隔離變壓器原理及應(yīng)用:
二、隔離變壓器原理
.我們使用的交流電連接到地球。另一條線路在地球和地球之間有220V的電位差。該人與電擊接觸。隔離變壓器的二次不與大地相連,隔離變壓器和地的任意兩根導(dǎo)線之間沒有電位差。該人與任何沒有電擊的線路接觸,所以安全是相對安全的。隔離變壓器一般用于具有高電子管和工作電壓的電子儀器,如擴(kuò)管器、示波器等。且可用于電源的維護(hù)。例如通常用于彩色電視機(jī)的安全維護(hù)的1到1隔離變壓器。
三、隔離變壓器應(yīng)用
適用于安全、隔離、漏電流小、凈化電源、消除三次諧波及抑制共模干擾的場合。適用于交流50Hz至400Hz,電壓1000V以下的電路中,廣泛用于照明、機(jī)床電器、機(jī)械電子設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、整流裝置等
隔離變壓器根據(jù)使用情況可分為兩類:一類是安全的電力變壓器,防止觸電事故的發(fā)生,另一類是隔離電源。另一種隔離變壓器是隔離電磁干擾信號,廣泛應(yīng)用于電子電路中抑制噪聲和電磁干擾。
四、通用觸電防護(hù)措施
1.安全電壓
據(jù)歐姆定律,電壓越高,電流也就越大。因此,可以把可能加在人身±的電壓限制在某一范圍之內(nèi),使得在這種電壓下,通過人體的電流不超過允許的范圍。這一電壓就叫做安全電壓,也叫做安全特低電壓。應(yīng)當(dāng)指出,任何情況下都不要把安全電壓理解為絕對沒有危險的電壓。具有安全電壓的設(shè)備屬于Ⅲ類設(shè)備。
安全電壓限值
限值為任何運行情況下,任何兩導(dǎo)體問不可能出現(xiàn)的最高電壓值。我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定工頻電壓有效值的限值為50V、直流電壓的限值為120V。
在一般情況下,人體的允許電流可以看作是自由電流,而人體的許用電流可以根據(jù)30 mA來考慮,當(dāng)配備了防電擊的快速斷保護(hù)裝置時,可以考慮人體的許用電流。根據(jù)人類允許電流30 mA和人的電阻1700Ω的條件,確定了我國50V工頻電壓的限值。
中國標(biāo)準(zhǔn)還建議:當(dāng)接觸面積大于1cm2時,接觸時間超過1s,干燥環(huán)境中工頻電壓有效值的極限值為33V,直流電壓限值為70V;潮濕環(huán)境中工頻電壓有效值的極限值為16V,直流電壓限制為35V
安全電壓額定值
我國規(guī)定工頻有效值的額定值有42V、36V、24V、12V和6V。特別危險環(huán)境中使用的尹持電動工具應(yīng)采用42V安全電壓;有電擊危險環(huán)境中使用的手持照明燈和局部照明燈應(yīng)采用36V或24V安全電壓;金屬容器內(nèi)、特別潮濕處等特別危險環(huán)境中使用的手持照明燈應(yīng)采用12V安全電壓;水下作業(yè)等場所應(yīng)采用6V安全電壓。當(dāng)電氣設(shè)備采用24V以上安全電壓時,必須采取直接接觸電擊的防護(hù)措施。
2.安全隔離變壓器
安全隔離變壓器通常用作安全電壓的電源。線路如圖3/8所示。除了隔離變壓器、發(fā)電機(jī)、電池和具有相同隔離能力的電子設(shè)備外,還可以制成安全電壓電源。然而,無論使用何種電源,安全電壓側(cè)都應(yīng)保持與高壓側(cè)的強(qiáng)化絕緣水平。
圖3/8安全隔離轉(zhuǎn)換接線圖
采用安全隔離變壓器作安全電壓的電源時,這種變壓器的一次與二次之間有良好的絕緣;其間還可用接地的屏蔽隔離開來。安全隔離變壓器各部絕緣電阻不得低于下列數(shù)值:
