Elektrische Isolatie met Transformators: SPICE Analyse & Praktische Toepassingen

SPICE Analyse van Elektrische Isolatie

Transformatoren stellen niet alleen spanning- en stroomconversie in AC- en DC-circuits in, maar leveren ook een cruciale functie genaamd elektrische isolatie. Deze mogelijkheid laat twee circuits magnetisch koppelen zonder directe draadverbindingen, wat gevoelige componenten beschermt en veiligheid verbetert.

Om dit effect te illustreren, voeren we een SPICE-simulatie uit die een hoge DC-spanning op de secundaire kant oplegt terwijl beide circuits geaard worden:

Transformator isoleert 10 Vac bij V1 van 250 VDC bij V2.

v1 1 0 ac 10 sin
rbogus1 1 2 1e-12
v2 5 0 dc 250
l1 2 0 10000
l2 3 5 100
k l1 l2 0.999
vi1 3 4 ac 0
rload 4 5 1k
.ac lin 1 60 60
.print ac v(2,0) i(v1)
.print ac v(3,5) i(vi1)
.end

DC spanningen ten opzichte van grond (knooppunt 0): (1) 0.0000 (2) 0.0000 (3) 250.0000 (4) 250.0000 (5) 250.0000
AC spanningen:
freq v(2) i(v1) 6.000E+01 1.000E+01 9.975E-05 Primair wikkeling
freq v(3,5) i(vi1) 6.000E+01 9.962E-01 9.962E-04 Secundair wikkeling

SPICE toont aan dat de 250 VDC op het secundaire circuit ten opzichte van grond aanwezig is, doch het primaire circuit registreert nul DC-spanning aan knooppunten 1 en 2. De AC-transformatie blijft ongewijzigd, wat bevestigt dat de transformator de common-mode spanning effectief van de primair blokkeert.

De op de secundaire toegepaste spanning wordt vaak een common-mode spanning genoemd omdat deze ten opzichte van een gemeenschappelijk punt (grond) wordt gerefereerd en op meerdere knooppunten verschijnt. De isolatie van de transformator voorkomt dat deze spanning het primaire circuit beïnvloedt.

Deze isolatie-eigenschap geldt ongeacht of de common-mode spanning DC of AC is, zelfs bij een andere frequentie.

In toepassingen die identieke spanning- en stroomniveaus aan beide kanten vereisen, worden 1:1 isolatietransformatoren gebruikt. Deze apparaten behouden dezelfde spanning en stroom terwijl ze elektrische isolatie bieden. Een typische bankisolatietransformator wordt hieronder getoond.

Isolatietransformator isoleert voeding van het net.

• Transformatoren stellen vermogensoverdracht tussen circuits zonder directe geleiders in, wat elektrische isolatie biedt.
• Isolatietransformatoren zijn specifiek ontworpen om deze isolatie te bieden zonder spanning- of stroomverhoudingen te veranderen.

• Opwaarts, Neerwaarts, en Isolatietransformatoren Werkblad