变压器隔离

电气隔离是保护电路，设备和来自冲击和短路的人所必需的。

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介绍

电气隔离是保护电路，设备和来自冲击和短路的人员的必要条件，以及进行准确测量。隔离，也称为电流隔离，意味着没有用于流动的直接传导路径;不存在物理连接。可以使用电磁，电容或光学器件实现隔离。在物理和电隔离电路的同时，需要在分离的电路上传送所需的信号和功率。转移信号，变压器使用磁通量，电容隔离器使用差分电压和光耦合器使用光来桥接间隙。本文讨论了使用隔离变压器。

为何隔离？

隔离变压器用于：
*保护用户免受故障设备的伤害
*启用安全和准确的测量
*避免地面环
从物理上把电气系统的一部分与另一部分分开

让我们看看需要隔离的设置，以及如何使用隔离变压器提供隔离:

图1所示。显示了如何在测试点TP1和TP2上测量Z1，试图测量阻抗Z1上的电压。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接地都是共同的。示波器探头的电缆屏蔽(接地)通过示波器的底盘与地面相连(你可以用欧姆表来验证)。如图所示，示波器探头连接在TP1，示波器探头接地连接在TP2，当探头接地提供到地的备用路径时，Z2被短路出电路。这意味着1)v1的测量不准确，2)如果Z2是限流阻抗，通过Z1的电流可能上升到一个危险的水平，从而损坏电路。如果一个人站在地面上，不小心触碰到TP2的电路，也会产生同样的短路效应(并且感觉到了)。

图1在est点接地

图2孤立测试点

图2中的电路使用隔离变压器。通过隔离变压器供电，带有Z1和Z2的电路不再与发电机和示波器共享地面。现在将测试探头连接到TP1和TP2时的探针接地不完成电路，电压V1可以精确地测量。隔离电路是直播电路，当使用接地探针时，您仍然需要了解您正在处理的电路，并且探头未以在隔离电路内创建接地环路的方式连接。

在管道方面，你有时会听到热水从冷水龙头流出，即使不应该有连接。在水管连接处的某个地方，有一个共同的点，在那里发生了交叉。在无意中引入接地的电路中也会发生同样令人惊讶的结果。这本来不应该发生，但引入了一个指向地面的公共点。了解电路，在有接地的地方使用隔离变压器，遵循安全工作程序，所有工作都可以减少意外结果。

有时，术语“隔离变压器”适用于隔离AC尖峰，瞬态和噪声的变压器，而是保持地面连接。这类型的变压器不会提供电气隔离。您应该验证您使用的变压器确实提供电隔离输出，并不提供地球;检查主和次级之间没有连续性。如果变压器具有绕组屏幕，则屏幕应连接到地面;也是常见的做法，也可以将变压器框架连接到地面。

待测设备由隔离变压器供电时，其地(设备地)与地隔离;变压器将被测设备与公共电源地隔离。一个在设备上工作的人(站在地面上)不能意外地提供到地面的路径，如果他们与电路接触。这使得设置对用户来说更安全，消除了电击的可能性。如果它们意外地接触到电路的带电部分，就不会与地面有导电连接。

在接地故障电路中断路器（GFCI）插座成为“代码”，消费者产品包括隔离变压器和酒店拥有“仅限剃须刀”的插座，包括隔离变压器。如果剃刀落入水中或者有人在握住它的同时触摸导电表面（如湿龙头），则只有剃须刀插座提供保护。插座中的隔离变压器防止了电流通过用户的主体。

隔离变压器还可用于物理上分开电气系统的部分。尝试仪表高压线将是危险的，其中电压可能高于30,000 V.您将在尝试连接测量装置的同时进行接触。通过将隔离变压器包括作为设计的一部分，可以将电压降至仪表范围内的较低电压，如图3所示。

