变压器隔离

电气隔离对于保护电路、设备和人员免受电击和短路是必要的。

推荐的水平

初学者

介绍

电气隔离是必要的，以保护电路、设备和人员免受冲击和短路，以及进行准确的测量。隔离，也称为电流隔离，是指电流不存在直接传导通路;不存在物理连接。可以使用电磁、电容或光学器件来实现隔离。在物理上和电上将电路与不需要的电流隔离开来的同时，需要的信号和功率需要通过分离的电路传输。为了传递信号，变压器使用磁通量，电容隔离器使用差动电压，光耦合器使用光来桥接间隙。本文讨论了隔离变压器的使用。

为什么隔离?

隔离变压器用于:
*保护用户免受故障设备
*实现安全、准确的测量
*避免地面循环
*物理地将电气系统的一部分分开

让我们来看看需要隔离的设置以及如何使用隔离变压器提供：

图1.显示如何在测试点TP1和TP2处跨Z1进行测量，试图测量阻抗Z1的电压。TP1和TP2是发电机电路的一部分;发电机接地，示波器接地和示波器探头地面都是共同的。示波器探头的电缆屏蔽（接地）通过示波器的机箱（您可以使用欧姆表验证）连接到地面。）使用TP1连接的示波器探头和在TP2上连接的示波器探头接地如图所示，Z2短路当探头地提供接地的替代路径时电路。这意味着1）V1的测量不准确，并且如果Z2是电流限制阻抗，则通过Z1的电流可能上升到危险的水平并损坏电路。一个人，站在一个接地的地板上，意外地触摸TP2的电路将具有相同的短路效果（并且感觉到）。

图。1在最佳点接地

图2分离的测试点

图2中的电路使用隔离变压器。通过隔离变压器供电，Z1和Z2电路不再与发电机和示波器共用地。现在将TP1处的测试探头和TP2处的探头接地连接起来并不能完成一个电路，电压v1可以被精确测量。一个隔离电路是一个带电电路，当使用接地探头时，你仍然需要知道你正在工作的电路，探头没有以在隔离电路中创建接地回路的方式连接。

在管道中，您有时听说热水从冷水龙头出来，即使不应该是一个连接。在水管连接的某个地方，发生了交叉的共同点。在引入无意地面的电路中可能发生相同的令人惊讶的结果。它不应该发生，但介绍了地面的共同点。了解电路，使用隔离变压器，在安全的工作程序之后可以引入地面，所有工作都要减少意外结果。

有时“隔离变压器”一词被用于隔离交流尖峰、瞬态和噪声，但保持接地连接的变压器。这变压器的类型不会提供电气隔离。您应该验证您使用的变压器是否提供电气隔离输出，并且不提供接地；检查主电源和辅助电源之间是否导通。如果变压器有绕组间屏蔽，屏蔽应接地；此外，将变压器框架连接到接地也是常见的做法。

当经过测试的设备由隔离变压器供电时，其地面（设备接地）与地球接地分开;变压器将普通电源接地的测试设备隔离。在设备上工作的人（站在地球上）不能意外提供与电路接触的地面的路径。这使得设置更安全的用户，消除了震惊的可能性。如果他们偶然地触及电路的直播部分，没有与地球接地的导电连接。

在接地故障断路器(GFCI)插座成为“代码”之前，消费产品包括隔离变压器和酒店有“剃须刀专用”插座合并了隔离变压器。剃须刀专用插座在剃须刀掉进水里或有人拿着它时触摸了导电表面(比如湿水龙头)时提供保护。插座中的隔离变压器防止电流流过用户的身体。

隔离变压器也可用来物理地分离电气系统的各个部分。试图测量高压线路是危险的，因为高压线路的电压可能超过30,000伏特。当你试图连接测量设备时，你会有接触的风险。通过将隔离变压器作为设计的一部分，电压可以降至仪表范围内的较低电压，如图3所示。

