Trafo. Elektrienergia ülekanne

Elektrienergiat on mugav kasutada, aga keeruline suurel hulgal salvestada. Seetõttu tarnitakse elektrienergia jaotusvõrgu vahendusel elektrijaamast otse lõpptarbijani. Ent mida pikemad on liinid, seda suuremad on ka kaod. Ülekandmisel suurtele kaugustele ja paljudele tarbijatele esineb ebasoodsaid asjaolusid. Koos pikkusega kasvab juhtme takistus ja soojuslikud energiakaod ning väheneb pinge. Tarbijad ühendatakse rööbiti, mis suurendab voolutugevust generaatoris ja vähendab tarbimise kasvamisel klemmipinget. 19. sajandi lõpukümnendil jõuti järeldusele, et oleks parem kasutada vahelduvvoolu ja tõsta selle pinge enne ülekannet võimalikult kõrgele. Pinge tõstmiseks oli äsja leiutatud transformaator ehk trafo.

Juhis eralduv soojushulk on võrdeline voolutugevuse ruuduga ( $Q = I^{2} R t$ ). Vähendades voolutugevust ülekandeliinides $2$ korda, vähenevad soojuskaod $4$ korda. Kui aga tahame edastada eelnevaga võrdset võimsust $P = U I$ , peame pinget tõstma $2$ korda.

Trafo on elektromagnetilise induktsiooni nähtusel põhinev seadis vahelduvpinge muutmiseks. Trafo koosneb vähemalt kahest erineva keerdude arvuga $n_{1}$ ja $n_{2}$ raudsüdamikule keritud mähisest (joonis 1.20. a). Vooluallikaga ühendatud mähist nimetatakse primaarmähiseks ja tarbijaga ühendatud mähist sekundaarmähiseks.

Joonis 1.20. a - lülitus vooluallika ja tarbijaga (hõõglamp), b - skeemitähised

Primaarmähist läbiv vahelduvvool tekitab muutuva magnetvälja, mida mähise sees olev raudsüdamik annab edasi sekundaarmähisesse. Muutuv magnetväli tekitab sekundaarmähises muutuva elektromotoorjõu. Kui sekundaarmähisega ühendada tarbija, läbib teda muudetud pingega vahelduvvool.

Magnetvoo muut on mõlemas mähises ligikaudu võrdne. Seega mähiste pinged on võrdelised keerdude arvuga ja ligikaudu pöördvõrdelised voolutugevustega.

(1.15.)

\frac{U_{1}}{U_{2}} = \frac{n_{1}}{n_{2}} \approx \frac{I_{2}}{I_{1}}

Kui vahetada vooluallika ja tarbija kohad, saame pinget vähendava trafo (joonis 1.20. a) asemel pinget tõstva trafo.

Generaatori pinge ei ole ülekande jaoks piisav ja seetõttu tõstetakse elektrijaamas trafoga pinge vajalikule tasemele (näiteks $330 k V$ ). See rakendatakse kõrgepinge ülekandeliinidele. Lähenedes tarbijatele, vähendatakse alajaamades järk-järgult pinget, kuni pistikupessa jõudva $230 V$ -ni. Elektrijaamad ei tegutse eraldi, vaid on ühendatud ühtsesse võrku teiste Eestis asuvate jaamadega ja ka Venemaa ning Lätiga. Soomega saame vahetada elektrienergiat kõrgepingelise alalisvooluna kahe merekaabli kaudu.

Trafos puuduvad liikuvad osad, energiakaod mähistes ja südamikus on püütud viia minimaalseks. Võimsate trafode kasutegur

η = \frac{P_{1}}{P_{2}}

küünib kuni $99 %$ -ni.

Küsimused

Miks peab pinget madaldava trafo sekundaarmähis olema jämedamast traadist?

Miks ei ole otstarbekas elektrijaama trafoga pinget tõsta ükskõik kui kõrgele?

Summary

Trafo on elektriseadis vahelduvpinge muutmiseks ja see töötab elektromagnetilise induksiooni nähtusel.

Ühe ja sama trafoga on võimalik vahelduvpinget nii tõsta kui ka langetada.

Ülesanded

Transformaatori primaarmähises on

2300

keerdu. Mitu keerdu peaks olema sekundaarmähises, et muuta tavaline võrgupinge

10

-voldiseks? Tavaline võrgupinge on

230 V

.

Mitu korda muudab (suurendab/vähendab) vahelduvpinget joonisel 1.20. a kujutatud trafo?

Joonisel 1.20. a kujutatud trafo primaarmähise vool on

1 A

. Kui suur vool on sekundaarmähises, kui trafo kasutegur on

70 %

?