Trafo (transformaator) — mis see on, kuidas töötab ja peamised tüübid

Trafo (transformaator) — kuidas see töötab, miks seda kasutatakse ja millised on peamised tüübid kodu- ja võrguenergia tarbeks.

Trafo on seade, mis kannab elektrienergiat ühest vooluahelast teise üle vastastikuse (elektromagnetilise induktsiooni) ja sagedust muutmata. Trafod on elektrisüsteemide oluline osa.

Trafosid valmistatakse mitmes erinevas suuruses, alates väga väikesest sidumistrafost lava mikrofoni sees kuni suurte, sadu MVA-d kandvate üksusteni, mida kasutatakse elektrivõrkudes.

Peamine põhjus trafo kasutamiseks on muuta ühe pingetaseme võimsus teise pingetaseme võimsuseks. Kõrge pinget on lihtsam saata kaugele, kuid väiksema pingega on lihtsam ja ohutum kasutada kontoris või kodus. Trafosid kasutatakse vahelduvvoolu (AC) pinge suurendamiseks või vähendamiseks vooluahelates. Trafo on tavaliselt ehitatud kahe mähisega ümber sama südamiku. Primaarmähis ehk sisendmähis on ühendatud toitepoolele, samas kui sekundaarmähis annab koormusele energiat. Teist mähist nimetatakse väljundmähiseks. Energia kantakse primaarselt muundurilt sekundaarsele muundurile üle elektromagnetismi abil. Elektrivõrkudes kasutatakse palju trafosid. Need on võrgud elektrienergia edastamiseks generaatorist ja tarbijale.

Teie naabruskonnas, elektripostidel või maa-aluste juhtmetega ühendatud trafod muudavad tavaliselt kõrgepinge 7200 volti 220-240 volti elektrienergiaks, et toita kodudes ja ettevõtetes valgustust ja seadmeid, näiteks külmikuid. Mõnes riigis, näiteks Ameerikas, kasutatakse kodudes teistsugust pinget, näiteks 120 volti. Trafod ei saa suurendada võimsust, seega kui pinget tõstetakse, väheneb proportsionaalselt ka vool. Kui pinget alandatakse, suureneb proportsionaalselt ka vool.

Elektroonikaseadmete sees olevad trafod annavad erinevatele osadele vajalikku elektrit.

On olemas mitu põhitüüpi trafosid:

Kuidas trafo töötab (lihtsustatud selgitus)

Trafo põhineb elektromagnetilisel induktsioonil. Kui primaarmähises voolab vahelduvvool, tekib selle ümber muutuva magnetväljaga magnetvoog, mis läbib trafo raamis oleva südamiku ja indutseerib selles magnetvoogus muutumise tõttu sekundaarmähises pinge. Olulised seosed:

• Pingete ja mähiste pöördarvude suhe: Vs/Vp = Ns/Np (Vs = sekundaarpinge, Vp = primaarpinge, Ns/Np = mähiste keerude suhe).
• Voolude suhe on pöördvõrdeline pöördarvude suhtele: Ip/Is = Ns/Np.
• Teoorias on trafoahel võimsuse suhtes lähedane: Pp ≈ Ps (primaar- ja sekundaarvõimsused on peaaegu võrdsed, välja arvatud kaod).

Peamised trafotüübid ja lühikirjeldus

• Jaotustransformaatorid – ühenduvad piirkondlikesse elektrivõrkudesse, alandavad kõrgsagedus- või kõrgepinge elamu- ja ärikõrgepinge tasemele (nt 7200 V → 220–240 V).
• Toitetrafod (power transformers) – suuri võimsusi käsitlevad trafod elektrijaamades ja alajaamades; tavaliselt õlitäitega ja jahutussüsteemiga.
• Autotrafo – mähis, kus osa mähisest on mõlemale pingetasemele ühine; kompaktne ja odavam, kuid ei anna galvanilist isolatsiooni.
• Isolatsioonitrafo – primaar- ja sekundaarmähis on täielikult eraldatud, tagades galvanilise isolatsiooni ja parem elektromagnetiline häiringu kaitse.
• Instrumentaaltrafod – voolumuundurid (CT) ja pingemuundurid (VT/PT) mõõtmiseks ja kaitsesüsteemides; vähendavad suureid väärtusi mõõdetavateks tasemeteks.
• Toroidtranfod – rõngakujulise südamikuga trafod, väike lekkiväli ja madal müra; laialdaselt kasutusel audio- ja elektroonikas.
• Kuivtrafod – vaiksemad ja vähem tuleohtlikud, tavaliselt vaiksete avalike ruumide ja siseinstallatsioonide jaoks.
• Õlitrafo – mähised on paigutatud õlegeel täidetud mahutisse, mis aitab jahtuda ja isoleerida; laialt kasutusel suuremahulistes alajaamades.

