько минут, что в ряде случаев вполне достаточно для проведения эксперимента) ток через обмотки может быть в 2...3 раза больше указанного в табл. 3.2, однако при этом значения напряжений на обмотках могут быть ниже указанных в таблице.

На рис. 3.15 представлена схема второго варианта лабораторного трансформатора, имеющего более широкий диапазон регулирования выходного напряжения - от 1 до 347В ступенями через 1В.

Таблица 3.1.

Выходное напряжение, ВВыходное напряжение снимается с выводовВыводы, соединенные перемычкамиВыходное напряжение, ВВыходное напряжение снимается с выводовВыводы, соединенные перемычками
1 1-2 - 34 2-10 6-9
2 2-3 - 35 1-10 6-9
3 1-3 - 36 2-10 6-8
4 3-4 - 37 1-10 6-8
5 1-10 2-9 3 8 1-10 6-7
6 2-4 - 39 1-11 6-10
7 1-4 - 40 3-11 6-9
S 4-5 - 41 1-14 6-7, 10-13
9 4-S 5-7 42 3-11 6-8
10 4-9 5-8 43 1-11 6-9
11 4-9 5-7 44 3-12 6-11
12 3-5 - 45 1-11 6-8
13 3- 8 5-7 46 1-11 6-7
14 2-5 - 47 1-12 6-11
15 1-5 - 4 8 4-12 6-10
16 5-6 - 49 2-14 6-11, 12-13
17 1-8 6-7 50 1-14 6-11, 12-13
IS 1-9 6- 8 51 2-13 6-10, 12-14
19 1-9 6-7 52 3-12 6-10
20 1-10 6-9 53 3-13 6-9, 12-14
21 2-10 5-7 54 2-12 6-10
22 2-11 5-10 55 1-12 6-10
23 5-10 6-7 56 3-12 6-9
24 4-6 - 57 2-14 6-10, 12-13
25 4- 8 6-7 58 2-12 6-9
26 4-9 6-8 59 1-12 6-9
27 4-9 6-7 60 2-12 6-8
28 3-6 - 61 1-12 6-8
29 3-8 6-7 62 1-12 6-8
30 2-6 - 63 2-14 6-8, 12-13
31 1-6 - 64 1-14 6-8, 12-13
32 1- 8 6-7 65 1-14 6-7, 12-13
33 8-14 12-13      

Таблица 3.2.

Номера выводов обмотки

Напряжение обмотки, В

Число витков

Диаметр провода, мм

Ток обмотки, А

Первичная

220

420

0,71

1,2

1-2

1

2

2,5

15

2-3

2

4

2,5

15

3-4

4

8

2,5

15

4-5

8

16

2,0

9

5-6

16

32

1,32

4

7-8

1

2

2,5

15

8-9

2

4

2,5

15

9-10

4

8

2,5

15

10-11

8

16

2,0

9

11-12

16

32

1,32

4

13-14

3

6

1,32

4

Изменение выходного напряжения производится в трех поддиапазонах, которые выбираются переключателями SA8 "Прибавить-Вычесть" и SA9 "Вольтодобавка". При указанном на схеме положении переключате­лей SA8 и SA9 напряжение на выходных гнездах XS1 определяется положением контактов переключателей SA1-SA7. Напряжения обмо­ток имеют значения, равные в вольтах степеням числа 2: 20, 21, ...,26. Переключением в нижнее по схеме положение контактов переключа­телей включают обмотки II-VIII в любом сочетании, что позволяет получить выходное напряжение в диапазоне от 1 до 127В ступенями через 1В. В показанном на схеме положении переключателей все об­мотки выключены и напряжение на выходе равно нулю. Гальваниче­ская связь с сетью вторичных обмоток при этом отсутствует.

