隔离变压器：原理、应用及其特别之处

隔离变压器（Isolation Transformer）是一种专门设计用于电气隔离的变压器。它通过在输入绕组和输出绕组之间提供电气隔离，防止触碰带电部件的风险，确保用电安全。隔离变压器起初在欧洲的电力行业应用广泛，如今在电子工业、工矿企业、机床、机械设备以及控制电源、安全照明和指示灯电源中得到广泛使用。隔离变压器的典型变比为1:1，旨在实现高电气隔离和抑制共模干扰。

一、隔离变压器的工作原理
隔离变压器的核心功能是在交流电源线（主电源）与用电设备之间实现电气隔离。其主要用途包括：

• 电气隔离：将次级绕组与地面隔离，防止电击。
• 电压升降：尽管隔离变压器通常保持1:1的变比，但在某些情况下也能用于电压的升降。
• 噪声抑制：减少从初级绕组到次级绕组的线路噪声，及其反向传递的噪声。

变压器的能量守恒定律表明，如果忽略损耗，初级电压（VP）与初级电流（IP）的乘积等于次级电压（VS）与次级电流（IS）的乘积。变压器的额定功率通过初级绕组的有效电压与有效电流的乘积计算，单位为伏安（VA）。

原理图上的定相点标记初级和次级电流的方向。准确的定相对于绕组的串联或并联配置至关重要。法拉第屏蔽是一种静电屏蔽技术，可减少初级绕组与次级绕组之间的电容耦合，并通常接地。该屏蔽有助于降低通过变压器的共模噪声和瞬态信号。

隔离变压器中的初级和次级绕组具有高度绝缘，以最大程度地减少直接电导。绝缘性能通常通过漏电电流来衡量，绝大多数隔离变压器还使用高电势测试仪器进行耐压测试，以确保绝缘质量。

二、隔离变压器与普通变压器的区别
普通变压器的主要功能是改变电压，分为降压变压器和升压变压器，原副边线圈的匝数一般不相等。普通变压器的重点在于电压转换，而隔离变压器的核心任务是电气隔离，因此其原副边绕组的匝数通常相等（变比为1:1），主要用于保证电气安全，而非电压转换。例如，用于防止主电路高压侵入脉冲数控装置的脉冲变压器也是隔离变压器的一种应用。

隔离变压器的独特之处包括：

• 初级接地，次级不接地：次级绕组与地面隔离，防止电击。
• 隔离层设计：初级和次级绕组之间有额外的隔离层，该层接地以实现有效隔离。

这种设计使得次级绕组不与地面连接，从而避免了静电干扰和静电击穿的风险。隔离变压器常用于隔离市电中的杂质，保障设备安全。尽管隔离变压器的基本原理与普通变压器相同，但其重点在于电气隔离。除了1:1的变比，隔离变压器还可以用于各种控制电源和电子设备中，如电子管扩音机、示波器和车床控制变压器等。

三、隔离变压器的典型应用
隔离变压器最常见的应用是将设备与交流电源接地隔离。以下是具体应用实例：

• 开关模式电源（SMPS）：在反激式拓扑结构的SMPS中，隔离变压器用于电气隔离，以确保安全并防止短路。初级和次级区段通过隔离变压器和光隔离耦合器实现电气隔离，这样可以安全地对初级电路进行故障排除。
• 诊断和纠正接地回路：隔离变压器对于诊断和修复接地回路问题非常有用，能够有效隔离接地漏电电流来源。
• 减少高频噪声：隔离变压器通过串联电感和法拉第屏蔽减少从线路传输到设备的高频噪声，改善电气系统的整体性能。

通过提供电气隔离和噪声抑制功能，隔离变压器不仅提升了设备的安全性，还优化了电气系统的运行效果。

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