Izolační transformátor: Principy, aplikace a charakteristické vlastnosti

An izolační transformátor je specializovaný transformátor určený k elektrické izolaci. Tím, že poskytuje elektrické oddělení mezi vstupním a výstupním vinutím, pomáhá předcházet riziku úrazu elektrickým proudem a zajišťuje elektrickou bezpečnost. Zpočátku byly izolační transformátory široce používány v evropské energetice a dnes nacházejí široké uplatnění v elektronickém průmyslu, průmyslových a těžebních podnicích, obráběcích strojích, strojních zařízeních, řídicích napájecích zdrojích, bezpečnostním osvětlení a zdrojích indikačních světel. Typicky mají izolační transformátory poměr závitů 1:1, jehož cílem je dosáhnout vysoké elektrické izolace a potlačit rušení v běžném režimu.

1. Princip činnosti izolačních transformátorů
Základní funkcí oddělovacího transformátoru je zajistit elektrickou izolaci mezi zdrojem střídavého proudu (primární strana) a zátěží (sekundární strana). Mezi jeho primární použití patří:

Elektrická izolace: Izoluje sekundární vinutí od země, aby se zabránilo úrazu elektrickým proudem.
Nastavení napětí: Ačkoli izolační transformátory obvykle udržují poměr otáček 1:1, lze je v některých případech také použít pro zvýšení nebo snížení napětí.
Potlačení šumu: Snižuje šum linky z primárního do sekundárního vinutí a naopak.
Podle zákona zachování energie pro transformátory se při zanedbání ztrát součin primárního napětí (VP) a primárního proudu (IP) rovná součinu sekundárního napětí (VS) a sekundárního proudu (IS). Jmenovitý výkon transformátoru se vypočítá jako součin efektivního napětí a efektivního proudu na primárním vinutí, měřeno ve voltampérech (VA).

Ve schematickém diagramu bod fázování označuje směr primárních a sekundárních proudů. Přesné fázování je rozhodující pro sériové nebo paralelní konfigurace vinutí. Faradayovo stínění je technika elektrostatického stínění používaná ke snížení kapacitní vazby mezi primárním a sekundárním vinutím, obvykle uzemněným. Toto stínění pomáhá snížit šum v běžném režimu a přechodné signály přes transformátor.

Primární a sekundární vinutí v izolačním transformátoru jsou vysoce izolované, aby se minimalizovalo přímé vedení. Izolační výkon se obvykle měří svodovým proudem a většina izolačních transformátorů je také podrobena vysokopotenciálnímu testování, aby byla zajištěna kvalita izolace.

2. Rozdíly mezi izolačními transformátory a běžnými transformátory
Primární funkcí běžného transformátoru je měnit napětí, rozdělené na snižovací a zvyšující transformátory, s různými poměry závitů mezi primárním a sekundárním vinutím. Běžné transformátory se zaměřují na konverzi napětí, zatímco izolační transformátory jsou soustředěny kolem elektrické izolace, obvykle mají stejné poměry závitů (1:1). Tato konstrukce je určena k zajištění elektrické bezpečnosti spíše než k přeměně napětí. Například pulzní transformátory používané k zabránění vstupu vysokého napětí do pulzních CNC zařízení jsou také aplikacemi izolačních transformátorů.

ITEU-SP4K Izolační transformátor

Mezi jedinečné aspekty izolačních transformátorů patří:

• Primární uzemnění, sekundární plovoucí: Sekundární vinutí je izolováno od země, aby se zabránilo úrazu elektrickým proudem.
• Konstrukce izolační vrstvy: Dodatečná izolační vrstva mezi primárním a sekundárním vinutím, uzemněná pro účinnou izolaci.

Tato konstrukce zajišťuje, že sekundární vinutí není spojeno se zemí, čímž se předchází riziku elektrostatického rušení a poruchy. Izolační transformátory se běžně používají k izolaci nečistot v síťovém napájení a zajišťují bezpečnost zařízení. Navzdory sdílení základních principů s běžnými transformátory se oddělovací transformátory zaměřují na elektrickou izolaci. Kromě poměru závitů 1:1 se izolační transformátory používají v různých řídicích napájecích zdrojích a elektronických zařízeních, jako jsou elektronkové zesilovače, osciloskopy a řídicí transformátory soustruhu.

3. Typické aplikace oddělovacích transformátorů
Izolační transformátory se nejčastěji používají k izolaci zařízení od země zdroje střídavého proudu. Mezi konkrétní aplikace patří:

• Spínané napájecí zdroje (SMPS): V flyback topologii SMPS se k elektrické izolaci používají oddělovací transformátory, aby byla zajištěna bezpečnost a zabránilo se zkratům. Elektrická izolace je dosažena prostřednictvím transformátoru a optočlenů, což umožňuje bezpečné řešení problémů primárních obvodů.
• Diagnostika a korekce zemní smyčky: Izolační transformátory jsou cenné pro diagnostiku a opravu problémů se zemní smyčkou, protože účinně izolují zdroj zemních svodových proudů.
• Snížení vysokofrekvenčního šumu: Začleněním sériové indukčnosti a Faradayova stínění snižují izolační transformátory vysokofrekvenční šum přenášený z vedení do zařízení, čímž zvyšují celkový výkon elektrických systémů.

Zajištěním elektrické izolace a potlačení hluku, izolační transformátory nejen zvýšit bezpečnost zařízení, ale také optimalizovat výkon elektrických systémů.