Для выбора двух других диапазонов выходного напряжения переключатель SA9 переключают в нижнее положение. При этом, в зависимости от положения контактов переключателя SA8, напряжение обмоток II-VIII суммируется с напряжением сети или вычитается из него. В первом случае выходное напряжение может изменяться от 220В (220В + 0В) до 347В (220В + 127В). Во втором случае (когда контакты переключателя SA8 находятся в нижнем по схеме положении) выходное напряжение можно регулировать от 93В (220В -127В) до 220В (220В - 0В). Следует помнить, что в этих двух поддиапазонах имеется гальваническая связь нагрузки и питающей сети.


Рис. 3.15. Принципиальная схема второго варианта лабораторного трансформатора

Трансформатор Т1 выполнен на таком же магнитопроводе, как и в первом варианте устройства (ШЛ32х50). Намоточные данные и допустимые токи обмоток приведены в табл. 3.3.

Первой наматывают обмотку I, затем VIII, VII,..., II. Такая "обратная" очередность намотки обмоток вызвана тем, что из технологи­ческих соображений провод большего диаметра целесообразно мотать поверх провода меньшего диаметра. Начало обмоток желательно обо­значить маркировкой.

В качестве выключателя питания Q1 (рис. 3.14 и 3.15), переключателей SA1-SA7 (рис. 3.15) можно использовать тумблеры типа ТВ1-4, ТВ2-1 или ТП1-2, а также аналогичные элементы зарубежного произ­водства. Переключатели SA8, SA9 (рис. 3.14) необходимо использо­вать с нейтральным положением, чтобы замыкание контактов одной группы происходило гарантированно после размыкания контактов другой группы. Подойдут переключатели отечественного ироизводства типа П2Т-1, а также зарубежные аналоги. В качестве гнезд 1 - 14, 1а-6а (рис. 3.14) используют одинарные гнезда с внутренним диаметром 4мм. Для коммутации обмоток в первом варианте устройства используют перемычки, изготовленные из монтажного провода сечени­ем 1…1,5мм2 и длиной 20...25см, к которым с обеих сторон подпая­ны одинарные вилки типа Г4 или аналогичные им.

Таблица 3.3.

Номер обмотки

Напряжение обмотки, В

Число витков

Диаметр провода, мм

Ток обмотки, А

I

220

420

0,71

1,2

II

1

2

2,5

15

III

2

4

2,5

15

IV

4

8

2,5

15

V

8

16

2,0

9

VI

16

32

1,32

4

VII

32

64

0,95

2

VIII

64

128

0,85

1,7

Если в распоряжении конструктора имеются сердечники трансформаторов другого типа, то они также могут быть использованы для изготовления лабораторного трансформатора. При этом число витков обмоток N; должно быть рассчитано по формуле:

где U, - напряжение соответствующей обмотки, 30 - коэффициент, учитывающий свойства трансформаторной стали, S - площадь сечения керна сердечника трансформатора.

Число витков вторичных обмоток должно быть увеличено на 3...5% относительно расчетных значений, так будет учтено падение напряжения на омическом сопротивлении обмоток под нагрузкой. Диаметры D, проводов обмоток рассчитываются исходя из предельных токов обмоток Ii и плотности тока J, которая выбирается равной 2...4 А/мм2, по формуле:


Так, для мощности трансформатора 0,4 кВА может быть использован сердечник ШЛ40х50 (от трансформатора ОСМ-0,4), для мощног сти 0,63 кВА - сердечник ШЛ50х50 (от трансформатора ОСМ-0,63), для мощности 1кВА - сердечник ШЛ50х80 (от трансформатора ОСМ-1,0). После расчета числа витков обмоток и диаметра провода следует проверить вычислением, разместится ли провод в окне сер­дечника. При отсутствии провода большого диаметра можно исполь­зовать два провода меньшего диаметра эквивалентного сечения.

Для изменения напряжения вторичных обмоток в небольших пределах (1...3%) целесообразно выполнить отводы в первичной обмотке, соответствующие напряжениям 214, 216 и 218В.