Загрузка...ЛАТР (Лабораторный автотрансформатор)
ЛАТР (Лабораторный автотрансформатор)
ЛАТР — лабораторный автотрансформатор регулируемый — прибор, предназначенный для регулирования напряжения, которое подаётся от однофазной или трехфазной сети переменного тока. Используя входное напряжение, ЛАТР его либо увеличивает, либо уменьшает. Также ЛАТР предназначен для настройки и тестирования разнообразного электрооборудования в условиях лаборатории или исследовательского центра. Работа с ним подразумевает знание и понимание основных физических законов, в частности закона Ома.
ЛАТР применяется в исследовательских целях, для тестирования оборудования переменного тока, наладки радиотехники, для тестирования высокочувствительной медицинской аппаратуры и промышленного оборудования. Широко применяется во всех сервисных центрах электротехнического оборудования, для тестирования. Также применяется для нагрева нихромовой нити, в животноводстве, для регулирования температуры нагрева инкубаторов и брудеров.
ЛАТР – самый простой способ получить заданное напряжение, либо менять его для исследований и тестов. При помощи поворота ручки с щеточным узлом переменное напряжение от обмотки на выходе ЛАТРа регулируется в диапазоне от 0 до 300 Вольт.
Компания SUNTEK (Сантек) специализируется на производстве лабораторных автотрансформаторов различной мощности. ЛАТРы SUNTEK отличаются удобством (серия RED имеет ряд дополнительных функций), качеством сборки, усиленным щеточным узлом, широким диапазоном выходных напряжений, формой и функционалом. Жидкокристаллический дисплей ЛАТРов SUNTEK позволяет контролировать напряжение на выходе с точность до вольта, чего нельзя сказать о стрелочной индикации, имеющей большую погрешность.
При использовании ЛАТРа следует понимать величину тока проходящего по обмотке ЛАТРа. Это основной показатель. Ввиду отсутствия гальванической развязки и наличия электрической связи ток первичной обмотки практически будет являться током и вторичной обмотки.
«Полная нагрузка» – это точка, в которой трансформатор работает при максимально допустимом вторичном токе. Эта рабочая точка определяется в первую очередь размером провода обмотки (допустимой нагрузкой) и методом охлаждения трансформатора.
Взяв в качестве примера нашу самую первую симуляцию трансформатора SPICE (в первом разделе данной главы), давайте сравним выходное напряжение при нагрузке 1 кОм с нагрузкой 200 Ом (предполагая, что нагрузка 200 Ом будет нашим условием «полной нагрузки»). Можно ещё припомнить, что постоянное первичное напряжение было 10,00 вольт переменного тока:
| freq | v(3,5) | i(vi1) | |
|---|---|---|---|
| 6.000E+01 | 9.962E+00 | 9.962E-03 | Результаты для нагрузочных 1 кОм |
| freq | v(3,5) | i(vi1) | |
|---|---|---|---|
| 6.000E+01 | 9.348E+00 | 4.674E-02 | Результаты для нагрузочных 200 Ом |
Обратите внимание, как выходное напряжение уменьшается по мере увеличения нагрузки (увеличения тока). Теперь возьмём ту же схему трансформатора и поместим сопротивление нагрузки чрезвычайно высокой величины поперёк вторичной обмотки, чтобы смоделировать состояние «холостого хода»:
| transformer v1 1 0 ac 10 sin rbogus1 1 2 1e-12 rbogus2 5 0 9e12 l1 2 0 100 l2 3 5 100 k l1 l2 0.999 vi1 3 4 ac 0 rload 4 5 9e12 .ac lin 1 60 60 .print ac v(2,0) i(v1) .print ac v(3,5) i(vi1) .end |
| freq | v(2) | i(v1) |
|---|---|---|
| 6.000E+01 | 1.000E+01 | 2.653E-04 |
| freq | v(3,5) | i(vi1) | |
|---|---|---|---|
| 6.000E+01 | 9.990E+00 | 1.110E-12 | Результат при (почти) отсутствующей нагрузке |
Итак, мы видим, что наше выходное (вторичное) напряжение находится в диапазоне 9,990 В при (практически) холостом ходу и 9,348 В в точке, которую мы решили назвать «полной нагрузкой». Рассчитывая регулировку напряжения по этим цифрам, получаем:
Кстати, получившийся результат можно считать довольно плохой (или «слабой») регулировкой для силового трансформатора. При питании такой простой резистивной нагрузки хороший силовой трансформатор должен иметь процент регулировки менее 3%.
