中心議題：

• 磁電隔離技術分析
• 變壓器的種類和應用
• 光電隔離技術分析
• 機電隔離技術分析

1  引言   

dianlidianzishebeibaokuoliangbufen
，jibianhuanbufenyukongzhibufen。qianzheshuyugonglvliuqiangdianfanchou，houzheshuyuxinxiliuruodianfanchou。yibanqingkuangxiaqianzheshizhudianciganraoyuan，houzheshibeiganraoduixiang。weileshidianlidianzishebeikekaodiyunxing
，chulejiejuebianhuanbufenyukongzhibufenzhijiandedianqigeliwai
，haiyaojiejuekongzhibufendekangdianciganraodewenti
，tebieshidangbianhuanbufenchuyugaodianya、強電流
、高頻變換情況下尤其重要。抗幹擾問題實質上是解決電力電子設備的電磁兼容問題。   

隔離技術是電磁兼容性中的重要技術之一。下麵將電磁兼容中的隔離技術分為磁電、光電、機電、聲電和浮地等幾種隔離方式加以敘述。

2   磁電隔離技術

2.1   利用變壓器實現磁電隔離的基本原理   

變(bian)壓(ya)器(qi)主(zhu)要(yao)由(you)繞(rao)在(zai)共(gong)同(tong)鐵(tie)心(xin)上(shang)的(de)兩(liang)個(ge)或(huo)多(duo)個(ge)繞(rao)組(zu)組(zu)成(cheng)。當(dang)在(zai)一(yi)個(ge)繞(rao)組(zu)上(shang)加(jia)上(shang)交(jiao)變(bian)電(dian)壓(ya)時(shi)，由(you)於(yu)電(dian)磁(ci)感(gan)應(ying)而(er)在(zai)其(qi)它(ta)繞(rao)組(zu)上(shang)感(gan)生(sheng)交(jiao)變(bian)電(dian)壓(ya)。因(yin)此(ci)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)幾(ji)個(ge)繞(rao)組(zu)之(zhi)間(jian)是(shi)通(tong)過(guo)交(jiao)變(bian)磁(ci)場(chang)互(hu)相(xiang)聯(lian)係(xi)的(de)，在(zai)電(dian)路(lu)上(shang)是(shi)互(hu)相(xiang)隔(ge)離(li)的(de)。其(qi)隔(ge)離(li)的(de)介(jie)電(dian)強(qiang)度(du)取(qu)決(jue)於(yu)幾(ji)個(ge)繞(rao)組(zu)之(zhi)間(jian)以(yi)及(ji)它(ta)們(men)對(dui)地(di)的(de)絕(jue)緣(yuan)強(qiang)度(du)。

2.2   理想變壓器的特性   

理想變壓器是假定變壓器繞組的電阻為零；變壓器的漏磁為零
；鐵心的損耗為零以及鐵心的導磁率為無窮大。

2.2.1   電壓關係   

E1=4.44fN1Φm    （1）   

E1/E2=U1/U2=N1/N2=n    （2）

式中：E1——變壓器原邊的感應電勢；

E2——變壓器副邊的感應電勢；     

U1——變壓器原邊的電壓；     

U2——變壓器副邊的電壓；     

N1——變壓器原邊繞組的匝數

；     

N2——變壓器副邊繞組的匝數；     

f——變壓器原邊電壓的頻率；     

Φm——變壓器鐵心中磁通的峰值；     

n——變壓器原副邊繞組的匝數比。

2.2.2   電流關係   

I1/I2=N2/N1=1/n    （3）

式中：I1——變壓器原邊的電流
；     

I2——變壓器副邊的電流。

2.2.3   功率關係   

P1=P2=U1I1=U2I2    （4）

式中：P1——變壓器原邊的輸入功率
；     

P2——變壓器副邊的輸出功率。
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2.2.4   阻抗關係   

副邊的阻抗為：   

Z2=U2/I2   （5）   

原邊的阻抗為：   

Z1=U1/I1=n2U2/I2=n2Z2   （6）

式中：Z1——變壓器原邊的阻抗
；     

Z2——變壓器副邊的阻抗。

2.3   實際變壓器

2.3.1   鐵心的導磁率   

youyushijibianyaqitiexindedaocilvbingfeiwuqiongda

，suoyibianyaqizaikongzaishijiucunzaijicidianliu。ruguotiexincailiaodexingnengbuhao，zejicidianliuzhanbianyaqiyuanbianshurudianliudebilijiangzengda，bianyaqifubianshuchudianliujiangjiangdi。   

