變換電能以及把電能從一個(gè)電路傳遞到另一電路的靜止電磁裝置稱為變壓器。在交流電路中，借助變壓器能夠變換交流電壓、電流和波形。每次變換通常是能準(zhǔn)通過(guò)電磁方式傳遞到另一電路，而與該電路無(wú)直接聯(lián)系。但也可通過(guò)電磁一電的方式進(jìn)行變換，這種變壓器稱為自藕變壓器。
應(yīng)該指出，變壓器同時(shí)變換的不是一個(gè)而是幾個(gè)電參數(shù)。例如，在變換電壓時(shí)，電流同時(shí)也產(chǎn)生變化。變壓器在電子設(shè)備中占有很重要的地位，電源設(shè)備中交流電壓和直流電壓幾乎都由變壓器通過(guò)變換、整流而獲得。在電路的隔離、匹配及阻抗變換等方面絕大多數(shù)是通過(guò)變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。簡(jiǎn)單的變壓器原理由閉合的導(dǎo)磁體（鐵心）和兩個(gè)繞組組成。其 中一個(gè)繞組與交流電源相連接，我們稱其為變壓器初級(jí)繞阻；另一個(gè)繞組與負(fù)載相連，該繞組稱做變壓器次級(jí)繞組。
隔離變壓器是電源線抗干擾的一種常用措施，用以解決設(shè) 備間的電氣隔離。通過(guò)浮地，較好地解決了電路環(huán)流在公 共阻抗上產(chǎn)生的電壓變化對(duì)敏感設(shè)備帶來(lái)的干擾問(wèn)題。但 是隔離變壓器的作用還不止這些，即使是普通的隔離變壓 器，它對(duì)于設(shè)備所經(jīng)受的共模干擾也有一定抑制作用，只 是效果較差。隨著變壓器屏蔽層的采用，再在隔離變壓器結(jié)構(gòu) 上采取一定措施，變壓器的抗干擾能力會(huì)有很大提高。本章講述普通隔離變壓器、帶屏蔽層的隔離變壓器和超級(jí)隔離變壓器，以及它們的抗干擾效果。
1,最簡(jiǎn)單的隔離變壓器 :最簡(jiǎn)單的隔離變壓器是一種在初級(jí)與次級(jí)之間不設(shè)屏蔽 層、匝數(shù)為一比一(或者按需配置比例）的變壓器，主要用于解決輸入與輸出間 的電氣隔離，從而解決兩者之間的共地問(wèn)題。根據(jù)最簡(jiǎn)單 的隔離變壓器主要解決了初、次級(jí)之間隔離，或者絕緣的 這一特點(diǎn)，所以我們有時(shí)也把它稱為絕緣變壓器， 應(yīng)該指出，最簡(jiǎn)單的隔離變壓器對(duì)于共模干擾也有一定的 抑制作用，但效果一般。圖中給出了普通隔離變壓器對(duì)共模干擾抑制作用的原理分析簡(jiǎn)圖。
| C ：繞組間的分布電容； Z ：繞組間的耦合阻抗； Z2 ：負(fù)載對(duì)地的等效阻抗； e1 ：初級(jí)干擾（共模電壓）； e2 ：次級(jí)干擾（共模電壓）。 e =e Z /Z |
由于共模干擾是一種相對(duì)大地的干擾，所以它不會(huì)通過(guò)變 壓器來(lái)傳遞，而必須通過(guò)變壓器繞組間的耦合電容傳遞。 我們用一個(gè)裝置電容（裝置對(duì)地的分布電容）來(lái)與整個(gè)用 電設(shè)備等效，其典型值為0.001 μF 。而一臺(tái)普通隔離變壓器 的耦合電容為幾百至上千 PF，今假定為 1000PF.這樣我們 就得到了如前圖所示的干擾通路，共模干擾通過(guò)變壓器的 耦合電容，經(jīng)過(guò)裝置電容再返回大地的。共模電壓就按照 由變壓器耦合電容與裝置電容構(gòu)成的分壓器中電容量的大 小來(lái)分壓，分壓比為