Индуктивные нагрузки, как правило, создают условия для худшей регулировки напряжения, поэтому тот же анализ с сугубо резистивными нагрузками будет «наилучшим случаем».
Выводы: преимущества трёхфазной системы к содержанию
В заключение статьи подведём итоги, – какие же преимущества даёт трёхфазная система генерации и электроснабжения?
- Экономия на количестве проводов, необходимых для передачи электроэнергии. Учитывая немалые расстояния (сотни и тысячи километров) и то, что для проводов используют цветные металлы с малым удельным электрическим сопротивлением, экономия получается весьма существенной.
- Трёхфазные трансформаторы, при равной мощности с однофазными, имеют значительно меньшие размеры магнитопровода. Что позволяет получить существенную экономию.
- Очень важно, что трёхфазная система передачи электроэнергии создаёт при подключении потребителя к трём фазам как бы вращающееся электромагнитное поле. Опять-таки, вследствие сдвига фаз. Это свойство позволило создать чрезвычайно простые и надёжные трёхфазные электродвигатели, у которых нет коллектора, а ротор, по сути, представляет собой простую «болванку» в подшипниках, к которой не нужно подсоединять никакие провода. (На самом деле конструкция короткозамкнутого ротора имеет свои особенности и вовсе не болванка) Это так называемые трёхфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Очень широко распространённые сегодня в качестве силовых установок. Замечательное свойство таких двигателей – это возможность менять направление вращения ротора на обратное простым переключением двух любых фазных проводов.
- Возможность получения в трёхфазных сетях двух рабочих напряжений. Другими словами менять мощность электродвигателя или нагревательной установки путём простого переключения питающих проводов.
- Возможность значительного уменьшения мерцаний и стробоскопического эффекта светильников на люминисцентных лампах путём размещения в светильнике трёх ламп, питающихся от разных фаз.
Благодаря этим преимуществам трёхфазные системы электроснабжения получили широчайшее распространение в мире.
Код ссылки
<a href="https://patents.su/3-888299-sposob-regulirovaniya-peremennogo-napryazheniya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ регулирования переменного напряжения</a>
Способ сравнения амплитуд двух переменных напряжений
Номер патента: 789798
. иэ сравниваемых напряжений через заданный промежуток времени прохождения ия через опорный уро вень. Кроме того, известный способ имеет недостаточную точность сравнения. Это обусловлено недостаточной точностью определения моментов перехода переменных напряжений че- . ЗО 2реэ опорный уровень вследствии мало; го значения крутизны этих напряжений в момент перехода.Цель изобретения — повышение быстродействия.Указанная цель достигается тем, что в способе сравнения амплитуд двух переменных напряжений, основанном на фиксации мгновенных значений каждого из сравниваемых напряжений в определенные моменты времени и сравнении полученных мгновенных значений по модулю, переменные напряжения 1 суммируют, результат инвертируют, полученное.
