Что такое гальваническая развязка?
Это способ переноса электропитания (переменного AC или постоянного тока DC) или информационного сигнала от одной независимой электрической цепи А (передатчика) к цепи B (приемника) без непосредственного электрического контакта между ними, то есть без проводного соединения этих цепей.
Беспроводная передача энергии может осуществляться с помощью магнитного поля, оптического излучения, радио- или даже цифрового сигнала. Встречается несколько типов гальванических развязок — трансформаторные, оптические, акустические, ёмкостные и электромеханические.
Рассмотрим особенности тех типов, которые в основном применяются в бытовом секторе.
| Тип | Источник и приёмник энергии / сигнала | Способ передачи | Исполнение | Применение |
| Трансформаторная | первичная и вторичная обмотки (трансформатор) | магнитное поле | обособленное / встроенное |
|
| Оптоэлектронная | оптический излучатель и фотоприемник (оптрон) | оптическое излучение | встроенное |
|
| Акустическая | динамик и микрофон | звуковой канал | встроенное |
|
Кроме отличия по способу передачи энергии, гальванические развязки могут иметь обособленное или встроенное исполнение.
В качестве отдельного прибора с самостоятельным корпусом выступает разделительный трансформатор. У него, как и у всех трансформаторов, первичная обмотка электрически изолирована от вторичной, но связана магнитным полем. За счет этого создается искусственное разделение и токовое ограничение двух цепей, например, между питающей сетью и электропотребителями. Таким образом исключается проникновение паразитных электрических наводок, снижается риск удара током или повреждение оборудования от высокого напряжения.
В качестве встроенного модуля может выступать тот-же трансформатор, но уже как электронный компонент платы отдельного прибора. Например, такая гальваническая развязка может размещаться на плате зарядного устройства или блока питания, в которых она служит для защиты низковольтных элементов техники от воздействия высоких токов и качественной передачи информационных сигналов по слаботочной линии.
Для чего нужна гальваническая развязка?
Гальваническая развязка необходима для создания безопасных условий при работе электроприборов и для их пользователей, а именно:
- защиты электрической линии от повреждения при возникновении аварийной ситуации, например, высоких напряжений или токов, особенно на объектах, где осуществляют сложности с организацией системы заземления;
- защиты человека от удара током при возникновении утечки тока на металлический корпус техники;
- отделения внутри одного устройства независимой сигнальной цепи с малым вольтажом от силовой цепи питания, по которой протекает высокое напряжение; обеспечения качественной работы электропотребителей и сохранения их работоспособности, не пропуская помехи/шумы, вредный вольтаж из электросети или повышая точность измерений.
Также гальваническая развязка может обеспечить совместимость электроприборов с источниками питания, например, понижающий трансформатор, который создает возможность подключения к сети устройств с низковольтным потреблением.
Гальваническая развязка в бытовой электросети
Блоки питания
Практически во всех современных блоках питания с обособленным корпусом есть гальваническая развязка в виде трансформатора или оптрона. В зависимости от типа, они могут стабилизировать ток, передавать сигнал и защищать выходную цепь от несоответственного вольтажа.
Разделительные трансформаторы
В домашних условиях в качестве гальванической развязки часто применяется разделительный или развязывающий трансформатор. Это отдельный прибор, который устанавливается в местах, где нет системы заземления или она недостаточно эффективна для защиты системы отопления. Прибор размещают перед котлом отопления для того, чтобы исключить его прямую связь с электросетью и снять проблему отсутствия заземляющего проводника (PE), обеспечив корректную работу такой критически важной нагрузки.
Разделительный трансформатор также способен:
- устранять помехи и электронаводки, которые могут появиться в сети;
- обеспечить безопасную работу отопительной техники, когда на внешней линии меняется фазировка;
- снижать вероятность удара током пользователя при касании им металлического корпуса котла при утечке тока.
Стабилизаторы напряжения
Другим примером бытовой гальванической развязки является трансформаторный стабилизатор напряжения, который служит для коррекции вольтажа, поступающего от сети на электроприборы.
Стабилизатор — это также отдельный прибор, состоящий из трансформатора с первичной и вторичной обмотками, а также коммутирующего элемента — в зависимости от типа это может быть блок силовых реле / тиристоров / симисторов или сервопривод.
Принцип работы стабилизатора выполняется следующим образом — когда на первичную обмотку поступает некачественное напряжение (оно может быть в определенном диапазоне), на вторичной обмотке трансформатора коммутируется вольтаж, который наиболее приближен к номинальному значению 220/230 В и передается нагрузке. Таким образом на выходе не возникает вольтажа, который может навредить подключенной технике.
Если в электросети встречаются перепады напряжения, то защитить критически важное оборудования оптимально именно с помощью стабилизатора напряжения. Устройство не обесточивает нагрузку при колебаниях сети, а непрерывно обеспечивает её качественным напряжением, фильтруя помехи и не допуская попадания на неё высоких токов.
Стабилизатор подбирается по мощности, диапазону входного напряжения и качеству выходного вольтажа. Среди всех типов стабилизаторов выделяются инверторные модели. Они в своем составе не имеют трансформаторного блока. Коррекция напряжения выполняется с помощью IGBT-транзисторов. Сначала переменное напряжение (АС) выпрямляется, то есть становится постоянным (DC), а затем снова становится переменным, но уже с высокими качественными параметрами. Они способны мгновенно срабатывать при колебаниях сети в диапазоне от 90-310 В и непрерывно подавать на нагрузку качественный вольтаж с чистым синусом.