Trafod on elektrisüsteemides kõige äratuntavamad seadmed. Need on suured, eristuvad, põhimõtteliselt lihtsad, kuid nõuavad palju hooldust, mistõttu tunduvad need palju mahukamad kui "kaablid". Elektrivõrgu diagrammil on trafod nagu magistraalsõlmed, samas kui muud seadmed toimivad nende ühendustena.

See artikkel tutvustab trafode komponente, põhimõtteid, funktsioone, klassifikatsiooni ja rakendusstsenaariume.

1.Trafo koostis

Trafo koosneb peamiselt südamikust ja mähistest.

Südamik toimib trafo magnetahela teekonnana, samas kui mähised on elektriahela osa, mis on valmistatud emailiga{0}}kaetud traadi teatud arvu keerdude mähkimisega.

Toiteallikaga ühendatud seda nimetatakse primaarmähiseks, tuntud ka kui primaarmähis. Seda, mis on ühendatud koormusega, nimetatakse sekundaarmähiseks, tuntud ka kui sekundaarmähis või sekundaarmähis.

Tuumstruktuuride põhivormid on südame{0}}kujuline südamikutüüp ja kestatüüp.

• Südamekujuline{0}}südamikuga trafo

Tuum{0}}-tüüpi trafo sambad on ümbritsetud mähistega. Lihtsamalt öeldes ümbritsevad mähised südamikku, muutes konstruktsiooni suhteliselt lihtsaks ning hõlpsamini kokkupandavaks ja isoleeritavaks, mistõttu kasutavad trafod sageli südamiku-tüüpi struktuuri.

• Shell{0}}tüüpi trafo

Shell{0}}tüüpi trafos ümbritseb südamik mähist. Shell-tüüpi trafodel on suur mehaaniline tugevus ja väljaulatuvad nurgad, kuid nende tootmisprotsess on keeruline ja nõuab rohkem materjale. Neid kasutatakse tavaliselt ainult madal-pinge-, kõrge-voolutrafodes või väikese-võimsusega jõutrafodes.

2. Trafo tööpõhimõte

Trafo töötab elektromagnetilise induktsiooni põhimõttel.

Kui primaarmähise mõlemasse otsa on ühendatud sobiv vahelduvvooluallikas toitepinge u toimel₁, vahelduvvoolu i₀ voolab läbi primaarmähise, tekitades primaarmähises magnetomotoorjõu. See ergastab südamikus vahelduvat magnetvoogu ϕ. See vahelduv voog ϕ ühendab nii primaar- kui ka sekundaarmähised. Vastavalt elektromagnetilise induktsiooni seadusele on indutseeritud elektromotoorjõud e₁ja e₂genereeritakse vastavalt primaar- ja sekundaarmähises. Indutseeritud elektromotoorjõu mõjul e₂, sekundaarmähis suudab koormust toita, saavutades energiaülekande.

Primaar- ja sekundaarmähises indutseeritud elektromotoorjõudude suhe on võrdne primaar- ja sekundaarmähise pöörete arvu suhtega. Indutseeritud elektromotoorjõu suurus e₁primaarpoolel on rakendatud pinge u lähedal₁primaarpoolel, samas kui indutseeritud elektromotoorjõu suurus e₂sekundaarpoolel on väljundpinge u lähedal₂sekundaarsel küljel.

Seetõttu, muutes primaar- või sekundaarmähises lihtsalt pöörete arvu üks või kaks korda, saab väljundpinge u₂saab reguleerida. See on trafo põhitööpõhimõte, mis kasutab elektromagnetilise induktsiooni põhimõtet ühe pingetasemega vahelduvvooluallika teisendamiseks sama sagedusega, kuid erineva pingetasemega vahelduvvooluallikaks.

2. Trafo põhifunktsioonid

Trafo põhifunktsioonide hulka kuuluvad pinge muundamine, voolu muundamine, impedantsi muundamine, isoleerimine ja pinge reguleerimine.