C2 /C1= 0.01×10－6/1000×10－12 =10
亦即干擾的衰減為 10倍（20db）。
有一個(gè)測(cè)試實(shí)例說(shuō)，某1kVA隔離變壓器，e1用1us 共模三 角波注入，在變圧器次級(jí)測(cè)得的共模衰減約為5dB（實(shí)際衰 減尚不足一半）。
2,帶屏蔽層的隔離變壓器 :上述例子表明，要使變壓器獲得優(yōu)良的共模抑制性能，其 關(guān)鍵是設(shè)法減小初、次級(jí)之間的耦合電容值。為此，在 初、次級(jí)之間設(shè)立屏蔽層（有些書(shū)上把這一屏蔽層稱為法 拉弟屏蔽層，F(xiàn)araday屏蔽層），它不影響變壓器的能量 傳輸，但影響了繞組間的耦合電容。 圖中畫(huà)出了帶屏蔽層隔離變壓器的共模干擾通路。從圖中 可以看出，普通隔離變壓器初級(jí)與次級(jí)之間的分布電容被 屏蔽層一分為二，初級(jí)與屏蔽層之間的為C1 ，次級(jí)與屏蔽 層之間的為C2，屏蔽層的接地阻抗為ZE ，負(fù)載對(duì)地的阻抗 為Z2 。這樣變壓器由初級(jí)傳到次級(jí)的共模電壓實(shí)際上要經(jīng) 過(guò)兩次分壓，即ZC1 與Z1 的第一次分壓； ZC2 與 Z2的第二次 分壓。要使共模衰減變大，只要變壓器屏蔽層的接地阻抗 變?。ㄗ儔浩鞯钠帘螌涌煽拷拥兀?，便能奏效。通常帶屏蔽層隔離變壓器的共模衰減做到60-80dB 是可能的。
| C1:初級(jí)-屏蔽層的分布電容； C2:次級(jí)-屏蔽層的分布電容； ZC1:C1的阻抗； ZC2:C2的阻抗； ZE ：屏蔽層的接地阻抗； Z2 ：負(fù)載的對(duì)地阻抗； e1 ：初級(jí)共模干擾電壓； e2 ：次級(jí)共模干擾電壓。 e2 =e1×(ZF/ZC1 ) ×(Z2 /ZC2 ) 因ZC1 》ZE ，ZC2 》Z2 ，故e1 》e2 |
有一種比前一張圖更好的結(jié)構(gòu)，是在初、次級(jí)繞組繞好， 包好絕緣后，再放入用金屬箔做成的盒子（法拉弟屏蔽 盒），全部密封起來(lái)，并使其良好接地，包括引出線也全 部屏蔽起來(lái)，見(jiàn)下圖所示。這種結(jié)構(gòu)使得初級(jí)的干擾電流 大部分流入大地，進(jìn)一步改善了隔離變壓抑的性能。
上面的分析是針對(duì)電網(wǎng)中的共模干擾來(lái)說(shuō)的，事實(shí)上電網(wǎng)中 還存在差模干擾，利用隔離變壓器的屏蔽層還可以衰減差模 干擾。具體的做法是，將變壓器的屏蔽層接到初級(jí)去。如果 初級(jí)有中心抽頭，那么屏蔽層最好接在中心抽頭上。如果變 壓器初級(jí)無(wú)中心抽頭，則用低阻抗的金屬條將屏蔽層連到初 級(jí)的中線端，參見(jiàn)圖中。對(duì)50Hz 的電網(wǎng)頻率來(lái)說(shuō)，由于初 級(jí)繞組與屏蔽層之間容抗值很高，50Hz 的市電還是要通過(guò) 變壓器效應(yīng)送到負(fù)載側(cè)，未作任何衰減。對(duì)于頻率較高的差 模干擾，由于初級(jí)繞組與屏蔽層間的容抗變小，屏蔽層與初 級(jí)繞組之間的金屬條趨向于使有害的差模干擾給短路掉。 上述干擾抑制措施，同樣適合于開(kāi)關(guān)電源高頻變壓器設(shè) 計(jì)。
