變壓器噪聲信號

    變壓器并不完美。瞬變和噪聲（射頻和低電平尖峰）通常通過變壓器，不僅通過初級和次級繞組之間的磁通線，而且還通過繞組之間的電阻和電容路徑。

    隔離變壓器用于抑制瞬變和噪聲

    變壓器設(shè)計(jì)人員必須處理兩種基本類型的噪聲信號：

    1.共模噪聲：出現(xiàn)在本地接地參考和每個(gè)電源導(dǎo)體（包括中性線和設(shè)備接地）之間的電壓形式的不需要的信號。

    2.常模噪聲：以電壓形式出現(xiàn)在線對線和線對中性線信號中的無用信號。

    那么，我們可以做些什么來抑制這種噪音呢？

    增加初級和次級繞組的物理隔離將起到神奇的作用并減少電阻和電容耦合。然而，它也將減少電感耦合并減少功率傳輸。

    這種技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用如1所示，其中變壓器噪聲去耦更進(jìn)一步，將初級和次級繞組放置在它們自己包裹的箔盒屏蔽中。

    1–高性能隔離變壓器中使用的屏蔽布置

    這種機(jī)械設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是高共模和常模噪聲衰減

    對于特定的額定功率，繞組在物理上盡可能地分開，并放置在法拉第屏蔽之間。這使得變壓器從初級到次級以及從次級到初級的噪聲衰減很大。2說明了所涉及的機(jī)制。

    繞組之間以及繞組與框架之間的電容被分解為較小的電容并分流到地，從而最大限度地減少整體耦合。

    2–噪聲抑制隔離變壓器中涉及的元件，其中：

    a.帶電容耦合的常規(guī)變壓器如所示；

    b.在初級和次級之間增加了靜電屏蔽；

    c.帶有圍繞初級和次級繞組的靜電盒屏蔽的變壓器。

    3說明了隔離變壓器如何與AC-DC電源結(jié)合以防止正常模式噪聲脈沖影響負(fù)載。

    3–隔離變壓器的常模噪聲衰減如何與AC-DC電源的濾波特性相結(jié)合，以防止噪聲傳播到負(fù)載

    5kVA噪聲抑制隔離變壓器如4所示。高質(zhì)量隔離變壓器的尺寸范圍從125VA單相到125kVA（或更多）三相。通常，輸入繞組以2.5%的間隔分接以提供額定輸出電壓，無論平均輸入電壓高還是低。

    總抽頭調(diào)節(jié)范圍通常從高于標(biāo)稱值的5%到低于標(biāo)稱值的10%。對于三相設(shè)備，典型的輸入電壓標(biāo)稱額定值為600、480、240和208V線對線，用于15kVA和更大。

    4–Topaz5000VA超隔離變壓器

    1.分接變換調(diào)節(jié)器

    分接變換穩(wěn)壓器背后的概念很簡單：調(diào)整變壓器輸入電壓以補(bǔ)償交流線電壓變化。5顯示了一個(gè)分接變換調(diào)節(jié)器。

    盡管概念上很簡單，但由于控制SCR組所需的時(shí)序波形和脈沖，系統(tǒng)的實(shí)際實(shí)施可能會(huì)變得復(fù)雜。由于SCR的快速響應(yīng)時(shí)間，可以根據(jù)市電輸入和負(fù)載的變化逐周期調(diào)整電壓。

    攻絲步長通常為2%至3%。這樣的系統(tǒng)不會(huì)在單位功率因數(shù)負(fù)載中產(chǎn)生令人反感的開關(guān)瞬變。然而，對于低PF負(fù)載，在切換電流時(shí)，輸出電壓中可能會(huì)產(chǎn)生微小但可觀察到的瞬變。這種噪聲通常對配電盤負(fù)載沒有顯著影響。

    5–分接變換電壓調(diào)節(jié)器的簡化示意

    其他操作特性包括：

    1.低內(nèi)阻（類似于等效變壓器）

    2.從滿載到25%以下的高效率

    3.對輸入交流電壓或負(fù)載電流變化的快速響應(yīng)時(shí)間（通常為一到三個(gè)周期）

    4.低噪音水平

    分接變換調(diào)節(jié)器的自耦變壓器版本如下6所示。

    6–使用自耦變壓器作為功率控制元件的分接變換電壓調(diào)節(jié)器

    1.1變比調(diào)節(jié)器

    從功能上講，可變比率調(diào)節(jié)器是分接開關(guān)的改進(jìn)版本。電機(jī)驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)壓器不是逐步調(diào)整輸出電壓，而是提供連續(xù)可變的電壓范圍?；靖拍钊?所示。

    該系統(tǒng)速度較慢，但總體上是可靠的。它非常適合將配電盤硬件輸入電壓保持在最佳工作范圍內(nèi)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)壓器通常能夠跟隨公用事業(yè)公司線路上典型的線路電壓的穩(wěn)定上升和下降。效率通常很好，接近一個(gè)好的變壓器的效率。

