Milleks on trafod: seade, tööpõhimõte, eesmärk ja rakendus

Inimesed, kes ei tunne elektrikut, ei pruugi teada, milleks trafo on ja kuidas see välja näeb. Selle seadme rolli tehnoloogilises arengus võib pidada üheks alahinnatumaks, kuigi tänu selle leiutisele sai inimkond laialdase juurdepääsu elektrile. Rohkem kui 100 aastat kestnud arengu jooksul on trafodest saanud mitte ainult energiasüsteemide, vaid ka paljude erinevate elektroonikaseadmete põhikomponendid.

Tööpõhimõte ja tüübid

Trafo on elektriseade, mis on loodud vahelduvvoolu ülekandmiseks ühest vooluringist teise, säilitades samal ajal algse sageduse. Selle disaini aluseks on ferromagnetiline südamik mitme juhtmemähisega. Sisendpinge ühendatakse nn primaarmähisega ja väljundpinge eemaldatakse sekundaarmähisest.

Primaarmähises olev vahelduvvool kutsub esile vahelduva magnetvoo, mis paikneb südamikus ja muudab iga elektritsükli jooksul oma suunda. Samuti indutseerib see igas sekundaarmähises vahelduvvoolu.

Erinevat tüüpi trafod liigitatakse nende konstruktsiooni, toiteallika tüübi, jahutuse jms järgi. Rohkem detaile:

• Eesmärkide järgi. Siin eristatakse kahte peamist tüüpi - tõusu- ja astmelist pinget. Samuti on olemas eraldustrafod, mille ülesandeks on ahelate galvaaniline isoleerimine ilma parameetreid muutmata.
• Toidu tüübi järgi. Eristage ühefaasilist ja kolmefaasilist. Kolm eraldi ühefaasilist, mis on ühendatud ühisesse elektriahelasse, võivad töötada kolmefaasilisena.
• Jahutamise teel. Need jagunevad looduslikeks ja sunnitud, õhuks ja õliks.

Enamik maailmas olevatest trafodest on ühefaasilised, õhkjahutusega, pinget vähendavad seadmed. Kuid kõige massiivsemad ja võimsamad neist töötavad lihtsalt pinge suurendamiseks.

Elektri transport

Elektrijaamade generaatorid toodavad elektrit kuni kümnete kilovoltideni. Teoreetiliselt saab seda muutumatul kujul tarbijatele edasi anda. Kuid allika võimsuse ja transpordikauguse suurenemisega kasvavad ka küttejuhtmete kadude probleemid. Teatud väärtuste juures võib energiaülekanne ise kaotada igasuguse mõtte. Kahjude vähendamiseks on ainult kaks võimalust:

• juhtmete takistuse vähendamine;
• edastatava elektrienergia pinge tõus.

Esimest meetodit rakendatakse juhtmete ristlõikepindala suurendamise teel. See on äärmiselt kulukas ja tehniliselt keeruline, kuna sellega ei kaasne mitte ainult liinide endi hinna ja kaalu tõus, vaid ka neid hoidvate konstruktsioonide tugevdamine. Pikkade vahemaade puhul on see lihtsalt majanduslikult kahjumlik, kui mitte ebareaalne.

Teisel juhul, vastavalt Ohmi seadusele, vähenevad kaod voolutugevuse vähenemisega võrdeliselt voolutugevuse ruuduga. See on väga atraktiivne elektriülekandesüsteemi ehitamise ja hoolduse kapitalikulude vähendamise seisukohalt. Pinge tõstmine ja samaaegne voolu vähendamine konstantsel võimsusel - seepärast on sel juhul vaja trafosid.

Kuna kõrgepingeelektrit ei saa otse tarbijatele jagada, viiakse see soovitud parameetriteni kasutades astmelisi trafosid. Seega ei ole energia transport täielik ilma eelneva ja järgneva muundamiseta, seetõttu ilma jõutrafodeta elektri edastamine pikkade vahemaade taha tänapäeva maailmas võimatu.

Pingemuundurid toiteahelates

Kodumajapidamiste elektrivõrgud on vahelduvvoolu pinge ja sageduse osas standarditud, kuid sellega ühendatud seadmed võivad vajada täiesti erinevaid võimsusparameetreid. Näiteks protsessorid ja elektroonikakomponendid töötavad ainult madalpinge alalisvooluahelates. Selleks, et allika mitmekülgsus ei oleks takistuseks seadmete töös, on ühendatud seadmed varustatud trafodel põhinevate sisseehitatud või väliste pingemuunduritega.

Lineaarsed või tavalised toiteallikad kasutavad jõutrafosid. Nad saavad suurepäraselt hakkama suurte töökoormustega, kuid neil on mõned puudused:

• Suured mõõtmed tänu võrgu sagedusele 50 Hz. See mõjutab toiteallikate kaalu, näiteks 16 V väljundpinge korral on iga väljundvoolu ampri jaoks vaja umbes 0,5 kg massi.
• Suhteliselt suured soojuskaod ja sellest tulenevalt madal kasutegur.
• Tuntav kulu tühikäigul.

Loetletud puuduste tõttu tõrjusid need laadijates ja arvutitehnikas välja impulssmuundurid. Sarnastes toiteallikates elekter siseneb trafosse läbi filtri ja elektroonikaahela väga kõrge sagedusega voolu kujul. Selle tulemusena suureneb jõuülekande efektiivsus järsult. Seega on sellel põhimõttel põhinevad toiteallikad palju väiksemad ja kergemad kui sama võimsusega traditsioonilised.

Aga kui võrrelda jõutrafosid lülitusvõimsuse muunduritega, siis esimesed on väiksemad elektromagnetiliste häirete allikad, eriti kõrgsagedusalas. See omadus on oluline nende kasutamiseks audiofiilses tehnoloogias, laboriseadmetes ja raadioseadmetes.

Elektrienergia muundamine selle ülekandmiseks tootjalt tarbivatele seadmetele on väga mahukas, kuid kaugeltki mitte ainus trafode kasutusvaldkond. Neid seadmeid võib leida kõige ebatõenäolisemates kohtades tohutul hulgal - alates pikapist ja mikrofonist kuni keevitusmasina ja võimsate mõõteriistadeni. Ja võrgu pingemuundurina ümbritsevad trafod inimest kõikjal.