1 概述

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)生的電壓變化對敏感設(shè)備帶來的干擾問題。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隔

離變壓器，以及它們的抗干擾效果。

2 最簡單的隔離變壓器

最簡單的隔離變壓器是一種在初級與次級之間不設(shè)屏蔽

層、匝數(shù)為一比一的變壓器，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題。根據(jù)最簡單

的隔離變壓器主要解決了初、次級之間隔離，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，最簡單的隔離變壓器對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共

模干擾抑制作用的原理分析簡圖。

由于共模干擾是一種相對大地的干擾，所以它不會(huì)通過變

壓器來傳遞，而必須通過變壓器繞組間的耦合電容傳遞。

我們用一個(gè)裝置電容（裝置對地的分布電容）來與整個(gè)用

電設(shè)備等效，其典型值為0.01 μF。而一臺普通隔離變壓器

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，共模干擾通過變壓器的

耦合電容，經(jīng)過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

小來分壓，分壓比為C 2 /C 1 ＝0.01 ×10 －6 /1000 ×10 －12 ＝10

亦即干擾的衰減為10 倍（20dB）。

有一個(gè)測試實(shí)例說，某1kVA 隔離變壓器，e 1 用1 μs共模三角波注入，在變變 圧 器次級測得的共模衰減約為5dB.

3 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、次級之間的耦合電容值。為此，在

初、次級之間設(shè)立屏蔽層（有些書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與次級之間的分布電容被

屏蔽層一分為二，初級與屏蔽層之間的為圖中畫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與次級之間的分布電容被屏蔽層一分為二，初級與屏蔽層之間的為C 1 ，次級與屏蔽

層之間的為C 2 ，屏蔽層的接地阻抗為Z E ，負(fù)載對地的阻抗為Z 2 。這樣變壓器由初級傳到次級的共模電壓實(shí)際上要經(jīng)

過兩次分壓，即過兩次分壓，即Z C1 與Z E 的第一次分壓；Z C2 與Z 2 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

變小（變壓器的屏蔽層可靠接地），便能奏效。通常帶屏蔽層隔離變壓器的共模衰減做到的第二次分壓。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.

有一種比前一張圖更好的結(jié)構(gòu)，是在初、次級繞組繞好，

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，并使其良好接地，包括引出線也全

部屏蔽起來，見下圖所示。這種結(jié)構(gòu)使得初級的干擾電流

大部分流入大地，進(jìn)一步改善了隔離變壓抑的性能。

上面的分析是針對電網(wǎng)中的共模干擾來說的，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去。如果

初級有中心抽頭，那么屏蔽層最好接在中心抽頭上。如果變

壓器初級無中心抽頭，則用低阻抗的金屬條將屏蔽層連到初

級的中線端，參見圖中。對上面的分析是針對電網(wǎng)中的共模干擾來說的，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去。如果

初級有中心抽頭，那么屏蔽層最好接在中心抽頭上。如果變

壓器初級無中心抽頭，則用低阻抗的金屬條將屏蔽層連到初

級的中線端，參見圖中。對50Hz的電網(wǎng)頻率來說，由于初

級繞組與屏蔽層之間容抗值很高，50Hz的市電還是要通過

變壓器效應(yīng)送到負(fù)載側(cè)，未作任何衰減。對于頻率較高的差

模干擾，由于初級繞組與屏蔽層間的容抗變小，屏蔽層與初

級繞組之間的金屬條趨向于使有害的差模干擾給短路掉。

4 高性能隔離變壓器（超級隔離變壓器）

已經(jīng)看到，帶屏蔽層隔離變壓器對于電網(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）。

超級隔離變壓器,是一臺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是超級隔離變壓

器的例子，作為對比，將普通隔離變壓器的結(jié)構(gòu)畫在圖是超級隔離變壓器的例子，作為

對比，將普通隔離變壓器的結(jié)構(gòu)畫在圖b中。

從圖a 可知，超級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。對于功率

較大的變壓器，也可以選用形鐵芯，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。

為了減少初級繞組與次級繞組之間的分布電容，線圈的繞制不能采用傳統(tǒng)的初級與次級迭繞成交叉繞制的方法，而

應(yīng)當(dāng)將初級與次級繞組分別繞制。在E形鐵芯中，初級線圈與次級線圈采用上下同心式結(jié)構(gòu)，初級線圈繞在鐵心的

上半部分，次級線圈繞在鐵心的下半部分，套裝在鐵芯的中柱上。對C形鐵芯，初級和次級繞組各分成一半，分別

分布在兩個(gè)鐵心柱上，每個(gè)鐵芯柱上的半個(gè)初級繞組和半個(gè)次級繞組按上、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，即其次級側(cè)的線圈繞在里面，在

次級線圈的外面再繞初級線圈。從變壓器的電磁轉(zhuǎn)換的效率上來說，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傳導(dǎo)到次級去。

對超級隔離變壓器而言，要使線圈一點(diǎn)也不外露，必須對其進(jìn)行嚴(yán)密的多重盒式屏蔽。把包好絕緣的初級和次級繞

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，在超級隔離變壓器初級與次級線圈之間又插進(jìn)對超級隔離變壓器而言，要使線圈一點(diǎn)也不外露，必須對

其進(jìn)行嚴(yán)密的多重盒式屏蔽。把包好絕緣的初級和次級繞組分別放進(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，在超級隔離變壓器初級與次級線圈之間又插進(jìn)“磁

場屏蔽板磁場屏蔽板”，專門用來隔離初級與次級線圈之間的泄漏電感，以防止泄漏電感將初級這一側(cè)的干擾感應(yīng)至次級這一

側(cè)。最后，超級隔離變壓器必須對初級和次級繞組的引出線進(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，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。

對一個(gè)良好的接地來說，即使對于高頻干擾也應(yīng)體現(xiàn)出極低的接地阻抗。超級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)，初級繞組的屏蔽接電源側(cè)地；次級繞組的屏蔽接設(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)際不同的使用場合進(jìn)行適當(dāng)連線。

為了進(jìn)一步改善超級隔離變壓器對差模的抑制能力，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

變壓器的次級輸出電壓，流過電容的電流取變壓器負(fù)載電流。則當(dāng)電源頻率為為了進(jìn)一步改善超級隔離變壓器對差模的抑制能力，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輸出電壓，流過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 I ₂ /U ₂

式中，I ₂ 為變壓器次級的負(fù)載電流，A ；

U ₂ 為變壓器次級的負(fù)載電壓，V ；

C 為并聯(lián)電容的電容量，μF 。

目前已有現(xiàn)成的超級隔離變壓器在產(chǎn)品市場上出售，其額定功率從

目前已有現(xiàn)成的超級隔離變壓器在產(chǎn)品市場上出售，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。 

最后將三種隔離變壓器的基本性能給出在表中

從中可以看出，超級隔離變壓器從10kHz開始對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。對于共模干擾的衰減幾乎從直流開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，

衰減曲線開始有點(diǎn)起伏。由此可見，超級隔離變壓器對干擾確有良好的抑制作用，特別是對低頻部分的衰減是普通

電源線濾波器所不能比擬的，這也正是人們對這種變壓器給予關(guān)注的原因所在。對于頻率更高干擾的衰減可以通過

與電源線濾波器的級聯(lián)來達(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。

5 隔離變壓器的安裝

隔離變壓器的安裝要求與濾波器相似，要避免初級與次級之間的電磁耦合。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。