图3降压变压器用于仪表高压线

在这种情况下，需要一个降压隔离变压器。降压比由以下公式确定：

$ $ \压裂{Ep(伏特)}{Es(伏特)}= \压裂{Np} {Ns} $ $

其中，Ep是原始电压
Es为二次电压
Np是主电路的匝数
ns次要的次数

注意:$$\frac{Np}{Ns} = a$$，变换比。

如果电压为30000伏，a=300的降压变压器将提供100伏的电压，这可以安全地进行测量。

隔离变压器结构

变压器可以描述为两个线圈围绕铁磁材料的铁心，如图4所示。

图4变压器

原理图显示了一次线圈和二次线圈;电源连接到一次电源，从二次电源获得隔离输出。线圈和磁芯在物理上是分开的。迈克尔·法拉第(Michael Faraday)在研究电磁的实验中首次使用了一个早期的变压器。法拉第发现，携带电流的导线会在导线周围产生磁场，当两根单独的导线绕在一圈软铁上时，其中一根导线中的电流会产生磁场，而变化的磁通又会在另一根导线中产生电压。法拉第发现了电路中的电动势是由变化的磁通量根据公式产生的:

$ $ E = \压裂{B - dΦ}{dt} $ $。

有时，使用E：$$ | e | e | e |= \ frac {dφb} {dt} $$。负指示电动势反对电流。

因为法拉第是在直流电压下工作的，所以他只在电池最初与电路连接或断开时，当磁通量发生变化时，才看到电磁感应的效果。当交流电源连接到初级线圈时，变化的电流产生变化的磁场，磁通量在磁芯中实现，进而在次级线圈中产生电压，两个线圈之间没有电气通路。由两个线圈之间不断变化的磁通量提供的感应耦合允许通过变压器进行通信。变压器感应的磁场取决于绕组的匝数/单位长度、磁芯的介电常数和电流大小。第一台商业上可行的变压器是由威廉·斯坦利发明的，他在19世纪80年代为乔治·西屋公司工作。

尽管任何由两个独立线圈组成且无接地屏蔽的变压器都提供隔离，但术语隔离变压器适用于专门设计用于提供电气隔离的变压器；其主要目的是将交流电源与电路、装置和设备隔离。隔离变压器的设计考虑了任何可能耦合初级和次级绕组的因素。它们通常在一次和二次线圈之间具有特殊绝缘，并规定能够承受绕组之间的高压。由于电力线/瞬态电压噪声可通过线圈的电容和电阻路径耦合，因此隔离变压器具有额外的功能，以降低共模噪声（发生在参考地面的热导线和中性导线上）、横模噪声（发生在热导线和中性导线之间）以及电磁噪音。直流信号被变压器以及接地回路造成的干扰阻断。对于敏感设备（计算机或测量仪器），包括静电屏蔽，以减少绕组之间的任何电容。

用于安全的隔离变压器的匝数比通常为1:1，一次绕组和二次绕组的匝数相等，但当电压也需要改变时，使用升压和降压隔离变压器。选择隔离变压器时，请检查所含功能的规格、额定值及其构造方式。

专用隔离变压器

为专业应用开发了隔离变压器。一些例子是：
脉冲变压器:用于发射矩形电脉冲，并为数字信号提供电气隔离。它们用于计算机网络。

奥斯汀变压器：由Arthur O. Austin发明，这些动力您在天线结构上看到的空中交通障碍灯。如果没有孤立，则天线桅杆上的照明电路将对地面进行射频能量。这些变压器还完全将建筑物交流电源与塔隔离。

仪表变压器：为仪表提供精确电压，用于将控制电路与高压/电流安全隔离。变压器的一次绕组连接到高压/电流电路，仪表连接到二次电路，与图3所示的连接非常相似。

注：有些变压器只有一个绕组，在绕组的不同位置分接，将其分为初级和次级部分。这些被称为自耦变压器的设备不提供隔离，因为单个绕组是共用的。隔离变压器有单独的线圈，线圈之间没有物理连接，没有接地。

安全总

隔离变压器使在交流设备上工作更安全，并能防止无意中引入短路。基于相互感应的原理，它们被用来断开接地回路，并消除意外接触可能导致问题的意外电流路径。在选择隔离变压器时，请根据您的要求选择具有适当额定值和规格的变压器。

孤立的电路仍然是直播电路！当使用隔离变压器时，是否在测试下的单元或示波器或其他设备供电，知道使用的地面;仍然需要检查工作区域和电路中的电压和电流，仍然需要遵循所有安全措施！