按照"隔離調壓式交流電源"設計指標與功能要求，主要以輸出可調交流電壓的原理為主，研究設計和選用器件，為了保證性能和質(zhì)量，針對所用器件做出以下設計與選擇。
2.1 隔離變壓器
變壓器：它在電力系統中的重要作用是變換電壓，以利于功率傳輸。變壓器在磁通的作用下，兩側的線(xiàn)圈分別產(chǎn)生感應電勢，電勢的大小與匝數成正比。變壓器原、副線(xiàn)圈匝數不同，這樣就起到了變壓作用。
圖2 自耦調壓器原理
隔離變壓器B2設計結構原理如圖1、圖2所示，匝數比為1:1,E型硅鋼鐵芯，初次級線(xiàn)圈之間加隔離層并接地，初、次級線(xiàn)圈與接地端的絕緣電阻≥1.5 MΩ；輸出功率≥300 W.設計制作的B2,通過(guò)試驗其性能參數如表1所示�？梢�(jiàn)，能夠滿(mǎn)足設計使用要求。
表1 隔離變壓器B2性能參數
2.2 自耦調壓器
自耦調壓器是常用調壓器的一種，其原理和自耦變壓器原理相同。自耦調壓器和動(dòng)圈調壓器、變磁通調壓器和感應調壓器相比，具有結構簡(jiǎn)單、故障率低、體積小、造價(jià)低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，這正是"隔離調壓式交流電源"選用自耦調壓器的主要原因。當B1接入市電220 V后，U12=220 V,使用調節旋鈕，使U32輸出交流電電壓在0~260 V范圍內。根據輸出功率300 W的要求，選擇B1的功率≥500 W.綜合考慮"隔離調壓式交流電源"的體積、功率等要求，選擇了B1為T(mén)DG2型接觸式自耦調壓器，其參數有：輸出功率500 W;調壓范圍0~275 V.
2.3 漏電保護器
漏電保護器是一種防止人身觸電事故的安全防護裝置，當電路中發(fā)生漏電或觸電時(shí)，可以在很短時(shí)間內切斷整個(gè)電路。
1）漏電保護器的基本工作原理
如圖3所示，當負載發(fā)生漏電故障時(shí)，電流通過(guò)大地形成回路，負載側對大地形成泄漏電流，穿過(guò)零序電流互感器CT的電流的矢量和不等于零。零序電流互感器CT感應出一個(gè)零序電流，當零序電流達到整定值，經(jīng)放大器FA放大后驅動(dòng)跳閘線(xiàn)圈Q,線(xiàn)圈Q通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸動(dòng)銜鐵使開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)，線(xiàn)路及電器失去電源，從而保護了人身和電氣設備的安全。
漏電保護器，有兩種類(lèi)型：即電壓動(dòng)作型和電流動(dòng)作型，而電壓動(dòng)作型由于自身的種種弊端而被淘汰，現主要應用是以電流動(dòng)作型漏電保護器為主。
圖3 漏電保護器結構原理
2）漏電保護器設計選擇
針對"隔離調壓式交流電源"功能要求和使用對象，依據額定電流In、額定漏電動(dòng)作電流I△n、漏電動(dòng)作分斷時(shí)間動(dòng)作時(shí)間、額定漏電不動(dòng)作電流I△n0等參數進(jìn)行設計選擇。
額定電流In.指能夠持續流過(guò)漏電保護器的最大負載電流。這需要根據試驗設備的功率之和Po來(lái)計算確定，即：In=Po/220.因為設計要求Po輸出≥300 W,所以選擇漏電保護器的額定電流In≥1.36 A.計算電流略大一點(diǎn)的漏電保護器，這樣，在正常使用中，不至于漏電保護器因過(guò)負荷經(jīng)常動(dòng)作，影響正常使用。
額定漏電動(dòng)作電流I△n.是漏電保護器一個(gè)重要的參數，是漏電保護器在規定的工作條件下必須動(dòng)作的漏電電流值。當試驗設備或漏電電流達到某一規定值時(shí)，漏電保護器必須可靠斷開(kāi)電路，使試驗電器設備失去電源。一般情況下，應選擇漏電電流為30 mA的高靈敏度型的漏電保護器。
漏電動(dòng)作分斷時(shí)間動(dòng)作時(shí)間。是從突然施加漏電動(dòng)作電流開(kāi)始到被保護的電路或設備完全被切斷電源為止。漏電保護器的動(dòng)作時(shí)間可分為3種，以保證在人身觸電時(shí)的安全保護作用和適應分級保護的需要�？焖傩停簞�(dòng)作時(shí)間不超過(guò)0.1 s.定時(shí)限型：動(dòng)作時(shí)間不超過(guò)0.1~2 s.反時(shí)限型：動(dòng)作電流時(shí)，動(dòng)作時(shí)間不超過(guò)1 s;2倍動(dòng)作電流時(shí)，動(dòng)作時(shí)間不超過(guò)0.2 s;5倍動(dòng)作電流時(shí)，動(dòng)作時(shí)間不超過(guò)0.03 s.在選擇漏電保護器時(shí)，自然以安全為主，應當選用快速型、動(dòng)作時(shí)間不超過(guò)0.1 s的漏電保護器。
額定漏電不動(dòng)作電流I△n0.漏電保護器選擇，應保證在電路中出現規定值的漏電電流時(shí)應該保證正常動(dòng)作，也應該在故障電流沒(méi)有達到規定值，保證不動(dòng)作。為此，漏電保護器的I△n0≯30 mA.