活件與外殼之間的工作絕緣2MΩ
帶電部分和外殼之間的加強(qiáng)絕緣7MΩ
輸入環(huán)和輸出環(huán)之間的5mΩ
輸入環(huán)和輸入環(huán)之間的2mΩ
輸出回路和輸出回路之間的電阻為2MΩ
類變壓器的帶電部分與金屬物體之間 2MΩ
金屬物體與II類變體殼體之間的5mΩ
絕緣外殼上的內(nèi)外金屬物體之間為2MΩ
安全隔離變壓器的額定容量,單相變壓器不得超過10kVA,三相變壓器不得超過16kVA,電鈴變壓器的額定容量不得超過100VA,變壓器的額定容量為玩具不得超過200VA;安全隔離變壓器的額定電壓,交流電壓有效值不得超過50V,脈動直流電壓不得超過50V,電力變壓器不得超過24V和24V,玩具變壓器不得分別超過33V和33V。
安全電壓電路的帶電部分必須與較高電壓的電路電隔離,不得與接地、保護(hù)導(dǎo)體或其他電路連接,但變壓器一次和二次之間的屏蔽隔離層須按要求接地或連接到零。如果變壓器沒有加強(qiáng)絕緣的結(jié)構(gòu),二次側(cè)應(yīng)接地或連接零,以減少一次和二次短路的風(fēng)險。對于普通絕緣電力變壓器,主線路長度不得超過3米,不得帶入金屬容器內(nèi)供使用。
安全電壓的布線優(yōu)選地與其他電壓電平的布線分開布置。否則,絕緣水平應(yīng)與鋪設(shè)在一起的其他較高電壓等級的布線的絕緣水平相同。
3.電氣隔離
電氣隔離是指使用電壓比為1≤1的隔離變壓器將工作電路與其它電路隔離,即一次側(cè)和二次側(cè)的電壓相等。
電氣隔離應(yīng)符合下列安全條件:
1.隔離變壓器必須具有加強(qiáng)絕緣的結(jié)構(gòu),其溫升和絕緣電阻要求與安全隔離變壓器相同,這種隔離變壓器還應(yīng)符合下列要求:
(1)最大容量單相變壓器不得超過25千伏安,三相變壓器不得超逾40千伏安。
(2)空載輸出電壓不應(yīng)超過1000 V,脈動直流不應(yīng)超過1000 V,電壓不應(yīng)降低額定電壓的5%≤15%。
(3)隔離變壓器具有耐熱,防潮,防水,防振結(jié)構(gòu);不應(yīng)使用賽璐珞等易燃材料作為結(jié)構(gòu)材料;手柄,操作桿,按鈕等不應(yīng)充電;外殼應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度,一般不能打開,應(yīng)防止意外接觸帶電部件;蓋子應(yīng)至少以兩種方式固定,其中至少一種必須使用工具完成。
(4)除非另有指明,否則輸出繞組不得連接到外殼;輸入繞組不得連接到輸出繞組;而繞組結(jié)構(gòu)須能防止上述連接的可能性。
(5)電源開關(guān)應(yīng)采用全極開關(guān),觸點開啟距離應(yīng)大于3mm,輸出插座應(yīng)能防止不同電壓引腳的插入,不應(yīng)插入固定變壓器輸入電路,移動變壓器可安裝2×4m電源線。
(6)當(dāng)輸入端與輸出端之間的距離小于25毫米時,須用與變壓器的絕緣隔斷積分來分隔。
(7)I類變壓器應(yīng)有保護(hù)端子,電源線應(yīng)有專用保護(hù)線,R級變壓器無保護(hù)端子。
2.二次邊緣是獨立的,即不與地球相連,不與保護(hù)導(dǎo)體相連,也不與其他電路相連。如圖3/9所示,如果變壓器的二次側(cè)接地,當(dāng)有人在二次側(cè)發(fā)生單相電擊時,電流可以很容易地流過人體和二次側(cè)接合部形成一個回路。因此,在采用電氣隔離作為安全措施時,還必須采取措施防止二次回路的故障接地和其他電路的連接。因為一旦二次側(cè)發(fā)生接地故障,這種措施就會完全喪失其安全功能。對于較老的二次側(cè)線路,還應(yīng)安裝絕緣監(jiān)測裝置。