3,高性能隔離變壓器（超級(jí)隔離變壓器） 已經(jīng)看到，帶屏蔽層隔離變壓器對(duì)于電網(wǎng)中存在的共模和 差模干擾都有一定的抑制作用，所以這種變壓器在日常的 抗干擾措施中是作為一種用途很廣的措施在使用。那么有 沒(méi)有一種比帶屏蔽層隔離變壓器性能更好隔離變壓器可供 使用呢？答案是肯定的，這就是高性能的隔離變壓器，也 稱超級(jí)隔離變壓器（意思是這種隔離變壓器的隔離和抗干 擾性能超群）。 超級(jí)隔離變壓器是一臺(tái)性能比較完善的變壓器， 除了有一般的隔離功能外 ,還同 時(shí)兼有抗共模和 差模干擾的能 力，而且各項(xiàng)指標(biāo)都較高。圖a 是超級(jí)隔離變壓 器的例子，作為 對(duì)比，將普通隔離變壓器的結(jié)構(gòu) 畫(huà)在圖b 中。
從圖a可知，超級(jí)隔離變壓器一般采用E形鐵芯，鐵芯的夾 件和變壓器的屏蔽外殼做成一體，直接用螺栓與鐵芯緊固 在一起，使變壓器的整體結(jié)構(gòu)緊湊。鐵芯的材料采用在高 頻雜波分量作用下其磁導(dǎo)率會(huì)急劇下降的材料。對(duì)于功率 較大的變壓器，也可以選用C形鐵芯，以減輕變壓器的重 量。
為了減少初級(jí)繞組與次級(jí)繞組之間的分布電容，線圈的繞 制不能采用傳統(tǒng)的初級(jí)與次級(jí)迭繞成交叉繞制的方法，而 應(yīng)當(dāng)將初級(jí)與次級(jí)繞組分別繞制。在E形鐵芯中，初級(jí)線 圈與次級(jí)線圈采用上下同心式結(jié)構(gòu)，初級(jí)線圈繞在鐵心的 上半部分，次級(jí)線圈繞在鐵心的下半部分，套裝在鐵芯的 中柱上。對(duì)C形鐵芯，初級(jí)和次級(jí)繞組各分成一半，分別 分布在兩個(gè)鐵心柱上，每個(gè)鐵芯柱上的半個(gè)初級(jí)繞組和半 個(gè)次級(jí)繞組按上、下同心式套裝。這樣可以大大減小兩個(gè) 繞組間的分布電容，增加繞組間的漏感，使進(jìn)入次級(jí)的共 模干擾與差模干擾大幅減少。相形之下，在圖b 的普通隔 離變壓器的結(jié)構(gòu)圖中，可以很清楚的看到變壓器的線圈是 采用所謂同心配置構(gòu)造，即其次級(jí)側(cè)的線圈繞在里面，在 次級(jí)線圈的外面再繞初級(jí)線圈。從變壓器的電磁轉(zhuǎn)換的效 率上來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)很好的電力轉(zhuǎn)換變壓器，但這種結(jié)構(gòu) 也非常容易將干擾從初級(jí)傳導(dǎo)到次級(jí)去。
對(duì)超級(jí)隔離變壓器而言，要使線圈一點(diǎn)也不外露，必須對(duì) 其進(jìn)行嚴(yán)密的多重盒式屏蔽。把包好絕緣的初級(jí)和次級(jí)繞 組分別放進(jìn)各自的法拉弟屏蔽盒。要注意屏蔽盒既要密 閉，又不能短路，而且要有良好的接地。目前大多采用在 絕緣薄膜上覆銅箔的材料制作屏蔽盒。當(dāng)然也可采用銅箔 直接包制，但體積、重量要比前一種方法大，代價(jià)也高。 另外，在超級(jí)隔離變壓器初級(jí)與次級(jí)線圈之間又插進(jìn)“磁 場(chǎng)屏蔽板” ，專門用來(lái)隔離初級(jí)與次級(jí)線圈之間的泄漏電 感，以防止泄漏電感將初級(jí)這一側(cè)的干擾感應(yīng)至次級(jí)這一 側(cè)。 最后，超級(jí)隔離變壓器必須對(duì)初級(jí)和次級(jí)繞組的引出線進(jìn) 行嚴(yán)格屏蔽。引出線必須采用屏蔽線或雙層屏蔽線，其屏 蔽層與各自屏蔽盒焊接起來(lái)，兩個(gè)法拉弟屏蔽盒的引出線 要盡可能短，并從不同方向引出。