綜上述分析設計，選擇型號為DZ47LE-32漏電保護器，技術(shù)參數為：額定電流In=10 A;I△n=30 mA;動(dòng)作時(shí)間t≤0.1 s;能夠滿(mǎn)足設計要求。
3 結構設計
根據"隔離調壓式交流電源"工作原理，其結構設計有兩種：按圖1所示，漏電保護器設計在電源輸入端的最前端，能夠實(shí)現一旦發(fā)生漏電問(wèn)題，能夠及時(shí)斷開(kāi)輸入市電電源。保險絲安裝在次后，一旦試驗設備發(fā)生過(guò)載，或出現短路問(wèn)題，及時(shí)熔斷，切斷市電火線(xiàn)（L）通路。再之后接入自耦調壓器和隔離變壓器。而兩種結構的區別在于第一種結構是自耦調壓器在隔離變壓器的前端；第二種結構是隔離變壓器在自耦調壓器的前端。由于自耦調壓器、隔離變壓器在通電時(shí)自身都消耗功率，通過(guò)實(shí)驗得出自耦調壓器空載功率消耗33 W,隔離變壓器空載功率消耗15.4 W;在兩種結構輸出效率基本相同條件下，選擇第一種結構比較合理，即圖1所示結構；因為選擇的自耦調壓器輸出功率及效率大于隔離變壓器的輸出功率和效率，能夠減小結構的功率消耗和隔離變壓器輸出功率的壓力。
輸入、輸出電壓和輸出電流都通過(guò)電表指示，安裝在面板上；保險絲、漏電保護器等器件設計安裝在便于維修、操作的位置。特別是輸入、輸出的接線(xiàn)插頭、插座，采用良好的固定方法、工藝，使之接觸良好、牢靠。
4 實(shí)驗驗證
"隔離調壓式交流電源"設計的原理、器件選用和結構，是否科學(xué)合理，能否達到設計性能指標要求，必須通過(guò)實(shí)驗加以驗證。為此，將DZ47LE-32漏電保護器、保險絲（1.5A）、TDGG2型自耦調壓器、300 W隔離變壓器和有關(guān)指示電表等，進(jìn)行組裝測試。
首先將自耦凋壓器與隔離變壓器組裝在一起，市電220 V交流電接在自耦調壓器的輸入端，輸出端接隔離變壓器的輸入端，隔離變壓器的輸出端接入300 W的阻性負載；測試的輸出電壓調節范圍、輸出功率、效率和部件工作溫度等參數如表2所示。再將漏電保護器、保險絲接入電路中，測試的漏電動(dòng)作電流、保險絲熔斷負載功率（熔斷電流）數據如表2所示。
表2 “隔離調壓式交流電源”實(shí)驗測試參數
通過(guò)實(shí)驗驗證，設計原理、器件的設計選用，達到了"隔離調壓式交流電源"設計功能指標要求，同時(shí)對部件安裝結構進(jìn)行了優(yōu)化，減小了功率損耗，增強了可靠性。
5 結束語(yǔ)
"隔離調壓式交流電源"設計與制作，主要目的是解決電子儀器設備在設計生產(chǎn)、質(zhì)量檢驗和自耦調壓器使用過(guò)程中的不安全問(wèn)題。根據自耦調壓器、隔離變壓器的功用特點(diǎn)和漏電保護器原理，進(jìn)行了功能指標設計和器件（部件）、結構優(yōu)化設計，并加以制作實(shí)驗；通過(guò)對功能參數的測試，達到了設計要求，并具有很好的安全性。
