常規(guī)單相電力線包括火線、零線和地線。如果幾個物理隔離設(shè)備共用一條電源線，由于設(shè)備的接地電勢不同，很容易產(chǎn)生接地回路。在醫(yī)療設(shè)備中，這些接地回路特別容易出現(xiàn)問題，而且在設(shè)備的測試過程中會產(chǎn)生一些問題。對設(shè)計者來說，利用整流線路電壓的設(shè)備難以測量接地環(huán)。測試設(shè)備(例如示波器)接地，可能會意外地造成這些設(shè)備的電源短路。另外，交流電線上會產(chǎn)生高頻噪聲，這會造成敏感的傳感器和儀器問題。

引文作者:上海蓋能電氣市場部（專注干式變壓器30年）

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所有這些問題都可以通過正確地使用電源輸入端和設(shè)備之間的隔離變壓器來避免。

絕緣變壓器能將接地連接隔離開來，避免接地回路和試驗設(shè)備意外接地。另外，還可以抑制電源上的高頻噪聲。

絕緣變壓器工作原理：

將交流電源線(主電源)與用電設(shè)備之間隔離開來。這就是說，兩繞組之間不存在直流通道。他們主要有三種用途：

第一種是從地面(地線)隔離次級線圈。

第二，提供線路(主)電壓的提升操作。

再次，降低初級繞組向次要繞組的線路噪聲，反之亦然。

分離變壓器首先是變壓器，它們具有共同的特性。主、次級繞組纏繞在共享的鐵磁心上。

將交流電源線(主電源)與用電設(shè)備之間隔離開來。這就是說，兩繞組之間不存在直流通道。他們主要有三種用途：

第一種是從地面(地線)隔離次級線圈。

第二，提供線路(主)電壓的提升操作。

再次，降低初級繞組向次要繞組的線路噪聲，反之亦然。

分離變壓器首先是變壓器，它們具有共同的特性。主、次級繞組纏繞在共享的鐵磁心上。

若主繞組的匝數(shù)大于二次繞組，則次級繞組的電壓要比主繞組上的低。此為降壓配置。若主繞組的匝數(shù)小于次級繞組，則次級繞組電壓會高于主繞組，因此會產(chǎn)生升壓配置。大部分隔離變壓器有相同的初級和次級繞組匝數(shù)，所以初級和次級電壓是一樣的。

由于變壓器的能量是一種守恒能量，所以忽略損耗，功率因數(shù)與主流(IP)的乘積將等于VS和次級電流(IS)的乘積。通過RMS初級繞組的RMS電壓乘以RMS初級電流的乘積確定變壓器額定功率。它是視覺能量的測量單位，單位是伏安或者VA。

定相點，它表示主、次電流方向。流入繞組初級點側(cè)的電流如圖所示，產(chǎn)生次生電流從繞組次級點側(cè)流出。若要串聯(lián)或并聯(lián)放置繞組，這一點非常重要。沒有遵循繞組的定相可能會導(dǎo)致錯誤。

靜電屏蔽減少了主繞組和次級線圈之間的電容，而且通常是接地的。保護可以減少通過變壓器的共模噪聲和瞬變幅度。

為了盡量減小相互間的直接電導(dǎo)，變壓器中的初級線圈和次級線圈都要高度絕緣。漏電電流是絕緣效果的量度。多數(shù)隔離變壓器也是用高壓或耐壓試驗機來測試的。這些儀器在檢測漏電電流時，在絕緣的兩端施加高電壓。

絕緣變壓器的物理結(jié)構(gòu)有多種形式，其中包括殼體結(jié)構(gòu)。初級繞組和次級繞組以同心的方式包裹絕緣層，法拉第屏蔽插在兩層之間。

法拉第屏蔽可以是箔層或密繞組。地線一般在地面上，與地面相連。因為漆包線已被主繞組和二次繞組使用，這種結(jié)構(gòu)被稱為“雙絕緣”。

另一種情況是，繞組可以并排放置在磁芯上，這種結(jié)構(gòu)稱為“多槽線架”結(jié)構(gòu)，也可以繞在環(huán)形磁芯上。

商用絕緣變壓器：

絕緣變壓器可以是開放式的，也可以是封閉式的。該隔離變壓器采用了一個屏蔽外殼。端蓋罩內(nèi)裝有變壓器磁場，還可使變壓器外磁場的干擾降至最低。這個500VA的1:1變壓器還包括引線、NEMA、三線接地輸入輸出連接器和集成過負荷開關(guān)。