由(you)於(yu)實(shi)際(ji)變(bian)壓(ya)器(qi)鐵(tie)心(xin)的(de)導(dao)磁(ci)率(lv)並(bing)非(fei)常(chang)數(shu)
，因(yin)此(ci)將(jiang)導(dao)致(zhi)輸(shu)出(chu)波(bo)形(xing)的(de)畸(ji)變(bian)。特(te)別(bie)是(shi)當(dang)鐵(tie)心(xin)飽(bao)和(he)時(shi)，鐵(tie)心(xin)的(de)導(dao)磁(ci)率(lv)極(ji)大(da)地(di)降(jiang)低(di)，引(yin)起(qi)激(ji)磁(ci)電(dian)流(liu)急(ji)速(su)增(zeng)加(jia)，可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)變(bian)壓(ya)器(qi)燒(shao)毀(hui)。

2.3.2   鐵心存在損耗   

由於實際變壓器鐵心存在渦流損耗和磁滯損耗
，這些損耗不僅導致變壓器的效率降低，而且引起鐵心發熱、甚至可能導致絕緣損壞。由於鐵心的渦流損耗和磁滯損耗都與電壓和頻率有關
，所以對不同的電壓和頻率，應當選擇不同的鐵心材料。

2.3.3   繞組存在電阻   

由you於yu實shi際ji變bian壓ya器qi的de繞rao組zu存cun在zai電dian阻zu，故gu變bian壓ya器qi工gong作zuo時shi繞rao組zu必bi將jiang產chan生sheng熱re損sun耗hao。特te別bie當dang工gong作zuo頻pin率lv較jiao高gao時shi
，集ji膚fu效xiao應ying將jiang導dao致zhi繞rao組zu電dian阻zu增zeng加jia，使shi發fa熱re損sun耗hao增zeng大da。   

由於實際變壓器繞組的散熱條件較差，所以應當注意變壓器的散熱和繞組導線電流密度的選取。

2.3.4   變壓器存在漏磁   

變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)漏(lou)磁(ci)易(yi)對(dui)變(bian)壓(ya)器(qi)附(fu)近(jin)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)和(he)導(dao)線(xian)形(xing)成(cheng)幹(gan)擾(rao)，為(wei)此(ci)，在(zai)選(xuan)用(yong)變(bian)壓(ya)器(qi)作(zuo)隔(ge)離(li)時(shi)，應(ying)當(dang)選(xuan)擇(ze)漏(lou)磁(ci)小(xiao)的(de)變(bian)壓(ya)器(qi)，否(fou)則(ze)

，應(ying)對(dui)變(bian)壓(ya)器(qi)加(jia)強(qiang)磁(ci)場(chang)屏(ping)蔽(bi)。

2.3.5   變壓器原、副邊間存在寄生電容   

由於電源變壓器原、副邊間存在寄生電容，進入電源變壓器原邊的高頻幹擾能通過寄生電容耦合到的副邊。而在電源變壓器原、副(fu)邊(bian)間(jian)增(zeng)加(jia)靜(jing)電(dian)屏(ping)蔽(bi)後(hou)，該(gai)屏(ping)蔽(bi)與(yu)繞(rao)組(zu)間(jian)形(xing)成(cheng)新(xin)的(de)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)，當(dang)將(jiang)屏(ping)蔽(bi)接(jie)地(di)後(hou)，可(ke)以(yi)將(jiang)高(gao)頻(pin)幹(gan)擾(rao)通(tong)過(guo)這(zhe)一(yi)新(xin)的(de)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)引(yin)回(hui)地(di)，而(er)起(qi)到(dao)抗(kang)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)的(de)作(zuo)用(yong)。

2.3.6   幾個繞組之間以及對地的絕緣強度   

繞組之間以及對地的絕緣強度取決於需要隔離的耐壓水平。該耐壓水平包括工作電壓
、電壓波動
、可能的瞬態過電壓以及為可靠工作而留有的餘量。

2.3.7   工作頻率   

工作頻率不僅對變壓器的鐵心損耗產生影響，而且變壓器的阻抗與頻率密切相關。比如：電感L的阻抗與頻率成正比
，而電容C的阻抗與頻率成反比。   

由於磁電隔離是通過變壓器而實現的，當變壓器繞組間寄生電容較大時，應當與屏蔽和接地技術相配合。

2.4   變壓器的種類和應用

2.4.1   普通變壓器   

putongbianyaqizaigongpinchanghezhizuoweiyibandianyuanbianyaqiyong，jiangmouyidengjidedianyahedianliuzhuanbianchenglingyidengjidedianyahedianliu，youyumeiyoucaiyongrenheteshucuoshi
，duigaopindedianlugelixiaoguojiaocha。