Устройство электроснабжения потребителей с резко переменной нагрузкой
Номер патента: 392586
. напряжение па шинахбесконечной мощности через У., напряжения 20 на нагрузках 2 ц 22 через У, и У 2, а индуктивное сопротивление рассеяния обмоток реакторов через Х ., Х, то прп выполненииусловия 25 Х,= пХр ЛУ = Уд) У = 1 з 1 пф (Х + Хрт. е. взаимное влияние двух нагрузок полностью исключается.Надлежащим выбором отношения а удается уменьшить потери напряжения на реакторе до минимума. Так, например, если и = 1, з 1 п ф 1, яп р 2, то средняя потеря напряжения на реакторе равна потере напряжения на сопротивлениях рассеяния обмоток реактора.В частном случае, когда 1, з 1 п ф — О, т. е. при чисто активной нагрузке,( яппиа =6 яп 2но практически можно ограничиться значением п=4 — 5.Мощность реактора, выраженная в долях мощности питающей.
Устройство защиты нагрузки в цепи переменного тока
Номер патента: 892556
. 11 и 12 составляют статический выключатель переменного тока,Устройство работает следующим образом,Исходный режим характеризуетсятем, что напряжение в цепи питания35имеет номинальное значение. На обмотках 4 и 5 трансформатора 2 такжеустановившиеся напряжения, Напряжение с обмотки 4, выпрямленное диодом14, через резистор 22 обеспечивает40ток управляющего электрода силовоготиристора 11, Тиристоры 11 и 12 открыты и на нагрузку подается напряжение сета. Напряжение с обмотки 5выпрямляется диодами 6 и 7 и поступает на потенциометр 25, с движкакоторого снимается напряжение О 1,меняющееся пропорционально изменениям сети и подается на базу транзистора 10. На стабилитроне 18, вклю6 892556 пряжение рассся-ласования полярность которого.
Устройство защиты нагрузки в цепи переменного тока
Номер патента: 1003223
. трансформатора, первичная обмотка которого одЭЗ ним выводом подключена к первой клемме для подключения нагрузки, а другим выводом, через диагональ диодного моста соединена с второй входной клеммой, при этом один вывод вторичной об-; мотки развязывающего трансформатора подключен к аноду выпрямительного диода, катод которого соединен с однимиз выводов конденсатора и резистора, другие выводы которых подключены к45 другому выводу вторичной обмотки развязывающего трансформатора.Это позволяет расширить функциональные возможности устройства защиты нагрузки в цепи переменного тока за счет применения гальванической развязки между переходом коллекторэмиттер второго транзистора и перехо. дом управляющего электрода — катода первого.
Регулятор к гидравлической машине для испытаний образцов при переменных нагрузках
Номер патента: 124183
. 1)ычяГя опирается ня кля 1)ск Б закрспле 11 ь)11 ). ижнем узле 6 динамометря посрел, твом кронштейна 7.,лпнос )глсчо рычага шарнирно соединено с золотником гидравлического распредели 1 льного крана 8.Работа регулятора протекает следующим образом.При вращении электродвигателя 9 по чассвой стрелке происходит ;юворот кулачка Б, который вызывает перемещение рычага 1, выдзигаю,»цего золотник крана 8. 1(ран пропускает масло в силовозбудптсль, нагружающий динамометр, верхний и ниж)гий узлы 4 и б которого удаляются один от другого, выравнивая рычаг 1. ГО»ле этого золотик перекрывает кран. При разгрузке образца электродвигатель приводят Во124183- 2 -вращение против часовой стрелки. Угол поворота кулачка регулируется, например, посредством.
Заключение
Приведем несколько областей использования устройств для увеличения напряжения.
Для переменного тока наиболее распространено использование повышающих трансформаторов для подключения различной европейской электронной и электротехнической техники к бытовой 110-вольтовой сети в США.
Примеры из области постоянного напряжения:
- мощность широко распространенных USB-зарядников достаточна для питания СД-ленты, но последние требуют для работы напряжения 12 В; для такой выгодно ситуации применение повышающего преобразователя;
- на 3,3-вольтовых литиевых аккумуляторах можно собрать power bank для мобильных телефонов;
- регулируемые устройства хорошо востребованы при выполнении настроек автомобильных генераторов.
