2024年5月12日 星期日

隔離變壓器的用途

最重要的是，這要幹嘛？
除了一開始我們說的，隔離迴路中不乾淨的電源之外
(其實也不可能隔離到100%，細節不在這裏說了)
在居家環境中另一個重要的應用就是預防漏電的觸電

我們之所以會觸電就是金屬機殼碰觸到L產生對地的電位差
此時若碰到機殼，人體就當是接地線
電流通過就會有觸電的感覺


但如果此時整體電路沒有接地
自然也就沒有迴路，即使碰到也不會觸電


那要怎樣沒有接地？
簡單來說就是人和地隔離，或電和地隔離
人和地隔離的概念簡單，就不再多說
電和地隔離就是隔離變壓器發揮功能的地方了
我們直接用之前漏電斷路器的教具來說明
我們將漏電斷路器接在隔離變壓器的地方
開啟漏電且不接地線



正常來說，此時機殼應該要帶電
但實際測試卻不帶電(驗電筆不亮)，用手摸也沒感覺


接上地線，漏電斷路器也沒跳閘
按下漏電斷路器的測試鈕，裡面的電磁鐵產生快速吸放的聲音
同樣也無法跳閘


可能是因為漏電斷路器是比較L和N進出的電流差
此時經過隔離變壓器的電源基本上都是帶電的(?)
也就是沒有一個N來做進出電流差的比較
漏電斷路器就發揮不了功能了

因此有些水電查不到迴路中漏電的原因
就會用這個方法來解決
對不對？好不好？我無法評論
這是另一個專業領域了

於

隔離變壓器的實驗




這樣的變壓器有何意義？
基本上就是和大地隔離了，變成一個漂浮電源？
我們先用示波器看看隔離前後的差別
輸入電源(隔離前)





輸出電源(隔離後)





除了電壓稍稍掉了一些，基本上從示波器來看幾乎是完全一樣的
但如果測試隔離後的對地電壓呢？



其中一條對地約有14.3V的電壓(RMS)
另一條感覺上就只是雜訊？



為什麼？暫時還搞不清楚
但明顯和隔離前，L對地有110V是很不一樣的

但如果用驗電筆測試
隔離後的電源對地都沒有電流


隔離前L是有電的


當然也許是氖燈的驅動電壓較高，當然不會亮
我們換成LED應該就可以了吧
隔離前(LED串接100K歐)，連接L


隔離後(LED沒有串電阻)，LED都不會亮



很明顯的，二級線圈產生的電壓對地都是隔離的
雖然其中一路對地有約14V的電壓
但幾乎沒有電流
我很大膽的摸了其中一條電線，完全沒有觸電的感覺

這樣的電真的有用嗎？
我們接上一個10W，110V的燈泡看看
完全是可以正常使用的
接上110V的LED燈泡也可以

但隔離變壓器的輸出功率有限
太大功率就無法驅動了
這是隔離變壓器功率的問題，和輸出電壓無關
我們利用100W的燈泡來測試一下這個土炮隔離變壓器的最大功率大約50W上下



換成25W燈泡就正常了

於

隔離變壓器的意義

可能是因為家電醫生課程的關係
在維修和設計課程的過程中必須更了解不同電源的特性
才能抓到問題的所在，也才能從中找到理論與實際生活的交會點
這些交會點就是教學最重要切入的地方

電源研究得越透徹，越發現這個看似基礎又簡單(?)的東西
原來水很深很深啊~~
前些日子電線裡寄生電容的問題
提到DC至少可以有四種來源
1.隔離式：AC線性變壓(linear mode)轉DC
2.隔離式：AC開關變壓(switch mode)轉DC
3.非隔離式：容抗降壓轉DC
4.化學電池DC

其中隔離式最常見，但卻最複雜
首先必須先了解「隔離」(Isolation)的意義和目的
一般AC市電有帶電的L和不帶電的N
N基本上在源頭(發電廠)是接地的(為甚麼要接地？以後再說)
因此市電L和大地其實有一個所謂的接地迴路(Ground loop)
這也是為甚麼我們摸到火線會觸電的原因
所以理論上若電源本身和大地是分離的
就算摸到所謂的火線(有對地電壓)，也不會有接地迴路，自然也就不會有觸電的危險
但很重要的一點，這個電壓不能太高
若高到一定程度還是會對地放電的
但以110V或220V來說，若電源本身沒有接地
單純摸到任意一條線也不會有觸電的危險
加上單一迴路中如果安裝太多種類的電器
電器本身(尤其是有高頻的電子設備)就可能會對迴路造成干擾
這時某些靈敏度較高的設備，例如醫用示波器或是高級擴大機
就會因為不乾淨的電源(非標準正弦波)產生雜訊
解決的方式就是把這些高靈敏的設備電源和原本的電源分離
或也可以說是和大地分離
這個分離的方式就是隔離變壓器最重要的功能

隔離變壓器基本上就是一個課本常見的鐵芯式變壓器
利用電磁感應讓二級線圈感生感應電動勢
二級感應之後的電源和一級電源就分離了
產生的電壓指的是二級線圈兩端出頭的電位差
對地基本上已經沒有迴路了


我們用兩個市面上常見的降壓變壓器反向串接兩個來當作等電壓的隔離變壓器
這樣可以將變數降到最小，也更方便實驗說明
當然還是要在一級線圈的地方加上一個保險絲
安全最重要，別偷懶





寫太多了，下一篇再來實驗
於