雖然地線與次級輸出連接器相連，但是它并不用于大多數(shù)隔離變壓器應(yīng)用。變壓器在額定輸入電壓下，漏電流不超過60微安(μA)。

250VA隔離變壓器，它是一種開放式結(jié)構(gòu)，有兩組多抽頭繞組。主繞組和次級繞組各有兩個。

在0、104、110和120伏范圍內(nèi)，主、次要線圈的額定電壓相同。這可以允許串聯(lián)或并聯(lián)初級線圈或次級線圈。所以輸入110或220伏時，標(biāo)稱的比例可以保持為1:1。另外，也可以配置110伏至220伏的升壓變壓器，或220伏降壓變壓器至110伏。此外，多抽頭繞組允許中間額定電壓，如208伏、214伏或230伏。

這種變壓器的電源連接方式是螺紋連接。

當(dāng)主繞組和次級繞組都串聯(lián)時，變壓器輸入為220伏，電壓比1:1。當(dāng)主、次級繞組均平行時，輸入電壓為110伏，電壓比1:1，可利用電流是單線圈的兩倍。若串聯(lián)放置主繞組，次要繞組并聯(lián)，則主電壓將下降到二分之一。若次繞組為串聯(lián)，而初級繞組為并聯(lián)，則可達到2:1升壓。

醫(yī)學(xué)隔離：

醫(yī)用隔離變壓器必須滿足更嚴(yán)格的漏電流要求。對接地漏電、外殼漏電和病人漏電，有最大漏電電流規(guī)格。漏電是設(shè)備接地線路上的漏電流。殼體電流是指電流通過地線以外的導(dǎo)體從暴露的導(dǎo)電表面流向地面的電流。病人漏電是指正常連接到設(shè)備時，通過病人流入地面的電流。這類設(shè)備大部分已經(jīng)獲得UL/IEC60601-1認證。

適合醫(yī)療應(yīng)用的500VA隔離變壓器。通過UnderwritersLaboratories(UL)的UL60601-2規(guī)格認證，典型泄漏電流是10μA，最大漏電電流不到50μA。

U采用環(huán)形變壓器，使雜散磁場最小化，效率最大化，最大限度地減小體積。與大部分獨立的醫(yī)用變壓器一樣，它被牢固地封裝在一個鋼外殼內(nèi)，內(nèi)置熔斷器和熔斷器。

隔離變壓器的典型應(yīng)用：

絕緣變壓器最常見的應(yīng)用是用交流線路將設(shè)備隔離接地。為說明這一點，我們以開關(guān)式電源(SMPS)為例。一般電源型SMPS系統(tǒng)都存在一些與安全有關(guān)的問題。

該電源是一種采用反激拓撲結(jié)構(gòu)的線路電源。這條線路(供電)輸入線全波整流后，在初級側(cè)以黃色高亮顯示，并應(yīng)用于初級軌道。如果采用120伏線路，則高、低壓軌道之間的電壓電平大約是170伏，如果用240伏線路，那么這個值就是340伏。該整流線電壓會儲存在主電容C2內(nèi)。

需要注意的是，電源的初級部分和次級部分都將使用反激式變壓器L2和光隔離耦合器Q4進行電氣隔離。第二級分段在負(-)輸出端接地，初級段不接地。如果用接地輸入儀表來排除故障(例如示波器)，這種接地方式就存在問題。如果示波器探頭接地連接端與電源初級元件相連接，則可能引起短路，同時也會損壞主元件和示波器。

低壓主線路的供電線路與交流線路零線相連。盡管零線是在輸入端接地的，但是當(dāng)零線到達SMPS輸入時，可能會高于接地電壓幾伏，這就使得它成為示波器探頭接地的不安全接點。

絕緣變壓器主要用來對SMPS的初級部分進行電氣隔離。一旦隔離，它就可以連接到初級電路任何部分的探針接地端。這樣，不管地線夾連接到哪一點，這里都會有一個接地基準(zhǔn)，這樣就消除了初級電路短路的可能性。

如果多個設(shè)備(每一個都有自己的返回接地路徑)連接在一起，這種相同的接地隔離能力使隔離變壓器可用于診斷和糾正接地回路。

變頻器允許隔離接地，看哪一種設(shè)備是接地漏電流的來源。

分離變壓器也可以減少從線路向所連接設(shè)備或從設(shè)備傳回線路的高頻噪音。其原因在于變壓器的串聯(lián)電感和法拉第屏蔽，后者減少了變壓器兩端的電容耦合。

總結(jié)：

一個隔離變壓器可以將連接到次級繞組的設(shè)備和主繞組上的交流電源隔離，這樣就可以在次級設(shè)備上重新定義一個基準(zhǔn)面。這也允許泄漏電流的重定向和控制。與此同時，它們將使高頻諧波和噪聲的傳輸降到最低。這對測試與電源有關(guān)的設(shè)備是很有用的。