Pinge muundamine: transformaatorid võivad erinevate elektrivajaduste rahuldamiseks suurendada või vähendada vahelduvvoolu pinget. Näiteks astme-ülemine trafo kasutatakse elektrijaama pinge suurendamiseks, et vähendada energiakadu edastuse ajal, samas kui astme-alla trafot kasutatakse kõrgepinge langetamiseks ohutu kasutuspingeni.

Voolu teisendus: Pinge muutmisega muudab trafo vastavalt ka voolu. Vastavalt võimsuse jäävuse seadusele pinge kasvades vool väheneb ja vastupidi. See omadus muudab trafod jõuülekandes väga oluliseks, kuna need suudavad tõhusalt juhtida voolukoormust.

Impedantsi teisendus: trafod võivad muuta vooluahela takistust, muutes selle erinevate koormustingimuste jaoks sobivamaks. See on eriti oluline heliseadmete ja muude elektroonikaseadmete puhul, kuna see võib parandada signaali edastamise efektiivsust.

Isolatsioon: trafod võivad pakkuda elektriisolatsiooni, kaitstes seadmete ja kasutajate ohutust. See isolatsioon võib takistada kõrgepinge kahjustamist madalpinge{1}}seadmetel, tagades seadmete ohutu töö.

Pinge reguleerimine: Pinge reguleerimiseks saab kasutada teatud tüüpi trafosid (näiteks küllastusreaktoreid), mis aitavad säilitada pinge stabiilsust ning tagada elektrisüsteemi töökindluse ja stabiilsuse.

4. Trafode klassifikatsioon

4.1 Liigitatud võimsuse järgi

• Väike trafo: pinge alla 10KV, võimsus vahemikus 1 kuni 500KVA.

• Väikesed ja keskmise suurusega{0}}trafod: pinge 35 kV ja alla selle, võimsus 630–6300 kVA.

• Suured trafod: pinge 110 kV ja alla selle, võimsus vahemikus 8000 kuni 63000 kVA.

4.2 Klassifitseeritud kasutuse järgi

• Jõutrafo: kasutatakse ülekande- ja jaotussüsteemides üles-, alla-, jaotamiseks ja omavaheliseks ühendamiseks või spetsiaalselt elektrijaamade ja alajaamade trafodena.

• Instrumenditrafod: näiteks pingetrafod ja voolutrafod, mida kasutatakse mõõteriistade ja releekaitseseadmete jaoks.

• Toitetrafo: kasutatakse toiteallika, valgustuse ja üldiste mehaaniliste seadmete näidikute juhtimiseks.

• Elektrooniline trafo: kasutatakse elektroonilistes vooluahelates, nagu lülitusrežiimis{0}}toiteallikad, heli, impulsi ja impedantsi sobitamine.

• Testtrafo: suudab genereerida kõrget pinget, et viia läbi kõrge{0}}pingekatseid elektriseadmetega.

• Spetsiaalsed trafod: näiteks elektriahju trafod, alaldi trafod, pinget reguleerivad trafod jne.

4.3 Klassifitseeritud trafo mähiste faaside arvu järgi

• Ühefaasiline-trafo: kasutatakse ühe-faasiliste koormuste ja kolme-faasiliste trafopankade jaoks.

• Kolme-faasiline trafo: kasutatakse pinge suurendamiseks või vähendamiseks kolmefaasilistes süsteemides.

4.4 Klassifitseeritud trafojahutusmeetodi järgi

• Kuiv{0}}tüüpi trafo: õhukonvektsiooniga jahutatav, kasutatakse tavaliselt väikese-võimsusega trafode jaoks, nagu kohalik valgustus ja elektroonikaahelad.

• Õli-kastetrafo: trafo, mis kasutab isolatsiooni- ja jahutusvahendina trafoõli ning mille südamik ja mähised on täielikult sukeldatud isolatsiooniõlisse.

4.5 Klassifitseeritud trafo mähise ühenduse tüübi järgi

• Kahe-mähisega trafo: kasutatakse kahe pingetaseme ühendamiseks toitesüsteemis.

• Kolme-mähisega trafo: kasutatakse tavaliselt elektrisüsteemi piirkondlikes alajaamades kolme pingetaseme ühendamiseks.