Mähiste, südamiku ja konstruktsiooni põhitähendus

Trafo südamik on tavaliselt valmistatud lamelleeritud pehmest rauast, et vähendada omavoolusid ja soojakadu. Südamik suunab magnetvoo ühe mähise juurest teise juurde. Mähised on tüüpiliselt vasest või alumiiniumist juhtmed, isoleeritud mitmekihiliste materjalidega. Toroidkonstruktsioonil on väiksem magnetvälja lekkimine ja madalam müra kui traditsioonilisel lamell-südamikul.

Kaod ja efektiivsus

• Rautekad (magnetiseerimis- ja hüstereesikad) – tekivad südamikus, sõltuvad magnetmaterjalist ja sagedusest.
• Juhtmekad (jahutuskad, pirretõrked ja omavoolud) – tekivad mähistes ja südamiku lamellides.
• Kehatemperatuur ja jahutus mõjutavad efektiivsust – suuremad trafod on tavaliselt väga tõhusad (95–99%), kuid väiksemates seadmetes võib efektiivsus olla madalam.

Kolmefaasilised trafod ja ühendused

Kolmefaasilisi trafosid kasutatakse tarbevõrkudes ja tööstuses. Ühendusteks on täht (Y) ja kolmnurk (Δ), mis mõjutavad pingevõrgustikku, faaside eraldust, vigu ja voolukandmist. Trafo vektorgrupp määrab mähiste faasisiirde ning on tähtis alajaamade ja paralleelselt töötamise puhul.

Kasutusvaldkonnad

• Elektrienergia ülekandmine ja jaotus – alajaamad, jaotusvõrgud.
• Elektriseadmete toiteallikad – toiteplokid, heliseadmed, tööstusseadmed.
• Mõõtmine ja kaitse – voolumuundurid ning pingemuundurid automaatse kaitse ja mõõdistuse jaoks.
• Spetsialiseeritud rakendused – söötmine vaakumpumpadele, pehmetele käivituste süsteemidele, meditsiinilektriseadmetele (eritüüpi isolatsioonid).

Ohutus, paigaldus ja hooldus

• Trafo paigaldamisel tuleb järgida tootja juhiseid, maandamist ja sobivaid kaitselüliteid (kaitsmaks ülekoormuse ja lühise eest).
• Õlitrafo puhul kontrollitakse perioodiliselt õli seisukorda (niiskus, dielektriline tugevus) ja tihendeid.
• Kuivtrafode puhul pööratakse tähelepanu tolmule, ventilatsioonile ja üleküttele.
• Regulaarne termiline kontroll (infrapuna skaneerimine) aitab leida lahtisi ühendusi või ülekuumenemise kohti.

Kokkuvõte

Trafod on võtmetähtsusega komponendid elektrisüsteemides – need võimaldavad pingete kohandamist edastamiseks ja ohutuks tarbimiseks, annavad galvanilist isolatsiooni ja võimaldavad mõõtmist ning kaitset. Erinevad tüübid ja konstruktsioonid teenindavad erinevaid rakendusi alates väikestest elektroonikatrafodest kuni suurte alajaamaüksusteni. Õige valik, paigaldus ja hooldus tagavad pikas perspektiivis kõrge efektiivsuse ning töökindluse.

Küsimused ja vastused

K: Mis on transformaator?

K: Mis on peamine põhjus trafo kasutamiseks?

K: Kuidas transformaatorid energiat edasi annavad?

K: Kus kasutatakse trafosid elektrivõrkudes?

K: Kuidas reguleerib trafo kodude ja ettevõtete pingetaset?

K: Kas trafod võivad suurendada võimsust?

K: Millised on mõned põhilised trafotüübid?

Otsing