Trafo Rektifikasi: Prinsip Kerja & Aplikasi

1. Trafo Rektifikasi: Prinsip dan Tinjauan

Trafo rektifikasi adalah trafo khusus yang dirancang untuk mensuplai sistem rektifikasi. Prinsip kerjanya sama dengan trafo konvensional — beroperasi berdasarkan induksi elektromagnetik dan digunakan untuk mengubah tegangan bolak-balik. Trafo biasa memiliki dua lilitan yang terisolasi secara listrik — primer dan sekunder — yang dililitkan di sekitar inti besi yang sama.

Ketika lilitan primer dihubungkan ke sumber daya AC, arus bolak-balik mengalir melaluinya, menghasilkan gaya magnetomotif (MMF), yang menghasilkan fluks magnetik bolak-balik dalam inti besi tertutup. Perubahan fluks ini memotong kedua lilitan primer dan sekunder, menginduksi tegangan bolak-balik dengan frekuensi yang sama pada lilitan sekunder.

Rasio jumlah lilitan antara lilitan primer dan sekunder sama dengan rasio tegangan. Misalnya, jika trafo memiliki 440 lilitan pada sisi primer dan 220 lilitan pada sisi sekunder, dengan input 220V pada sisi primer, tegangan output pada sisi sekunder akan menjadi 110V. Beberapa trafo mungkin memiliki beberapa lilitan sekunder atau tap, memungkinkan beberapa tegangan output yang berbeda diperoleh.

2. Karakteristik Trafo Rektifikasi

Trafo rektifikasi bekerja bersama dengan rektifier untuk membentuk peralatan rektifikasi, memungkinkan konversi daya AC menjadi daya DC. Sistem rektifikasi semacam itu merupakan sumber daya DC yang paling umum digunakan di perusahaan industri modern, luas digunakan dalam transmisi HVDC, traksi listrik, pabrik penggilingan, pelapisan logam, elektrolisis, dan bidang lainnya.

Sisi primer (juga disebut sisi jaringan) dari trafo rektifikasi terhubung ke jaringan listrik AC, sementara sisi sekunder (juga disebut sisi katup) terhubung ke rektifier. Meskipun struktur dasar dan prinsip kerjanya mirip dengan trafo konvensional, beban — yaitu rektifier — sangat berbeda dari beban normal, sehingga menghasilkan karakteristik desain dan operasional yang unik:

2.2 Gelombang Arus Non-Sinusoidal

Dalam rangkaian rektifikasi, setiap lengan hanya menghantarkan selama sebagian siklus, menghasilkan gelombang arus non-sinusoidal — biasanya mendekati pulsa persegi panjang diskontinu. Akibatnya, arus lilitan primer dan sekunder keduanya non-sinusoidal.

Misalnya, dalam rektifikasi jembatan tiga fasa dengan koneksi Y/Y, gelombang arus menunjukkan pola pulsa yang jelas. Ketika tiristor digunakan untuk rektifikasi, semakin besar sudut penundaan pemicuan, semakin curam kenaikan/turunan arus, meningkatkan konten harmonis. Ini menyebabkan kerugian eddy arus yang lebih tinggi. Karena lilitan sekunder hanya menghantarkan arus sebagian waktu, tingkat utilitas trafo rektifikasi lebih rendah daripada trafo konvensional. Oleh karena itu, untuk daya yang sama, trafo rektifikasi cenderung lebih besar dan lebih berat.

2.3 Kapasitas Daya Semu Setara (Rata-rata)

Dalam trafo konvensional, daya input dan output sama (mengabaikan kerugian), sehingga kapasitas nominal adalah daya semu dari salah satu lilitan. Namun, dalam trafo rektifikasi, arus primer dan sekunder mungkin berbeda bentuk gelombang (misalnya, dalam rektifikasi setengah gelombang), membuat daya semu mereka tidak sama.

Oleh karena itu, kapasitas trafo didefinisikan sebagai rata-rata daya semu primer dan sekunder, dikenal sebagai kapasitas setara:

di mana ${\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">S</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">1</span>}}$S1 adalah daya semu primer dan ${\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">S</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">2</span>}}$S2 adalah daya semu sekunder.

2.4 Kemampuan Tahanan Korsleting Tinggi

Trafo rektifikasi harus memiliki kekuatan mekanis tinggi untuk menahan gaya elektromagnetik korsleting akibat gangguan sering atau perubahan beban tiba-tiba (misalnya, starting motor). Menjamin stabilitas dinamis dalam kondisi korsleting adalah pertimbangan penting dalam desain dan pembuatan.

3. Aplikasi Utama Trafo Rektifikasi

Trafo rektifikasi berfungsi sebagai sumber daya untuk peralatan rektifikasi. Fitur utamanya adalah mengubah input AC pada sisi primer menjadi output DC melalui elemen rektifikasi pada sisi sekunder. "Konversi daya" termasuk rektifikasi, inversi, dan konversi frekuensi, di mana rektifikasi adalah yang paling banyak digunakan. Trafo yang digunakan untuk mensuplai perangkat rektifikasi disebut trafo rektifikasi. Sebagian besar sumber daya DC industri diperoleh dengan menggabungkan jaringan AC, trafo rektifikasi, dan rangkaian rektifikasi.

3.1 Industri Elektrokimia

Ini adalah area aplikasi terbesar untuk trafo rektifikasi:

• Elektrolisis senyawa logam untuk memproduksi aluminium, magnesium, tembaga, dan logam non-ferrous lainnya

• Produksi klor-alkali melalui elektrolisis air asin

• Pembuatan hidrogen dan oksigen melalui elektrolisis air

Proses-proses ini memerlukan daya DC dengan arus tinggi dan tegangan rendah, mirip dalam beberapa aspek dengan trafo tungku busur listrik. Oleh karena itu, trafo rektifikasi memiliki fitur struktural yang sama dengan trafo tungku.

Fitur paling khas dari trafo rektifikasi adalah bahwa arus sekunder tidak lagi berbentuk AC sinusoidal. Karena konduksi unidirectional dari elemen rektifikasi, arus fase menjadi pulsating dan unidirectional. Setelah difilter, arus pulsating ini menjadi DC yang halus.

Tegangan dan arus sekunder bergantung tidak hanya pada kapasitas trafo dan grup koneksi, tetapi juga pada konfigurasi rangkaian rektifikasi (misalnya, jembatan tiga fasa, anti-paralel ganda dengan reaktor balancing). Bahkan untuk output DC yang sama, rangkaian rektifikasi yang berbeda memerlukan tegangan dan arus sekunder yang berbeda. Dengan demikian, perhitungan parameter untuk trafo rektifikasi dimulai dari sisi sekunder dan didasarkan pada topologi rektifikasi spesifik.