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.

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 65 В с дискретностью 1 В. 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 347 В ступенями через 1 В.

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 127 В ступенями через 1 В. 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 220 В (220 В + 0 В) до 347 В (220 В + 127 В). Во втором случае (когда контакты переключателя SA8 находятся в нижнем по схеме положении) выходное напряжение можно регулировать от 93 В (220 В -127 В) до 220 В (220 В - 0 В). Следует помнить, что в этих двух поддиапазонах имеется гальваническая связь нагрузки и питающей сети.

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 4 мм. Для коммутации обмоток в первом варианте устройства используют перемычки, изготовленные из монтажного провода сечением 1…1,5 мм² и длиной 20...25 см, к которым с обеих сторон подпая­ны одинарные вилки типа Г4 или аналогичные им.

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 1 кВА - 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 218 В.