了解隔离变压器的设计基础

　　隔离变压器充当负载和电源之间的缓冲器。隔离变压器用于为非线性负载提供更清洁的电力，并防止谐波向上游移动到电源中。隔离变压器以及电抗器可用于减少电机驱动电流的失真。

　　隔离变压器为交流和直流电机驱动器提供电流谐波的无功控制，无论它们是静态桥还是可控硅整流器 (SCR)开关输入类型。电流谐波的减少改善了线路电流波形失真，从而改善了驱动负载的功率因数并减少了变压器前馈线中的电压波形失真影响。

　　驱动隔离变压器

　　驱动隔离变压器是专门设计的隔离变压器，放置在系统电源和电子电机驱动器或驱动器组之间（参见图 1）。驱动隔离变压器执行的三个基本功能是电压变化、降低驱动感应接地电流和降低共模噪声。它们为直流驱动器和变频交流驱动器应用提供了类似的优势。

　　图 1. 驱动隔离变压器放置在电源和电机驱动之间。

　　所有的双绕组变压器都是隔离变压器。然而，通用变压器并未完全满足电机驱动应用的要求，因为它们无法承受满载时的高失真水平而不会过热。此外，机械应力会缩短许多标准变压器在提供直流电机驱动电流瞬变时的预期寿命。电机驱动过程控制应用的严重循环特性是缩短预期寿命的另一个因素。

　　设计

　　用作驱动隔离变压器的变压器需要特殊设计。驱动隔离变压器设计有额外的电抗，以减少与非线性负载影响相关的电能质量问题（参见图 2）。驱动隔离变压器必须能够承受非线性驱动负载的热效应并在远高于环境温度的温度下运行。

　　图 2. 驱动隔离变压器具有额外的支撑以承受机械力、高电抗线圈以控制电流，并增加了气流以实现额外的冷却。

　　驱动隔离变压器还必须承受由交流和直流电机驱动应用的高循环负载需求引起的热应力和机械应力。许多负载具有类似于交流和直流电机驱动器的特性。这是因为负载输入设计有三相静态二极管或三相六脉冲 SCR 桥式整流器电路。驱动隔离变压器还可以控制此类负载对初级电力系统的影响。驱动隔离变压器用于多种应用，包括三相整流器输入直流电源、可控硅控制炉加热和三相开关模式电源。

　　驱动隔离变压器提供的好处可能会有所不同，并且与系统相关。例如，谐波失真的一些问题是由于驱动器对于用户的供电能力来说太大了。另一个问题可能是驱动器和受影响的负载共享具有大源阻抗的长服务线的结果。在这些条件下，驱动隔离变压器的附加电抗可能对相关问题几乎没有改善或根本没有改善。此类安装的解决方案通常是重新布置配电线路和负载，或在电气系统的适当位置安装谐波滤波器。

　　接地和屏蔽

　　适当的接地做法以及驱动隔离变压器用于减少共模噪声的影响。如果驱动隔离变压器的次级为星形连接，则可以接地（参见图 3）。一般来说，将次级接地具有三个显着的好处。接地可为变压器的负载侧提供卓越的瞬态和脉冲抗扰度。接地可减少从初级到次级的共模噪声耦合。当系统接地时，感应接地电流不会向上游传输到主系统。但是，如果次级中性线接地，某些电机驱动设计将无法正常工作。在这种情况下，必须遵循电机驱动制造商的建议。

　　图 3. 接地次级有助于降低噪声并提高电能质量

　　独立派生系统

　　与简单的线路电抗器相比，驱动隔离变压器的次级反映了一个独立派生的系统，该系统与初级电源电气隔离。在次级接地的情况下，作为单独派生系统接线的变压器可防止共模噪声和瞬变从初级源传输到驱动器，以及从驱动器传输到初级系统。

　　静电屏蔽

　　只有在次级未接地时，静电屏蔽才能防止共模噪声从变压器初级转移到次级。一些实验表明，工业系统中的典型噪声和瞬变通过屏蔽变压器传递的效果要好于没有屏蔽的变压器。如果驱动变压器的次级未接地或使用高电阻接地系统，则静电屏蔽会很有帮助。但是，如果驱动隔离变压器的次级接地，则不会在次级中性点和地之间感应出初级源共模噪声。在这些情况下，静电屏蔽是没有用的。

　　电抗器和驱动隔离变压器

　　线路电抗器和驱动隔离变压器提供了对失真电流谐波和线路陷波的无功控制。然而，这是它们相似的程度（见图 4）。

　　表 1. 电抗器和驱动隔离变压器执行不同的功能。电抗器最擅长控制线路电抗和控制短路电流。驱动隔离变压器最擅长隔离、电压控制和降噪

　　驱动隔离变压器比电抗器具有额外的优势，因为它们的星形连接次级可以接地。这有助于保护电机驱动系统免受源自主电源的共模瞬变的影响。驱动隔离变压器还可以保护主电源免受电机驱动系统产生的共模能量的影响。此外，将变压器次级单独接地可防止接地电流通过初级接地系统传回。