隔离变压器和浪涌保护器SPD有哪些不同作用

浪涌保护装置（SPD）和隔离变压器的作用经常混淆。为了保护敏感的电子设备和设备免受瞬态事件的影响，必须考虑各种因素。

无论瞬态来自外部还是内部，信号噪声、共模瞬变、差模瞬变和接地电位上升都可能导致保护不力的设备出现问题。

在这篇文章中，地凯科技阐明了隔离变压器和SPD的应用，以及它们如何承受各种电气事件。

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什么是浪涌保护器？

浪涌保护器（SPD）是非线性电压钳位设备。它们跨线路安装以保护（与设备并联），因此不需要额定到线路电流。

SPD浪涌保护器的工作原理

SPD在标称电源电压条件下通常处于高阻抗状态。在瞬态条件下，瞬态电压将线路电压增加到达到SPD钳位阈值的点。然后，SPD迅速进入较低阻抗状态，将多余的瞬态能量（电流）转移到地，从而将瞬态电压限制在安全水平。转移瞬态后，SPD自动复位到高阻抗状态。

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串联滤波SPD通过添加低通和RFI/EMI滤波器改进了标准SPD。此二级过滤阶段：

降低预钳位电压上升的快速速率。

进一步衰减钳位电压。

降低可能低于SPD钳位电压的小信号噪声。

浪涌滤波器是一系列连接的设备，必须额定为最大电路电流。

什么是隔离变压器？

隔离变压器通常由两个独立的绕组组成，绕组之间有磁屏蔽，以提供噪声控制。变压器承载满载电流，这意味着它必须具有适当的尺寸。

隔离变压器的工作原理

变压器不是采用非线性钳位装置，而是通过衰减工作。对于小信号噪声条件，衰减通常以分贝（dB）表示，这是变压器可以提供明显小得多的衰减的次要瞬态条件。每衰减20dB，噪声电压就会降低10倍。因此，60dB的衰减意味着输入和输出之间的噪声电压降低1000%。

隔离变压器的主要优点是输入至输出隔离，其中输出电路可以重新接地并与输入或其他接地噪声源隔离。这种隔离在正常接合程序无法提供接地电位上升保护的情况下也很有用。

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什么是变压器操作？

双绕组隔离变压器是电源调节应用的有用构建模块。它本身不是一种功率调节器，但它是抑制共模噪声的最有效器件之一。

隔离变压器对衰减差模噪声的影响很小，特别是在较低频率下，因为它们被设计为工频下的“通过”器件。

当与合适的接地或屏蔽耦合时，隔离变压器可以有效地隔离高频共模噪声，并防止该噪声通过电源或接地系统传播到下游设备。

如下图所示，屏蔽隔离变压器为高频共模噪声提供了一条路径，通过电容耦合流向接地屏并沿地面返回。为了使屏蔽有效，屏蔽、变压器铁芯和接地导体应如图所示在单个点上粘合在一起。

屏蔽隔离变压器可以有效抑制共模噪声和低电平瞬变，但实际上不会衰减差模噪声和瞬变。

隔离变压器具有其他功率调节特性，例如：

阻尼三相谐波。

在三角形-星形变压器的三角形中“捕获”三次谐波。

通过次级侧的中性-接地键合建立稳定的接地参考。

现在考虑由雷电活动或开关浪涌的直接和间接（诱导）影响引入电源线的高电压、高电流瞬态。

如果这些瞬变是差模，这意味着它们相对于中性线被感应到一条线上，那么隔离变压器将有效地通过这些瞬变，几乎没有衰减。这是因为隔离变压器设计为在差分模式下“通过”功率频率，而雷电瞬态构成的频率意味着大部分能量含量在几十千赫兹以下的频率分量中，这完全在大多数隔离变压器的通带内。

另一方面，如果这些信号是共模，那么只要峰值电压不超过变压器的绝缘额定值，合适的屏蔽隔离变压器就可以提供有效的保护，防止这种浪涌。在某些情况下，直接撞击设施入口点附近的架空低压供电产生的峰值电压幅度可能超过1：1隔离变压器的绝缘额定值，从而导致闪络和下游设备的潜在损坏。

设备的适用性

工业电能质量设备可靠性问题的最常见原因通常是差模电压瞬变。电子设备比共模更容易受到差模脉冲的影响。

请注意，尽管大多数雷电脉冲在耦合点是共模，但由于中性点接地键合的存在，这些雷电脉冲在服务入口处转换为差模。因此，隔离变压器在抑制最主要的瞬变类型方面无效。

对于敏感设备，更有效的瞬态保护器件是带有低通串联滤波器的SPD，它提供有效的共模和差模瞬态和噪声保护。

隔离变压器与SPD

总之，隔离变压器和SPD与低通滤波器相结合提供的保护存在重叠。但是，由于整体性能，尺寸，重量和成本，SPD更适合大多数行业保护应用。更小、更轻的SPD为差模瞬变提供了卓越的保护，并为估计85%至90%的行业噪声问题提供了足够的保护。这使其成为大多数安装人员保护敏感电子工业设备（如可编程逻辑控制器（PLC））的首选低成本选择。

隔离变压器仍然是少数具有电气噪声接地或需要隔离的站点的最佳解决方案。但是，可能仍需要添加SPD滤波器以提供有效的差模瞬态保护。

审核编辑：汤梓红