圖3—9 變壓器二次邊接地的危險
3.二次邊線路電壓過高或副邊線路過長,都會降低回路對地絕緣水平,增大故障接地的危險,并增大故障接地電流。因此,必須限制電源電壓和二次邊線路的長度。按照規(guī)定,應(yīng)保證電源電壓U≤500V、線路長度L≤200m、電壓與長度的乘積UL≤100000V·m。
4.等電位聯(lián)結(jié)
圖3/10中的虛線是一條等勢連接線。如果不存在等電位連接線,當(dāng)兩個相鄰的器件在隔離電路中不能擊穿不同相線的外殼時,兩個器件的外殼就會有不同的接地電壓。如果有人同時接觸兩個設(shè)備,接觸電壓是線性電壓,電擊是非常危險的。因此,如果隔離電路有多個電氣設(shè)備(或電器),則每個設(shè)備(或設(shè)備)的金屬外殼應(yīng)采取相同的潛在連接措施。此時,插座應(yīng)該有一個特殊的千斤頂,具有相同的電勢連接。
圖3-10電氣隔離的等電位連接
5.凈化電源、消除三次諧波及抑制共模干擾
交流電源輸入中隔離變壓器的特點:如果采用vv1,采用隔離變壓器,可以消除三次諧波,減少干擾信號。Vvv 2,隔離變壓器可以產(chǎn)生新的中性線,避免設(shè)備因電網(wǎng)中性線差而出現(xiàn)異常運行。Vvv 3是由三次諧波等非線性負(fù)載引起的電流波形畸變,可以在不污染電網(wǎng)的情況下進(jìn)行隔離。
v交流電源輸出端的隔離變壓器功能:
1.防止非線性負(fù)載的電流畸變影響交流電源的正常運行,污染電網(wǎng),對電網(wǎng)的凈化起著重要作用。2.在隔離變壓器輸入端,非線性負(fù)載電流畸變不影響采樣精度,得到能反映實際情況的控制信號。3.負(fù)載不平衡時,不影響穩(wěn)壓電源的正常運行。
一些音頻聽者往往在電源上增加功率隔離變壓器,如惠普、SKVA或國內(nèi)廠商推出IKVA等。有的采用220 V空調(diào)插座降低110 V,有的將110 V改為110 V 1:1模式,其功能是降低電源中的噪聲,提高電源的信噪比。在中國,特別是普通的110 V和220 V,因為每個家庭都有使用中的電器,如微波爐,電磁爐。開關(guān)、電機(jī)運行等,在電源中會出現(xiàn)倍頻或突然波傳輸?shù)矫總€電源插頭,所以電源污染非常嚴(yán)重。除非你能不惜一切代價自己發(fā)電,否則要想辦法改善電源的噪音。
其實隔離變壓器的原理很簡單,主要就是針對這些雜訊都是中高周波的特性而設(shè)計。因為我們知道,中高周波在我們的硅鋼片型的變壓器耗損相當(dāng)大。不大會從一次線圈感應(yīng)到二次線圈輸出,因此就可以達(dá)到我們要干凈電源的目的。但有些人不免擔(dān)心會影響到動態(tài)范圍、音場音色等問題,其實要看這個隔離變壓器本身的制作水準(zhǔn)和功率容量而定,究竟是EI型的好,或是環(huán)型的好?我們只能說。環(huán)型好的很貴,EI型的很笨重。
使用時,我們?nèi)匀唤ㄗh你做一個良好的電路來隔離變壓器本身。用戶經(jīng)常忽略這種重要性。變壓器會產(chǎn)生漏磁和電磁干擾。如果外殼金屬的導(dǎo)電部分未連接到地或電源正確接地。即使它更加隔離,這條線也是有限的。另請注意,如果變壓器本身處于空轉(zhuǎn)狀態(tài),則會很熱。該子功率容量將減少。如果變壓器振動,則建議您更換一個。否則,它的噪音將壓倒許多音樂細(xì)節(jié)。
6.隔離變壓器的特性
具有電壓變換功能
有濾波抗干擾功能
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