Автомобильный аккумулятор с подключенным к нему повышающим преобразователем может эффективно питать за городом такие 220-вольтовые устройства как телевизор, магнитофон, дрель.
Устройства для увеличения постоянного и переменного напряжения имеют обширную область применения, серьезно отличаясь друг от друга схемотехнически.
Выбор конкретной реализации зависит от ряда факторов, основные среди которых:
- соотношение входного и выходного напряжения;
- мощность питаемой нагрузки
- уровень жесткости требований электробезопасности.
На практике можно воспользоваться как покупными, так и самодельными устройствами. Большинство самодельных схем доступны для воспроизведения при наличии даже среднего уровня подготовки в области электротехники и схемотехники.
Добавление постоянной составляющей сигнала на выход генератора функций
Максим Писковацков,
руководитель направления измерительного оборудования общего назначения
mvp@dipaul.ru
Подача постоянной составляющей на выход генератора функций необходима при различных испытаниях радиоэлектронной аппаратуры. Результирующий сигнал, подаваемый на испытуемое устройство, представляет собой известную форму волны, наложенную на напряжение постоянного тока. Например, для проверки устойчивости схем к шуму, который может возникнуть на реальных рабочих напряжениях, можно использовать синусоидальную волну, добавленную поверх напряжения смещения. При испытании усилителя смещение транзистора можно производить с помощью постоянного напряжения, переменная составляющая которого располагалась бы поверх этого напряжения. Даже повторяющуюся серию униполярных импульсов, используемую для управления затвором полярного транзистора в DC/DC-преобразователях, принято рассматривать как импульсную последовательность с постоянным смещением. Так или иначе, в каждом из приведенных примеров испытаний необходимо наличие DC+AC-сигнала с различными требованиями к значению тока, напряжения и полосы пропускания.
Существуют разные методы генерации форм сигнала, наложенных поверх напряжения постоянного тока. Генератор функций может создавать форму волны со смещением постоянного тока. В случае необходимости подачи более высокого смещения можно использовать источник питания (ИП) постоянного напряжения, последовательно подключенный к генератору функций. Если требуется более высокая сила тока, можно использовать управляемый генератором функций ИП постоянного тока с клеммами внешнего аналогового программирования. Также возможно применение трансформатора тока, управляемого генератором функций, для формирования сигнала переменного тока на выходе ИП постоянного тока. Наконец, некоторые ИП могут создавать формы переменного тока на собственных выходах постоянного тока.
Для справки:
Разработка преобразователя DC/DC
Инженерам, работающим над созданием преобразователя DC/DC, в ходе эксперимента требуется частота переключения и управление уровнем затвора полевого транзистора. Для экспериментирования с управляющими сигналами схемы управления затвором полевого транзистора необходимо создание различных сигналов возбуждения, состоящих из импульсов и смещения постоянного напряжения. Используя встроенные органы управления генератора функций/сигналов произвольной формы Keysight 33522B, инженерам удалось создать требуемые формы сигнала с постоянной составляющей и возможностью изменения частоты, ширины и времени нарастания импульса.
Метод использования только одного генератора функций
Большинство генераторов функций способны вносить поверх заданной формы сигнала постоянную составляющую (рис. 1). Однако из-за размещенных внутри аттенюаторов некоторые генераторы функций при установке малых значений амплитуды формы сигнала не способны выдать полный диапазон выходного напряжения постоянного тока. У последних моделей генераторов функций Keysight Technologies, Inc. данное ограничение отсутствует. Например, генератор функций/сигналов произвольной формы Keysight 33522B может генерировать форму сигнала с постоянной составляющей в диапазоне от –5 до +5 В на нагрузке 50 Ом (от –10 до +10 В при разомкнутой цепи). То есть, пользователь может выставить на приборе 33522B при выбранном значении нагрузки 50 Ом низкое значение амплитуды формы сигнала, равное 10 мВ пик–пик, и добавить максимально возможную постоянную составляющую 4,995 В. Несмотря на то, что это самый удобный способ получения сигнала с постоянной составляющей, некоторые испытания могут потребовать большее смещение. Поэтому, если необходим сигнал со смещением больше того, которое можно получить на генераторе функции, придется прибегнуть к другим методам.
