隔离变压器的工作原理

隔离变压器原理及应用

基本原理：

根据变压器的变比公式：U1/U2=N1/N2;I1/I2=N2/N1;可以知道，1：1隔离变压器一次侧和二次侧的电压，电流是相同的。

作用：电气隔离；消除部分谐波（根据结构的不同可以消除不同次的谐波）；有效的降低零地电压；通过磁饱和原理,可消除浪涌

可以消除三次谐波（要求星三角变换隔离结构），高次谐波也是解决不了的。变压器只是变压的作用，并不起到变频的作用，只是在特殊结构的情况下，消除特定的谐波。

目的：

通过本课的学习使学员对隔离变压器的原理及隔离变压器在安全用电中的作用有个初步的认识。

二．隔离变压器原理

。我们用的交流电一根线和大地相连。另一根线与大地之间有220V的电位差。人接触会触电。隔离变压器的次级不与大地相连，它的任意两线与大地之间没有电位差。人接触任意一条线不会触电,所以比较安全。隔离变压器常用在有电子管和工作电压高的电子仪器上，如电子管扩音机，示波器等，也可用于维修电源。如为了安全维修彩电常用1比1的隔离变压器.

三．隔离变压器的应用场合

适用于安全、隔离、漏电流小、净化电源、消除三次谐波及抑制共模干扰的场合。适用于交流50Hz至400Hz，电压1000V以下的电路中，广泛用于照明、机床电器、机械电子设备、医疗设备、整流装置等

隔离变压器按用用途分为两类；一类是防止触电事故发生而对电源进行隔离的安全电源变压器。另一类隔离变压器是对电磁干扰信号进行隔离，它广泛用于电子电路中，抑制噪声和电磁干扰。

四．通用触电防护措施

1．安全电压

据欧姆定律，电压越高，电流也就越大。因此，可以把可能加在人身±的电压限制在某一范围之内，使得在这种电压下，通过人体的电流不超过允许的范围。这一电压就叫做安全电压，也叫做安全特低电压。应当指出，任何情况下都不要把安全电压理解为绝对没有危险的电压。具有安全电压的设备属于Ⅲ类设备。

安全电压限值

限值为任何运行情况下，任何两导体问不可能出现的最高电压值。我国标准规定工频电压有效值的限值为50V、直流电压的限值为120V。

一般情况下，人体允许电流可按摆脱电流考虑；在装有防止电击的速断保护装置的场合，人体允许电流可按30mA考虑。我国规定工频电压50V的限值是根据人体允许电流30mA和人体电阻1700Ω的条件确定的。

我国标准还推荐：当接触面积大于1cm2、接触时间超过1s时，干燥环境中工频电压有效值的限值为33V、直流电压限值为70V；潮湿环境中工频电压有效值的限值为16V、直流电压限值为35V

安全电压额定值

我国规定工频有效值的额定值有42V、36V、24V、12V和6V。特别危险环境中使用的尹持电动工具应采用42V安全电压；有电击危险环境中使用的手持照明灯和局部照明灯应采用36V或24V安全电压；金属容器内、特别潮湿处等特别危险环境中使用的手持照明灯应

采用12V安全电压；水下作业等场所应采用6V安全电压。当电气设备采用24V以上安全电压时，必须采取直接接触电击的防护措施。

2.安全隔离变压器

通常采用安全隔离变压器作为安全电压的电源。其接线如图3—8所示。除隔离变压器外，具有同等隔离能力的发电机、蓄电池、电子装置等均可做成安全电压电源。但不论采用什么电源，安全电压边均应与高压边保持加强绝缘的水平。

图3—8 安全隔离变压器接线图

采用安全隔离变压器作安全电压的电源时，这种变压器的一次与二次之间有良好的绝缘；其间还可用接地的屏蔽隔离开来。安全隔离变压器各部绝缘电阻不得低于下列数值：带电部分与壳体之间的工作绝缘2MΩ