2.4.2   隔離變壓器  

由於普通變壓器繞組間的寄生電容較大（未加屏蔽層為nF級，加屏蔽為pF級），為了提高對高頻幹擾的隔離效果
，可以在普通變壓器繞組間增加一層屏蔽，並將該層屏蔽接地（接地線的長度應盡量短
，否則因接地線的阻抗分壓而使對幹擾的衰減變差）而成為隔離變壓器。圖1為典型單屏蔽層隔離變壓器的對幹擾的衰減。[page]
 

圖1  單屏蔽層隔離變壓器的典型對幹擾的衰減能力   

如果在上述基礎上，再對變壓器的每個繞組都分別增加一層屏蔽
，並將各繞組的屏蔽分別接到各繞組的低電位上，其隔離效果會更好。

2.4.3   脈衝變壓器   

在電力電子設備中，脈衝變壓器多用於晶閘管觸發電路、間歇振蕩器和脈衝放大器的級間耦合。脈衝變壓器的主要參數為有效脈衝導磁率
、起始導磁率、漏感、分布電容以及匝比等。

2.4.4   測量變壓器   

一yi般ban測ce量liang用yong的de變bian壓ya器qi是shi指zhi電dian壓ya互hu感gan器qi和he電dian流liu互hu感gan器qi。電dian壓ya互hu感gan器qi或huo電dian流liu互hu感gan器qi將jiang強qiang電dian的de電dian壓ya或huo電dian流liu隔ge離li並bing轉zhuan換huan為wei弱ruo電dian的de電dian壓ya或huo電dian流liu。測ce量liang變bian壓ya器qi的de主zhu要yao參can數shu為wei絕jue緣yuan電dian壓ya
、電壓（或電流）的轉換比及其精度等。

2.5   霍爾傳感器   

霍爾傳感器是利用霍爾效應進行電磁測量的器件
，由於磁場的介入而實現電的隔離。霍爾傳感器具有精度高、線性度好

、動態性能好、頻率響應寬和壽命長等優點。

3   光電隔離技術

3.1   光電耦合器   

光電隔離采用光電耦合器來實現，即通過半導體發光二極管（LED）的光發射和光敏半導體（光敏電阻、光敏二極管
、光敏三極管、光敏晶閘管等）的光接收，來實現信號的傳遞。由於發光二極管和光敏半導體是互相絕緣的

，從而實現了電路的隔離。   

當給發光二極管加以正向電壓時，由於空間電荷區勢壘下降
，P區空穴注入到Nqu
，chanshengdianziyukongxuedefuhe
，fuheshifangchudabufenweiguangxingshidenengliang。geifaguangerjiguanjiadezhengxiangdianyayuegao
，fuheshifangchudeguangtongliangyueda。dangran

，geifaguangerjiguanjiadezhengxiangdianyashouqizuidayunxudianliudexianzhi。   

當光敏半導體，比如光敏二極管，受到光照射時，在PN結附近產生的光生電子－空穴對在PN結的內電場作用下形成光電流。光的照度越強，光電流就越大。當光敏半導體沒受到光照射時
，隻有很小的暗電流。

3.2   光電耦合器的特性  

光電耦合器的特性是用發光二極管的輸入電流和光敏半導體的輸出電流的函數關係來表示的，如圖2所示。
 

圖2   光電耦合器的特性曲線

從光電耦合器的特性曲線可以看出

，光電耦合器的線性度較差，可以利用反饋技術進行校正。
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3.3   光電耦合器的應用   

youyuguangdianouheqideshuruzukangyuyibanganraoyuandezukangxiangbijiaoxiao，yincifenyazaiguangdianouheqideshuruduandeganraodianyajiaoxiao
，tasuonengtigongdedianliubingbuda，buyishibandaotierjiguanfaguang；由於光電耦合器的外殼是密封的
，它不受外部光的影響；光電耦合器的隔離電阻很大（約1012Ω）、隔離電容很小（約幾個pF）所以能阻止電路性耦合產生的電磁幹擾。光電耦合器的隔離阻抗隨著頻率的提高而降低，抗幹擾效果也將降低。