Рис. 1. Сгенерированный DC+AC-сигнал с использованием только одного генератора функций
Для справки:
Большинство генераторов функций оснащены выходными каналами с 50-Ом нагрузкой, что, по сути, является резистором с номиналом 50 Ом, который последовательно соединен с выходом внутри генератора функций. Такая схема позволяет минимизировать отражение сигнала при подключении коаксиального кабеля с характерным значением импеданса и конечной нагрузкой в 50 Ом. Выходной импеданс 50 Ом и 50-Ом нагрузка образуют делитель напряжения «два к одному». Следовательно, для получения выходного напряжения на 50-Ом нагрузке с величиной, равной заданному значению напряжения, фактическое внутреннее напряжение, воспроизводимое генератором функции, должно вдвое превышать установленное значение напряжения (VSET). Следует учитывать, что если сопротивление нагрузки бесконечно (разомкнутая цепь), результирующее выходное напряжение будет в два раза больше пользовательского значения. И если значение сопротивления нагрузки (RL) отлично от 50 Ом, то фактическое выходное напряжение (VOUT) будет высчитываться по формуле:
VOUT = 2VSET [RL / (50+RL)] (рис. 2)
Рис. 2. Влияние на выходное напряжение выходного 50-Ом импеданса функционального генератора
Метод использования источника питания, управляемого генератором функций
В этом способе для получения сигнала с большим смещением по постоянному току требуется ИП с внешним входом аналогового программирования. Напряжение, подаваемое на этот вход, усиливается ИП и производит пропорциональное напряжение на его выходных клеммах. Таким образом, можно подключить выход функционального генератора ко входу аналогового программирования и модулировать выходное напряжение ИП сигналом функционального генератора (рис. 3). Этот метод обеспечивает наибольшую гибкость установки напряжения смещения и величины тока для необходимой пользователю нагрузки (определяются техническими характеристиками источника питания). Тем не менее, характеристики большинства ИП постоянного тока накладывают существенные ограничения по полосе пропускания. В то время как генераторы функций могут производить формы волн в диапазоне МГц, выход большинства ИП постоянного тока имеет пропускную способность всего в несколько кГц. Таким образом, при использовании данного метода полученный сигнал с добавленной постоянной составляющей на выходе ИП будет иметь полосу пропускания всего в несколько килогерц.
Рис. 3. Сигнал DC+AC, полученный с помощью генератора функций, приводит в действие вход аналогового программирования источника питания постоянного тока
Метод использования трансформатора тока, управляемого генератором функций
Для извлечения всех преимуществ полного выходного напряжения и тока ИП в сочетании с более широкой полосой пропускания сигнала генератора функций, можно подключить трансформатор тока, управляемый генератором функций, последовательно с выходом ИП. При этом необходимо выбрать трансформатор тока, способный поддерживать необходимую пропускную способность. Также следует убедиться, что трансформатор способен поддерживать максимальный постоянный ток, который будет протекать по нему к необходимой пользователю нагрузке. Схема подключения показана на рис. 4.