带电部分与壳体之间的加强绝缘7MΩ

输入回路与输出回路之间5MΩ

输入回路与输入回路之间2MΩ

输出回路与输出回路之间2MΩ

Ⅱ类变压器的带电部分与金属物体之间2MΩ

Ⅱ类变压器的金属物件与壳体之间5MΩ

绝缘壳体上内、外金属物件之间2MΩ

安全隔离变压器的额定容量，单相变压器不得超过10kVA、三相变压器不得超过16kVA、电铃用变压器的额定容量不应超过100VA、玩具用变压器的额定容量不应超过200VA；安全隔离变压器的额定电压，交流电压有效值不得超过50V、脉动直流电压不得超过50V、电钤用变压器的分别不应超过24V和24V、玩具用变压器的分别不应超过33V和33V。

安全电压回路的带电部分必须与较高电压的回路保持电气隔离，并不得与大地、保护导体或其他电气回路连接，但变压器一次与二次之间的屏蔽隔离层应按规定接地或接零。如变压器不具备加强绝缘的结构，二次边宜接地或接零，以减轻一次与二次短接的危险。对于普通绝缘的电源变压器，一次线长度不得超过3m、并不得带入金属容器内使用。

安全电压的配线最好与其他电压等级的配线分开敷设。否则，其绝缘水平应与共同敷设的其他较高电压等级配线的绝缘水平一致。

3．电气隔离

电气隔离是采用电压比为1：1，即一次边、二次边电压相等的隔离变压器实现工作回路与其他电气回路电器上的隔离。

应用电气隔离须满足以下安全条件：

1．隔离变压器必须具有加强绝缘的结构，其温升和绝缘电阻要求与安全隔离变压器相同，这种隔离变压器还应符合下列要求：

(1)最大容量单相变压器不得超过25kVA、三相变压器不得超过40kVA。

(2)空载输出电压交流不应超过1000V、脉动直流不应超过1000V、负载时电压降低一般不得超过额定电压的5％～15％。

(3)隔离变压器具有耐热、防潮、防水及抗振结构；不得用赛璐珞等易燃材料作结构材料；手柄、操作杆、按钮等不应带电；外壳应有足够的机械强度，一般不能被打开，并应能防止偶然触及带电部分；盖板至少应由两种方式固定，其中，至少有一种方式必须使用工具实现。

(4)除另有规定外，输出绕组不应与壳体相连；输入绕组不应与输出绕组相连；绕组结构应能防止出现上述连接的可能性。

(5)电源开关应采用全极开关，触头开距应大于3mm；输出插座应能防止不同电压的插销插入；固定式变压器输入回路不得采用插接件；移动式变压器可带有2～4m电源线。

(6)当输入端子与输出端子之间的距离小于25mm时，则其间须用与变压器连成一体的绝缘隔板隔开。

(7)Ⅰ类变压器应有保护端子，其电源线中应有一条专用保护线；R类变压器没有保护端子。

2．二次边保持独立，即不接大地，不接保护导体，不接其他电气回路。如图3—9所示，如果变压器的二次边接地，则当有人在二次边单相电击时，电流很容易流经人体和二次边接地点构成回路。因此，凡采用电气隔离作为安全措施者，还必须有防止二次回路故障接地及窜连其他回路的措施。因为一旦二次边发生接地故障，这种措施将完全失去安全作用。对于二次边回路线路较长者，还应装设绝缘监视装置。

图3—9 变压器二次边接地的危险

3．二次边线路电压过高或副边线路过长，都会降低回路对地绝缘水平，增大故障接地的危险，并增大故障接地电流。因此，必须限制电源电压和二次边线路的长度。按照规定，应保证电源电压U≤500V、线路长度L≤200m、电压与长度的乘积UL≤100000V·m。

4．等电位联结

图3—10中的虚线是等电位联结线。如果没有等电位联结线，当隔离回路中两台相距较近的设备发生不同相线的碰壳故障时，这两台设备的外壳将带有不同的对地电压。如果有人同时触及这两台设备，则接触电压为线电压，电击危险性极大。因此，如隔离回路带有多台用电设备(或器具)，则各台设备(或器具)的金属外壳应采取等电位联结措施。这时，所用插座应带有等电位联结的专用插孔。