图3用于高压线路的降压变压器

在这种情况下，需要降压隔离变压器。降压比由公式确定：

$$ \ FRAC {EP（伏）{ES（伏）} = \ FRAC {NP} {NS} $$

在哪里，EP是主要电压
ES是二次电压
NP是主要的转弯数
n次要的转数

注意：$$ \ frac {np} {ns} = $$，转换率。

如果电压为30,000伏，则具有A = 300的降压变压器将产生100伏的电压，这可以安全地测量。

隔离变压器建设

变压器可以描述为两个线圈，周围围绕铁磁材料的核心，如图4所示。

图4变压器

示意图表示主线圈和次级线圈;电源连接到初级，从次级中取出隔离输出。线圈彼此物理地分离和芯。Michael Faraday在他的实验中研究了研究电磁体期间使用早期变压器。法拉第发现承载电流的电线引起围绕线的磁场，并且当两个单独的线围绕软铁的环形线圈时，在一个诱导磁场中的电流，并且变化的通量反过来致电其他。现在称为互感，法拉第被认为发现电动势通过改变磁通量根据公式的变化磁通量：

$$ e = \ frac {-dφb} {dt} $$。

有时可以用E的绝对值来表示:$$|E| = \frac{dΦB}{dt}$$。指示电动势的负极与电流相反。

因为法拉第正在使用直流电压，因为当磁通量变化时，当电池最初连接或断开电池时，他只看到电磁感应的效果。通过连接到初级的AC电源，变化电流产生变化的磁场，磁通量在核心中实现，并且又引起次级电压，两个线圈之间没有电气路径。由两个线圈之间的变化磁通量提供的电感耦合允许穿越变压器的通信。由变压器引起的磁场取决于绕组的匝数/单位长度，磁芯的介电常数和当前幅度。第一个商业上可行的变压器由威廉斯坦利发明，在1980年代为乔治西富豪院工作。

虽然任何由两个单独的线圈组成的变压器和没有接地屏蔽提供隔离，但术语隔离变压器适用于特别设计的变压器，以提供电气隔离的目的;谁的主要目的是将AC源隔离电路，设备和设备。隔离变压器的设计考虑了可能将主要和次级绕组耦合的任何东西。它们通常在初级和次级线圈之间具有特殊的绝缘，并且指定以在绕组之间承受高电压。因为电源线/瞬态电压噪声可以通过线圈的电容和电阻路径耦合，所以隔离变压器具有额外的特征，以减少共模噪声（在接地引用的热和中性线上发生），横向模式噪声（发生）在热和中性线之间）和电磁噪声。DC信号被变压器阻挡，也堵塞了由地面环引起的干扰。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通常具有1：1的匝数比，数量，初级绕组相等，但是当需要改变电压时使用升压和降压隔离变压器。选择隔离变压器时，请检查包含的功能，评级和构建的特征。

专用隔离变压器

隔离变压器已为特殊应用开发。一些例子:
脉冲变压器：优化用于传输矩形电脉冲，并为数字信号提供电气隔离。这些用于计算机网络。

奥斯汀变压器:由亚瑟·奥斯丁发明，为你在天线结构上看到的空中交通障碍灯供电。如果不隔离，天线桅杆上的照明电路将把射频能量传导到地面。这些变压器也完全隔离建筑物的交流电源从塔。

仪表变压器：为电尺提供精确电压，用于安全地将控制电路与高电压/电流隔离。变压器的初级绕组连接到高电压/电流电路，仪表连接到次级电路，就像图3所示的连接一样。

注意：一些变压器仅采用一个绕组挖掘绕组上的不同位置，将其分成初级和次要部分。被称为自动变压器，这些设备不提供隔离，因为单次绕组是共享的。隔离变压器具有单独的线圈，线圈之间没有物理连接，没有地面。

安全总是

隔离变压器使AC设备的工作更安全，可以防止电路中的无意引入短路。致力于互感原理，它们用于破坏地面环，并消除意外接触可能导致问题的意外电流路径。选择隔离变压器时，请选择一个具有适当额定值和规格的标准。

隔离电路仍然是带电电路!当使用隔离变压器时，无论是为被测单元供电，还是为示波器或其他设备供电，都要知道正在使用的接地;您仍然需要按照所有安全措施检查工作区域和电路的电压和电流!