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变压器噪声信号
变压器并不完美。瞬变和噪声（射频和低电平尖峰）通常通过变压器，不仅通过初级和次级绕组之间的磁通线，而且还通过绕组之间的电阻和电容路径。
隔离变压器用于抑制瞬变和噪声（照片来源：Berk Elektroteknik）
变压器设计人员必须处理两种基本类型的噪声信号：
1. 共模噪声：出现在本地接地参考和每个电源导体（包括中性线和设备接地）之间的电压形式的不需要的信号。
2. 常模噪声：以电压形式出现在线对线和线对中性线信号中的无用信号。
那么，我们可以做些什么来抑制这种噪音呢？
增加初级和次级绕组的物理隔离将起到神奇的作用并减少电阻和电容耦合。然而，它也将减少电感耦合并减少功率传输。
这种技术的一个应用如图 1 所示，其中变压器噪声去耦更进一步，将初级和次级绕组放置在它们自己包裹的箔盒屏蔽中。
图 1 – 高性能隔离变压器中使用的屏蔽布置
这种机械设计的设计目标是高共模和常模噪声衰减
对于特定的额定功率，绕组在物理上尽可能地分开，并放置在法拉第屏蔽之间。这使得变压器从初级到次级以及从次级到初级的噪声衰减很大。图 2 说明了所涉及的机制。
绕组之间以及绕组与框架之间的电容被分解为较小的电容并分流到地，从而最大限度地减少整体耦合。
图 2 – 噪声抑制隔离变压器中涉及的元件，其中：
a.带电容耦合的常规变压器如图所示；
b.在初级和次级之间增加了静电屏蔽；
c.带有围绕初级和次级绕组的静电盒屏蔽的变压器。
图 3 说明了隔离变压器如何与 AC-DC 电源结合以防止正常模式噪声脉冲影响负载。
图 3 – 隔离变压器的常模噪声衰减如何与 AC-DC 电源的滤波特性相结合，以防止噪声传播到负载
5 kVA 噪声抑制隔离变压器如图 4 所示。高质量隔离变压器的尺寸范围从 125 VA 单相到 125 kVA（或更多）三相。通常，输入绕组以 2.5% 的间隔分接以提供额定输出电压，无论平均输入电压高还是低。
总抽头调节范围通常从高于标称值的 5% 到低于标称值的 10%。对于三相设备，典型的输入电压标称额定值为 600、480、240 和 208 V 线对线，用于 15 kVA 和更大。
图 4 – Topaz 5000VA 超隔离变压器
1. 分接变换调节器
分接变换稳压器背后的概念很简单：调整变压器输入电压以补偿交流线电压变化。图 5 显示了一个分接变换调节器。
尽管概念上很简单，但由于控制 SCR 组所需的时序波形和脉冲，系统的实际实施可能会变得复杂。由于 SCR 的快速响应时间，可以根据市电输入和负载的变化逐周期调整电压。
攻丝步长通常为 2% 至 3%。这样的系统不会在单位功率因数负载中产生令人反感的开关瞬变。然而，对于低 PF 负载，在切换电流时，输出电压中可能会产生微小但可观察到的瞬变。这种噪声通常对配电盘负载没有显着影响。
图 5 – 分接变换电压调节器的简化示意图
其他操作特性包括：
1.低内阻（类似于等效变压器）
2.从满载到25%以下的高效率
3. 对输入交流电压或负载电流变化的快速响应时间（通常为一到三个周期）
4. 低噪音水平
分接变换调节器的自耦变压器版本如下图 6 所示。
图 6 – 使用自耦变压器作为功率控制元件的分接变换电压调节器
1.1 变比调节器
从功能上讲，可变比率调节器是分接开关的改进版本。电机驱动的稳压器不是逐步调整输出电压，而是提供连续可变的电压范围。基本概念如图 7 所示。
该系统速度较慢，但总体上是可靠的。它非常适合将配电盘硬件输入电压保持在最佳工作范围内。电机驱动的稳压器通常能够跟随公用事业公司线路上典型的线路电压的稳定上升和下降。效率通常很好，接近一个好的变压器的效率。
图 7 – 可变比率电压调节器
内部阻抗很低，可以处理负载电流的突然增加或减少，而不会出现过压或过压。可变比率调节器的主要缺点是有限的电流额定值（由移动电刷组件决定）以及需要定期维护。基本设计的变化已经存在，包括下面图 8 中所示的系统。
电机驱动的电刷在自耦变压器的裸露绕组上移动，导致串联变压器对负载进行降压或升压。校正电机由设备输出端的电压检测电路控制。
图 8 – 使用带有降压/升压串联变压器的自耦变压器的电机驱动线路电压调节器
图 9 所示的感应调节器是变比变压器的另一种变体。转子沿一个方向或另一个方向的旋转会改变磁耦合并升高或降低输出电压。与变比变压器一样，感应调节器速度较慢，但它没有电刷，几乎不需要维护。
感应调节器具有更高的感抗，并且比变比变压器的效率稍低。
图 9 – 旋转感应电压调节器
2.可变电压互感器
由于它们在电压控制系统中的应用，有必要更详细地讨论可变电压变压器的操作。许多传统变压器可以通过使用（通常）位于初级绕组上的抽头在有限程度上改变其初级/次级比率。
为了在改变初级和次级线圈之间的比率时获得更大程度的灵活性，从而允许更大的次级电压变化，使用可变电压互感器。电压变化量取决于设备的基本结构，通常分为以下两类之一：
1.刷子类型
2.感应式
2.1 刷子类型
为了获得可变的输出电压，变压器次级上的一个抽头是固定的，另一个抽头连接到沿着变压器线圈的未绝缘部分滑动的电刷。实现这一目标的一种方法是将线圈缠绕在环形磁芯上。
电压比与电刷靠在线圈上时的位置有关，并取决于电刷在线圈上允许接触的位置。提供有限变比可变变压器，以及可以将输出电压从 0 调整到输入线电压的 120% 左右的全范围装置。
当输出电压超过输入电压时，这意味着线圈上有额外的匝数延伸到输入电源端子之间的绕组之外（实际上，该装置变成了升压变压器）。
当输出电压超过输入电压时，这意味着线圈上有额外的匝数延伸到输入电源端子之间的绕组之外（实际上，该装置变成了升压变压器）。有时，转子上会安装一个控制机构来转动电刷，从而自动调整输出电压。
这种变压器的一个重要特性与电刷接触和流经碳刷的电流量有关。仅基于输出 kVA 的额定值会导致严重的操作问题，因为对于给定的 kVA 负载，消耗的电流取决于输出电压。
因为输出电压是可变的，给定 kVA 值的负载可以在 100% 电压下汲取安全电流，但在 25% 电压下，为相同 kVA 值的负载服务所需的电流将需要四倍的电流， 这可能会导致刷子过热。
2.2 感应式
感应式可变变压器不使用电刷。这些装置的通常电压变化为 ±10%，但也可能更大。该设备本质上是一个可变比率自耦变压器，它使用两个独立的绕组，一个初级和一个次级。有一个叠层钢定子，其上缠绕着用作次级线圈的绕组。该绕组与负载串联。
初级线圈跨电源线连接。并联绕组缠绕在转子上。结构与电机相似，不同之处在于，在这种情况下，转子只能旋转 180 度的机械和电气角度。
因此，输出电压可以通过添加或减去次级绕组中感应的电压来改变。提供单相和三相变压器。这些类型变压器的额定值从 8 kVA、120 V 单相到 1500 kVA、480 V 三相不等。
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