3.4   紅外遙控   

紅外遙控在本質上屬於光電耦合，隻不過其發光器件和光接收器件不封裝在一起，因此紅外遙控的隔離效果更好。

3.5   光纜   

光纜在本質上也屬於光電耦合
，其發光器件和光接收器件是通過光纜連接的，由於外界幹擾很難進入光纜，因此光纜的隔離效果最好。

4   機電隔離技術

4.1   有觸點電磁繼電器   

jidiangeliyibancaiyongyouchudiandiancijidianqilaishixian，jidiancijidianqidexianquanjieshouxinhao，jixiechudianfasongxinhao。youyujixiechudianfenduanshi，zukanghenda，dianronghenxiao

，congerzuzhiledianluxingouhechanshengdedianciganraodechuanshu。danshijidianqidexianquangongzuopinlvjiaodi

，bushiyongyugongzuopinlvjiaogaodechanghe，lingwaihaicunzaichudiantongduanshidedantiaohehuohuaganraoyijijiechudianzudengquedian。

4.2   應用有觸點電磁繼電器的注意事項

4.2.1   機械觸點的電磁幹擾

在機械觸點分斷信號電流的過程中

，由於電路電感的存在將會在觸點間感生過電壓
，這個過電壓可能會導致觸點間隙擊穿而產生電弧；當觸點間隙加大時，電弧熄滅，觸點間電壓又升高
，電弧又重燃；如此重複
，直到觸點間距足夠大電流中斷時為止。   

上述過程中，產生的電弧和峰值大
、頻率高的電壓脈衝串將通過輻射和傳導對其它電路和器件形成強烈的幹擾。

4.2.2   機械觸點的熄火花電路

機械觸點的熄火花電路由電阻R和電容C串聯組成。其原理是用電容轉換觸點分斷時負載電感L上的能量，從而避免在觸點上產生過電壓和電弧造成的電磁幹擾，最終由電阻吸收這部分能量。   

電路參數計算如下：   
R>2（L/C）1/2   （7）   
C1=4L/R2（8）   
C2=（Im/300）2L（9）
式中：R——電阻（Ω）；
L——負載電感（μH）；     
Im——負載電感中的最大電流（A）；     
C取C1、C2中大者。

4.2.3   電感負載的續流電路   

zhiliudianludianganfuzaidexuliudianlushiyongerjiguanfanbinglianzaidianganfuzaishang。dangqieduandianganfuzaishi，qishangdedianliujingerjiguanxuliu，buhuichanshengguodianyaerweijidianlushangdeqitaqijian。
  
參數選擇如下：   
IF>2IN     （10）   
URRM>2UN     （11）
式中：IF——二極管正向平均電流；     
URRM——二極管反向重複峰值電壓
；     
IN——電感負載的額定電流
；     
UN——電感負載的額定電壓。   

如果用壓敏電阻代替二極管，其效果會更好。因為壓敏電阻吸收能量更快
，從而減小了動作響應時間。

5   聲電隔離技術

5.1   聲表麵波濾波器   

shengbiaomianboqijiancaiyongjuyouyadianxiaoyingdeguticailiaozuojipian，zaijipianshangdeliangduanfenbiesheyouzhichajiaocuodejinshuhuannengqi。bajiaobiandianxinhaojiadaofashehuannengqishang，youyuniyadianxiaoying
，yadiantibiaomianchanshengbianhuadeyingbian，jiunengjifachushengbiaomianbo。dangshengbiaomianbozaigutibiaomianchuanbodaojieshouhuannengqishangshi，youyuzhengyadianxiaoying
，erzaijieshouhuannengqishangjiuhuidedaodianxinhao。youyulianggezhichajiaocuodejinshuhuannengqizaidianqishangshiwulianxide，yinershixianledianludegeli。   

由(you)於(yu)指(zhi)叉(cha)換(huan)能(neng)器(qi)具(ju)有(you)一(yi)個(ge)固(gu)有(you)的(de)中(zhong)心(xin)頻(pin)率(lv)，當(dang)電(dian)信(xin)號(hao)與(yu)該(gai)中(zhong)心(xin)頻(pin)率(lv)一(yi)致(zhi)時(shi)，產(chan)生(sheng)共(gong)振(zhen)，而(er)發(fa)出(chu)最(zui)強(qiang)的(de)聲(sheng)表(biao)麵(mian)波(bo)。其(qi)它(ta)頻(pin)率(lv)的(de)聲(sheng)表(biao)麵(mian)波(bo)很(hen)弱(ruo)，而(er)被(bei)抑(yi)製(zhi)掉(diao)。所(suo)以(yi)聲(sheng)表(biao)麵(mian)波(bo)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)隔(ge)離(li)效(xiao)果(guo)是(shi)很(hen)好(hao)的(de)。