Рис. 4. DC+AC-сигнал, полученный с помощью источника питания постоянного тока, подключенного последовательно через трансформатор тока и управляемого функциональным генератором
Метод использования генератора функции, подключенного последовательно с источником питания
При необходимости создания сигнала с постоянной составляющей, напряжение смещения которого превышает значение, задаваемое на генераторе функций, можно использовать последовательное соединение ИП постоянного тока с генератором функций (рис. 5). При использовании данного метода, наряду с гибкостью установки уровня постоянного тока, обеспечиваемого источником питания, сохраняются возможности полной пропускной способности генератора функций. Однако этот метод имеет несколько существенных ограничений. Выход генератора функций может иметь изоляцию от корпуса или быть заземленным. При наличии изоляции существует параметр, указывающий на максимальный уровень напряжения, которое разрешено подавать на выход. Например, изолированный от корпуса выход Keysight 33522B выдерживает напряжение до ±42 В. Это означает, что если последовательно подключить источник постоянного тока к выходу функционального генератора, смещение постоянного тока должно быть меньше ±42В. Если выход генератора функций внутренне подключен к заземлению, то выходное напряжение ИП должно быть изолировано от заземления (если не планируется подключение узлов заземления вместе). Подавляющее большинство ИП Keysight имеет изолированные от земли выходы со значением плавающего напряжения ±240 В. Другим ограничением использования этого метода является то, что ток, доступный для пользовательской нагрузки, ограничен выходным током выбранного генератора функций, так как ток нагрузки должен протекать через ИП и генератор функций.
Кроме того, большинство генераторов функций имеют выходной импеданс номиналом 50 Ом, т.е. любой ток нагрузки будет протекать через это сопротивление, которое, в свою очередь, будет формировать делитель напряжения с импедансом нагрузки. Поэтому следует обязательно отрегулировать соответствующее выходное напряжение источника постоянного тока.
Рис. 5. DC+AC-сигнал, полученный с помощью последовательного соединения функционального генератора с источником питания постоянного тока
Для справки:
Генераторы функций произвольной формы Keysight 33210A (серии 33500B и 33600A) позволяют вводить значение для ожидаемого сопротивления нагрузки (Rl) в диапазоне от 1 Ом до 10 кОм или бесконечно. При изменении данного параметра генератор функций автоматически отрегулирует внутреннее производимое напряжение для учета делителя напряжения, образованного 50-Ом резистором и таким сопротивлением нагрузки, при котором значение Vout равно установленной величине напряжения. Такая настройка применяется к части переменного тока выходного сигнала функционального генератора и обеспечивает смещение постоянного тока.
Метод использования источника питания со встроенным генератором сигналов
Если необходимо обеспечить напряжение или ток со значениями, превышающими максимальные значения на генераторе функций, а требования к частоте невелики (до нескольких килогерц), стоит задуматься об использовании ИП со встроенным генератором сигналов. Анализатор мощности Keysight N6705A DC способен производить произвольные формы сигналов поверх своих выходных напряжений постоянного тока без необходимости использования какого-либо внешнего оборудования (например, генератора функций или трансформатора тока). Поскольку такая возможность полностью интегрирована в продукт, это самый удобный способ для получения сигналов данного типа. Однако, поскольку в действительности выходы являются ИП постоянного тока, пропускная способность также будет ограничена величиной в несколько килогерц.
Вывод
Потребность в добавлении постоянной составляющей на выход функционального генератора возникает при различных испытаниях. Существует несколько способов решения этой задачи, и каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, влияющие на выходное напряжение, ток, пропускную способность и простоту реализации. Генераторы функций Keysight предоставляют возможность задавать смещение постоянного тока по всему диапазону выходного напряжения даже с малым значением амплитуды сигнала. Окончательный выбор метода будет зависеть от конкретных потребностей пользователя, имеющегося оборудование и время.
Подключение нагрузки
С делителем напряжения не всё так просто, когда к выходному подключения подключается какой-либо потребитель тока, который ещё называют нагрузкой (load):
В этом случае Vout уже не может быть расчитано лишь на основе значений Vin, R1 и R2: сама нагрузка провоцирует дополнительное падение напряжения (voltage drop). Пусть нагрузкой является нечто, что потребляет ток в 10 мА при предоставленных 5 В. Тогда её сопротивление
Пропорция сохраняется, Vout не меняется:
