隔離變壓器

用於機器維修等的安全電源

隔離變壓器(Isolation transformer)是指輸入繞組與輸出繞組帶電氣隔離變壓器。隔離變壓器通常出於安全原因,用於將交流電(AC)電源的電能傳輸到某些設備或裝置,同時將被供電設備與電源隔離。

電源濾波和防觸電是隔離變壓器最常見的作用,為減少漏磁,該類型隔離變壓器的組成結構為初次級線圈一般分裡外兩層繞在一個骨架上,層間絕緣強度只有2~3kV且分佈電容大。隔離變壓器工作原理和普通電壓器類似,均為利用電磁波原理,隔離原副邊繞電磁線圈各自的電流量。其常見的分類有普通隔離變壓器、屏蔽隔離變壓器、雙重屏蔽隔離變壓器、三重屏蔽隔離變壓器。

隔離變壓器應用廣泛,其可以應用在電氣設備維修、弱電設備的防雷保護等領域,也可作為通訊設備的電源,在大功率工業設備中起到電源、電氣隔離的作用。

設備概況


隔離變壓器屬於安全電源,一般用來機器維修保養用,起保護、防雷、濾波作用。隔離變壓器原邊和副邊電壓可根據要求訂製。隔離變壓器是指輸入繞組與輸出繞組在電氣上彼此隔離的變壓器,用以避免偶然同時觸及帶電體(或因絕緣損壞而可能帶電的金屬部件)和大地所帶來的危險,它的原理與普通乾式變壓器相同,也是利用電磁感應原理,主要隔離一次電源迴路,二次迴路對地浮空,以保證用電安全。
隔離變壓器的輸出端跟輸入端是完全“斷路”隔離的。通常我們用的交流電源電壓一根線和大地相連,另一根線與大地之間有220V的電位差,人接觸後會產生觸電。而隔離變壓器的次級不與大地相連,它的任意兩線與大地之間沒有電位差,人接觸任意一條線都不會發生觸電,這樣就比較安全。隔離變壓器的輸出端跟輸入端是完全“斷路”隔離的,這樣就有效的對變壓器的輸入端(電網供給的電源電壓)起到了一個良好的過濾作用,從而給用電設備提供了純凈的電源電壓。
隔離變壓器另一用途是防干擾,可廣泛用於地鐵、高層建築、機場、車站、碼頭、工礦企業及隧道的輸配電等場所。
隔離變壓器
隔離變壓器

設備作用


隔離變壓器的主要作用是:使一次側與二次側的電氣完全絕緣,也使該迴路隔離。另外,利用其鐵芯的高頻損耗大的特點,從而抑制高頻雜波傳入控制迴路。用隔離變壓器二次對地懸浮,只能用在供電範圍較小、線路較短的場合。此時,系統的對地電容電流小得不足以對人身造成傷害。還有一個很重要的作用就是保護人身安全,隔離危險電壓。
隨著電力系統的不斷發展,變壓器作為電力系統中的關鍵設備起著日益重要的作用,它的安全運行直接關係到整個電力系統運行的可靠性. 變壓器線圈變形是指線圈在受力后,發生的軸向、幅向尺寸變化、器身位移、線圈扭曲等情況。造成變壓器線圈變形的主要原因有二個:一是變壓器運行中難以避免地要受到外部短路故障衝擊:二是變壓器在運輸吊裝過程中發生意外碰撞。

設備特點


變壓器鐵心磁通和施加的電壓有關。在電流中勵磁電流不會隨著負載的增加而增加。雖然負載增加鐵心不會飽和,將使線圈的電阻損耗增加,超過額定容量由於線圈產生的熱量不能及時的散出,線圈會損壞。假如線圈是由超導材料組成,電流增大不會引起發熱,但變壓器內部還有漏磁引起的阻抗,電流增大,輸出電壓會下降,電流越大,輸出電壓越低,所以變壓器輸出功率不可能是無限的。再假如變壓器沒有阻抗,那麼當變壓器流過電流時會產生特別大的電動力,很容易使變壓器線圈損壞,雖然功率無限但不能用。只能這樣說,隨著超導材料和鐵心材料的發展,相同體積或重量的變壓器輸出功率會增大,但不是無限大。

結構組成


輸入電壓380V輸入電流15.2A
相 數三相輸出電壓660V
輸出電流8.7A額定容量10KVA
頻 率50Hz型 號STS-SG-1KVA
應用範圍隔離額定功率50/60(KVA)
效率(η)98%電 壓 比400/220(V)
外形結構立式冷卻方式自然冷式
防潮方式開放式繞組數目雙繞組
鐵心結構心式冷卻形式乾式
鐵心形狀階梯型頻率特性低中頻

工作原理


隔離變壓器的原理和普通變壓器的原理是一樣的,都是利用電磁感應原理。隔離變壓器一般是指1:1的變壓器。由於次級不和地相連。次級任一根線與地之間沒有電位差,使用安全,常用作維修電源。
隔離變壓器不全是1:1變壓器,控制變壓器電子管設備的電源也是隔離變壓器。如電子管擴音機,電子管收音機示波器車床控制變壓器等電源都是隔離變壓器。如為了安全維修彩電常用1比1的隔離變壓器。隔離變壓器是使用比較多的,在空調中也是使用的。
一般變壓器原、副繞組之間雖也有隔離電路的作用,但在頻率較高的情況下,兩繞組之間的電容仍會使兩側電路之間出現靜電干擾。為避免這種干擾,隔離變壓器的原、副繞組一般分置於不同的心柱上,以減小兩者之間的電容;也有採用原、副繞組同心放置的,但在繞組之間加置靜電屏蔽,以獲得高的抗干擾性。
靜電屏蔽就是在原、副繞組之間設置一片不閉合的銅片或非磁性導電紙,稱為屏蔽層。銅片或非磁性導電紙用導線連接於外殼。有時為了取得更好的屏蔽效果,在整個變壓器,還罩一個屏蔽外殼。對繞組的引出線端子也加屏蔽,以防止其他外來的電磁干擾。這樣可使原、副繞組之間主要只剩磁的耦合,而其間的等值分佈電容可小於0.01pF,從而大大減小原、副繞組間的電容電流,有效地抑制來自電源以及其他電路的各種干擾。

使用方法


1、將隔離變壓器輸入端接到相應的電源電壓上(380V),將隔離變壓器輸出端(660V)接到所需使用設備的電源輸入端上。
2、合上電源即可正常使用。

主要分類


普通隔離變壓器
由於一次側、二次側繞組之間沒有直接的電氣連接,故一般的電力變壓器不論變比為多少都具有電位隔離的功能,而隔離變壓器則可以隔離更高的電位差。它被廣泛應用於交流電源線上、通信線上,隔離接地迴路,有效抑制低頻、音頻範圍內的共模干擾,但不能抑制差模干擾。信號與脈衝隔離變壓器也廣泛地應用在音頻到視頻範圍,用於中斷地環路,實現耦合交流、隔離直流成分、阻抗匹配等功能。由於隔離變壓器的一次側與二次側之間存在分佈電容,從而降低了接地迴路阻抗。當由於某種原因,B點電位升高出現干擾電壓en時,高頻共模干擾可從一次側耦合到二次側。
屏蔽隔離變壓器
在隔離變壓器的一次側和二次側之間插入一層金屬屏蔽層,屏蔽層將一次側與二次側之間的電容分為兩個,起到了屏蔽作用。如將金屬屏蔽層與變壓器接地端連接,則來自一次側的共模干擾在到達二次側前被屏蔽層阻抗旁路。如將金屬層與變壓器一次側輸入端(有調壓抽頭時接調壓抽頭或接地端和零線端)連接,來自一次側的差模干擾在到達二次側前也被屏蔽層短路。
雙重屏蔽隔離變壓器
當一次側同時出現共模和差模干擾時,將一層屏蔽層連接到一次側以降低差模雜訊,將另一層屏蔽層連接到共模干擾的基準面或地線上以降低共模雜訊,隔離變壓器外殼也被連接到安全地線上。屏蔽層的連接線必須短而可靠,否則在高頻時,屏蔽效果會明顯降低。
三重屏蔽隔離變壓器
當需要更高隔離要求的時候,可選用三重屏蔽的隔離變壓器。三種不同屏蔽層的連接方法取決於變壓器的安裝方法以及接地條件。一般將變壓器安裝在設備機架的隔板或屏蔽室的隔牆上,並將機架連接設備安全地線,輸入電源安全地被斷開加絕緣管保護。
對隔離變壓器的要求在變電所、發電廠中電子設備使用的隔離變壓器,應參照國家對設備的標準要求進行選擇,電源用的隔離變壓器應滿足如下幾項指標:
額定電壓:220V±20%;
額定電流:按設備的輸入最大工作電流再加50%選定;
絕緣電阻:>10M Ω;
④工頻耐壓:2500 V,1 min,泄漏電流<10mA;
⑤高頻干擾抑制:共模2500 V(1 MHz衰減振蕩波)抑制>60 dB,差模1250 V (1 MHz衰減振蕩波)抑制>40 dB。
隔離變壓器泄漏電流的大小,以及屏蔽效能視不同設備的應用需要進行選擇。