5.2   聲表麵波濾波器的應用   

聲表麵波濾波器目前主要應用在電視和通訊中，作為帶通
、帶阻濾波器、鑒頻器和振蕩器等等。

6   浮地技術

6.1   浮地 

浮(fu)地(di)，即(ji)該(gai)電(dian)路(lu)的(de)地(di)與(yu)大(da)地(di)無(wu)導(dao)體(ti)連(lian)接(jie)。其(qi)優(you)點(dian)是(shi)該(gai)電(dian)路(lu)不(bu)受(shou)大(da)地(di)電(dian)性(xing)能(neng)的(de)影(ying)響(xiang)。其(qi)缺(que)點(dian)是(shi)該(gai)電(dian)路(lu)易(yi)受(shou)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)的(de)影(ying)響(xiang)
，而(er)使(shi)該(gai)電(dian)路(lu)的(de)地(di)電(dian)位(wei)變(bian)動(dong)和(he)增(zeng)加(jia)了(le)對(dui)模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)的(de)感(gan)應(ying)幹(gan)擾(rao)。   

浮地可使功率地（強電地）和信號地（弱電地）之間的隔離電阻很大
，所以能阻止共地阻抗電路性耦合產生的電磁幹擾。
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6.2   浮地技術的應用

6.6.2   交流電源地與直流電源地分開

一yi般ban交jiao流liu電dian源yuan的de零ling線xian是shi接jie地di的de。但dan由you於yu存cun在zai接jie地di電dian阻zu和he其qi上shang流liu過guo的de電dian流liu
，導dao致zhi電dian源yuan的de零ling線xian電dian位wei並bing非fei為wei大da地di的de零ling電dian位wei。另ling外wai
，交jiao流liu電dian源yuan的de零ling線xian上shang往wang往wang存cun在zai很hen多duo幹gan擾rao
，如ru果guo交jiao流liu電dian源yuan地di與yu直zhi流liu電dian源yuan地di不bu分fen開kai，將jiang對dui直zhi流liu電dian源yuan和he後hou續xu的de直zhi流liu電dian路lu正zheng常chang工gong作zuo產chan生sheng影ying響xiang。因yin此ci，采cai用yong把ba交jiao流liu電dian源yuan地di與yu直zhi流liu電dian源yuan地di分fen開kai的de浮fu地di技ji術shu，可ke以yi隔ge離li來lai自zi交jiao流liu電dian源yuan地di線xian的de幹gan擾rao。

6.6.2   放大器的浮地技術   

duiyufangdaqieryan，tebieshiweixiaoshuruxinhaohegaozengyidefangdaqi
，zaishuruduanderenheweixiaodeganraoxinhaodoukenengdaozhigongzuoyichang。yinci，caiyongfangdaqidefudijishu，keyizuduanganraoxinhaodejinru
，tigaofangdaqidediancijianrongnengli。

6.3   浮地技術的注意事項  

1）盡量提高浮地係統的對地絕緣電阻
，從而有利於降低進入浮地係統之中的共模幹擾電流。  

2）注意浮地係統對地存在的寄生電容
，高頻幹擾信號通過寄生電容仍然可能耦合到浮地係統之中。  

3）浮地技術必須與屏蔽
、隔離等電磁兼容性技術相互結合應用，才能收到更好的預期效果。  

4）采用浮地技術時，應當注意靜電和電壓反擊對設備和人身的危害。

7   結語   

采用電磁兼容中的隔離技術的主要目的是：為了電力電子設備的可靠運行而將幹擾源部分和敏感部分隔離開。電磁兼容中的隔離技術主要可分為機電、磁電、光電、聲電和浮地等幾種隔離方式。其中，磁電、光電

、聲sheng電dian等deng幾ji種zhong隔ge離li方fang式shi均jun為wei利li用yong各ge種zhong物wu理li量liang與yu電dian量liang之zhi間jian可ke以yi相xiang互hu轉zhuan換huan來lai完wan成cheng的de。不bu管guan那na種zhong隔ge離li方fang式shi，在zai電dian磁ci兼jian容rong性xing方fang麵mian的de實shi質zhi是shi人ren為wei地di造zao成cheng電dian的de隔ge離li，以yi阻zu止zhi電dian路lu性xing耦ou合he產chan生sheng的de電dian磁ci幹gan擾rao。