Trafo

11. klass > Füüsika > 4. kursus: Energia

Elektrijaamade generaatorid toodavad väga suure voolutugevusega elektrivoolu, mille ülekandmisel tarbijani oleks keeruline ja kallis sest (1) väga tugev elektrivool vajab transportimiseks väga jämedaid juhtmeid ning (2) isegi need jämedad juhtmed soojenevad tugeva voolu mõjul märgatavalt ning sellest tekiksid suured energiakaod.

Generaatorist väljuva vahelduvvoolu tugevuse muundamiseks väiksemaks kasutatakse transformaatoreid ehk trafosid. Trafo ülesandeks ongi muundada muutumatul sagedusel vahelduvvoolu/ vahelduvpinget teistsuguse pingega/voolutugevusega vahelduvvooluks

Trafo koosneb kahest ühele ja samale metallsüdamikule keritud erineva juhtmekeerdude arvuga mähisest: primaarmähisest, mis on ühendatud vahelduvpinge allikaga ja sekundaarmähisest, kus elektromotoorjõud (pinge) indutseeritakse mähises endas.

69

Trafo töö põhineb elektromagnetilise induktsiooni nähtusel. Primaarmähise otstele rakendatud vahelduvpinge tekitab mähises muutuva tugevusega elektrivoolu. Muutuva tugevusega vool tekitab ferriitsüdamikus muutuva magnetvoo, mis indutseerib sekundaarmähises muutuva suurusega elektromotoorjõu. Sekundaarmähises indutseeritud elektromotoorjõud tekitab mähisega ühendatud vooluahelas muutuva tugevusega elektrivoolu.

Saab näidata, et primaar- ja sekundaarmähise keerdude arvu ning primaar- ja sekundaarmähise pingete (elektromotoorjõudude) vahel kehtib seos:

70

kus k – trafo ülekandesuhe; Np – primaarmähise keerdude arv, Ns – sekundaarmähise keerdude arv, Up – pinge (ka elektromotoorjõud) primaarmähisel; Us – pinge (elektromotoorjõud) sekundaarmähisel.

Seega iseloomustab trafo ülekandesuhe mitu korda tulenevalt mähises olevate juhtmekeerdude arvudest erineb pinge (elektromotoorjõud) primaarmähise otste vahel pingest (elektromotoorjõust) sekundaarmähise otstel.

Kuna kehtib energia jäävuse seadus ja trafos (peaaegu võimsuse N = UI) kadusid ei esine, siis:

71

kus Np ja Ns on vastavalt elektrivoolu poolt primaar- ja sekundaarmähises arendatavad võimsused, siis järelikult:

72

kus Up ja Ip– pinge ning voolutugevus primaarmähises; Us ja Is– pinge ja voolutugevus sekundaarmähises, ehk:

73

nii mitu korda kui suureneb pinge trafo sekundaarmähise otse vahel, väheneb voolutugevus sekundaarmähisega ühendatud vooluahelas.

Trafode kasutusalad ongi peamiselt seal, kus on tarvis (1) pinget suurendada selleks, et vähendada voolutugevust (elektrijaamades) või (2) pinge alandamiseks, et vähendada voolutugevust (alajaamades, keevitusaparaatides).