    7–可變比率電壓調(diào)節(jié)器

    內(nèi)部阻抗很低，可以處理負(fù)載電流的突然增加或減少，而不會(huì)出現(xiàn)過壓或過壓?？勺儽嚷收{(diào)節(jié)器的主要缺點(diǎn)是有限的電流額定值（由移動(dòng)電刷組件決定）以及需要定期維護(hù)。基本設(shè)計(jì)的變化已經(jīng)存在，包括下面8中所示的系統(tǒng)。

    電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電刷在自耦變壓器的裸露繞組上移動(dòng)，導(dǎo)致串聯(lián)變壓器對負(fù)載進(jìn)行降壓或升壓。校正電機(jī)由設(shè)備輸出端的電壓檢測電路控制。

    8–使用帶有降壓/升壓串聯(lián)變壓器的自耦變壓器的電機(jī)驅(qū)動(dòng)線路電壓調(diào)節(jié)器

    9所示的感應(yīng)調(diào)節(jié)器是變比變壓器的另一種變體。轉(zhuǎn)子沿一個(gè)方向或另一個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)會(huì)改變磁耦合并升高或降低輸出電壓。與變比變壓器一樣，感應(yīng)調(diào)節(jié)器速度較慢，但它沒有電刷，幾乎不需要維護(hù)。

    感應(yīng)調(diào)節(jié)器具有更高的感抗，并且比變比變壓器的效率稍低。

    9–旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電壓調(diào)節(jié)器

    2.可變電壓互感器

    由于它們在電壓控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，有必要更詳細(xì)地討論可變電壓變壓器的操作。許多傳統(tǒng)變壓器可以通過使用（通常）位于初級繞組上的抽頭在有限程度上改變其初級/次級比率。

    為了在改變初級和次級線圈之間的比率時(shí)獲得更大程度的靈活性，從而允許更大的次級電壓變化，使用可變電壓互感器。電壓變化量取決于設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)，通常分為以下兩類之一：

    1.刷子類型

    2.感應(yīng)式

    2.1刷子類型

    為了獲得可變的輸出電壓，變壓器次級上的一個(gè)抽頭是固定的，另一個(gè)抽頭連接到沿著變壓器線圈的未絕緣部分滑動(dòng)的電刷。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的一種方法是將線圈纏繞在環(huán)形磁芯上。

    電壓比與電刷靠在線圈上時(shí)的位置有關(guān)，并取決于電刷在線圈上允許接觸的位置。提供有限變比可變變壓器，以及可以將輸出電壓從0調(diào)整到輸入線電壓的120%左右的全范圍裝置。

    當(dāng)輸出電壓超過輸入電壓時(shí)，這意味著線圈上有額外的匝數(shù)延伸到輸入電源端子之間的繞組之外（實(shí)際上，該裝置變成了升壓變壓器）。

    當(dāng)輸出電壓超過輸入電壓時(shí)，這意味著線圈上有額外的匝數(shù)延伸到輸入電源端子之間的繞組之外（實(shí)際上，該裝置變成了升壓變壓器）。有時(shí)，轉(zhuǎn)子上會(huì)安裝一個(gè)控制機(jī)構(gòu)來轉(zhuǎn)動(dòng)電刷，從而自動(dòng)調(diào)整輸出電壓。

    這種變壓器的一個(gè)重要特性與電刷接觸和流經(jīng)碳刷的電流量有關(guān)。僅基于輸出kVA的額定值會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的操作問題，因?yàn)閷τ诮o定的kVA負(fù)載，消耗的電流取決于輸出電壓。

    因?yàn)檩敵鲭妷菏强勺兊模o定kVA值的負(fù)載可以在100%電壓下汲取安全電流，但在25%電壓下，為相同kVA值的負(fù)載服務(wù)所需的電流將需要四倍的電流，這可能會(huì)導(dǎo)致刷子過熱。

    2.2感應(yīng)式

    感應(yīng)式可變變壓器不使用電刷。這些裝置的通常電壓變化為±10%，但也可能更大。該設(shè)備本質(zhì)上是一個(gè)可變比率自耦變壓器，它使用兩個(gè)獨(dú)立的繞組，一個(gè)初級和一個(gè)次級。有一個(gè)疊層鋼定子，其上纏繞著用作次級線圈的繞組。該繞組與負(fù)載串聯(lián)。

    初級線圈跨電源線連接。并聯(lián)繞組纏繞在轉(zhuǎn)子上。結(jié)構(gòu)與電機(jī)相似，不同之處在于，在這種情況下，轉(zhuǎn)子只能旋轉(zhuǎn)180度的機(jī)械和電氣角度。

    因此，輸出電壓可以通過添加或減去次級繞組中感應(yīng)的電壓來改變。提供單相和三相變壓器。這些類型變壓器的額定值從8kVA、120V單相到1500kVA、480V三相不等。