超級(jí)隔離變壓器安裝時(shí)必須要有良好的接地。接地不限于 大地，在同一回路中被看成等電位的良導(dǎo)體都認(rèn)為是地。 對(duì)一個(gè)良好的接地來(lái)說(shuō)，即使對(duì)于高頻干擾也應(yīng)體現(xiàn)出極 低的接地阻抗。 超級(jí)隔離變壓器的接線視使用情況不同而不同，從考慮與 接地的最佳連接條件出發(fā)，初級(jí)繞組的屏蔽接電源側(cè)地； 次級(jí)繞組的屏蔽接設(shè)備側(cè)的地；法拉弟屏蔽接大地；變壓 器與電源側(cè)和負(fù)載側(cè)的連接線采用雙層屏蔽線，外層屏蔽 接變壓器外殼，內(nèi)層分別接電源側(cè)和負(fù)載側(cè)的地。用戶也 可以根據(jù)實(shí)際不同的使用場(chǎng)合進(jìn)行適當(dāng)連線。 為了進(jìn)一步改善超級(jí)隔離變壓器對(duì)差模的抑制能力，可在 變壓器的輸出端并聯(lián)一個(gè)電容器，電容器的工作電壓高于 變壓器的次級(jí)輸出電壓，流過(guò)電容的電流取變壓器負(fù)載電 流。則當(dāng)電源頻率為50Hz時(shí)，電容器的電容量為 C ≥320 I2/U2
式中， I2為變壓器次級(jí)的負(fù)載電流，A
U2 為變壓器次級(jí)的負(fù)載電壓，U
C為并聯(lián)電容的電容量，μF
目前已有現(xiàn)成的超級(jí)隔離變壓器在產(chǎn)品市場(chǎng)上出售，其額 定功率從100VA至幾十kVA 。典型差模衰減量為60B 。共 模衰減量則按大小形成若干系列，如美國(guó)TOPAZ公司推 出的4個(gè)系列（40 系列、30 系列、20 系列和10 系列），其 共模衰減能力分別達(dá)到152dB、146dB、140dB和126dB。
從中可以看出，超級(jí)隔離變壓器從10kHz開(kāi)始對(duì)差模干擾 有衰減作用，在1MHz附近衰減量達(dá)到60dB左右，在這以 后由于分布參數(shù)的作用，衰減曲線變得有點(diǎn)起伏不定。對(duì) 于共模干擾的衰減幾乎從直流開(kāi)始即有極好的衰減特性 （在圖中已看不出它的確切數(shù)值，說(shuō)明衰減量要遠(yuǎn)大于 80dB），只是到了10MHz之后，由于分布參數(shù)的作用， 衰減曲線開(kāi)始有點(diǎn)起伏。由此可見(jiàn)，超級(jí)隔離變壓器對(duì)干 擾確有良好的抑制作用，特別是對(duì)低頻部分的衰減是普通 電源線濾波器所不能比擬的，這也正是人們對(duì)這種變壓器 給予關(guān)注的原因所在。對(duì)于頻率更高干擾的衰減可以通過(guò) 與電源線濾波器的級(jí)聯(lián)來(lái)達(dá)到，這樣從低頻到高頻都可以 得到比較理想的干擾抑制特性。
隔離變壓器的安裝 :隔離變壓器的安裝要求與濾波器相似，要避免初級(jí)與次 級(jí)之間的電磁耦合。下圖給出了一些安裝的例子。另 外，隔離變壓器的屏蔽層連接線必須粗、短，而且要直 接，否則在高頻時(shí)的屏蔽效果就要下降。