• Autotransformaator: primaar- ja sekundaarmähis on ühendatud üheks, mida kasutatakse erineva pingega toitesüsteemide ühendamiseks. Seda saab kasutada ka tavalise astmelise-üles- või astmelise-trafona.

4.6Klassifitseeritud trafo töösageduse järgi

• Toitesageduse trafo: selle töösagedus on 50 Hz või 60 Hz.
• Vahesagedustrafo: selle töösagedus on 400–1000 Hz.
• Helisagedusmuundur: selle töösagedus on 20Hz–20kHz.

• Ülehelisagedusmuundur: selle töösagedus on üle 20 kHz, üldjuhul mitte üle 100 kHz.

• Kõrg-sagedusmuundur: trafo, mille töösagedus on vahemikus 20 Hz kuni üle 100 kHz.

5. Trafode rakendusstsenaariumid

5.1 Toitesüsteem

• Elektrijaamad: trafosid kasutatakse generaatorite genereeritud pinge suurendamiseks elektrivõrku edastamiseks, võimaldades{0}}elektri edastamist kaugkauguselt.

• Alajaamad: alajaamades muundavad trafod kõrge{0}}elektri madalpinge{1}}elektriks, et rahuldada erinevate elektriseadmete vajadusi. Samal ajal saavad trafod täita ka selliseid funktsioone nagu reaktiivvõimsuse kompenseerimine ja pinge reguleerimine, tagades elektrisüsteemi stabiilse töö.

• Edastusliinid: ülekandeliinides kasutatakse trafosid pinge suurendamiseks, et vähendada energiakadu, saavutades tõhusa pika{0}}elektriülekande.

5.2Tsiviilsektor

• Kodumajapidamises kasutatavad elekter: jõutrafod muudavad kõrge-pinge elektri koduseks kasutamiseks sobivaks madalpinge{1}}elektriks, tagades elanikele normaalse elektritarbimise.

• Akude laadimine: olenemata sellest, kas see on sülearvuti, telefon või elektrisõiduk, vajavad need seadmed töötamiseks akusid ja akude laadimiseks trafot. Trafo põhiülesanne on reguleerida pinget ja takistada lekkevoolude või liigvoolude läbimist seadmetest.

5.3 Sideväli

Sidetrafosid kasutatakse telefoniterminali ahelates ja magistraalliinitoodetes sideahelate kvaliteedi ja seisukorra reguleerimiseks. Lisaks kasutatakse sidetrafosid laialdaselt kaabelmodemites, võrgukaartides, jaoturites, xDSL-lairiba sideseadmetes, kommutaatorites, fiiberoptilistes transiiverites, ruuterites, manussüsteemides ja VoIP-võrgu sideseadmetes.

5.4 Muud erirakendused

• Heliseadmed: helitrafosid kasutatakse tavaliselt vooluahela kaudu voolavate signaalide eraldamiseks ning allika ja koormuse impedantsi väärtuste sobitamiseks. Samuti võivad need kõrvaldada soovimatud või mürarikkad signaalid ja filtreerida sisendsignaali. Seda tüüpi trafod on spetsiaalselt loodud käsitlema signaale kuuldavas vahemikus, st signaale, mille sagedus on vahemikus 20 Hz kuni 20 kHz.

• Mõõteriistad: voolumõõturid, pingemõõturid ja mitmesugused muud mõõteriistad ja seadmed kasutavad tavaliselt üldiseks tööks trafosid. Näiteks tagavad mõõtevoolutrafod vooluringile vajaliku ohutuse, eraldades mõõteseadme ülejäänud vooluringist ja summutades või alandades suuri voolusid optimaalsete väärtusteni enne nende ampermeetrile andmist.

• Alaldus: alaldi trafod võivad muundada vahelduvvoolu alalisvooluks, kasutades selliseid rakendusi nagu mootori juhtimine, kaevandamine, elektriahjud, uurimis- ja arenduslaborid, kõrgepinge{0}}alalisvooluülekanne ja palju muud.