Pengubah Tegangan: Prinsip Kerja & Aplikasi
1. Transformer Rektifikasi: Prinsip dan Gambaran Umum
Transformer rektifikasi adalah transformer khusus yang dirancang untuk mensuplai sistem rektifikasi. Prinsip kerjanya sama dengan transformer konvensional — beroperasi berdasarkan induksi elektromagnetik dan digunakan untuk mentransformasikan tegangan bolak-balik. Transformer biasa memiliki dua lilitan yang terisolasi secara elektrik — primer dan sekunder — yang dipelintir di sekitar inti besi yang sama.
Ketika lilitan primer terhubung ke sumber daya AC, arus bolak-balik mengalir melaluinya, menghasilkan gaya magnetomotif (MMF), yang menghasilkan fluks magnet bolak-balik dalam inti besi tertutup. Fluks ini yang berubah-ubah 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 sebuah transformer memiliki 440 lilitan pada lilitan primer dan 220 lilitan pada lilitan sekunder, dengan input 220V pada sisi primer, output tegangan pada sisi sekunder akan menjadi 110V. Beberapa transformer mungkin memiliki beberapa lilitan sekunder atau tap, memungkinkan beberapa tegangan output yang berbeda diperoleh.
2. Ciri-ciri Transformer Rektifikasi
Transformer rektifikasi bekerja bersama dengan rektifier untuk membentuk peralatan rektifikasi, memungkinkan konversi daya AC menjadi DC. Sistem rektifikasi seperti ini merupakan sumber daya DC paling umum digunakan dalam perusahaan industri modern, luas digunakan dalam transmisi HVDC, traksi listrik, pabrik gulungan, pelapisan logam, elektrolisis, dan bidang lainnya.
Sisi primer (juga disebut sisi jaringan) dari transformer rektifikasi terhubung ke jaringan daya AC, sementara sisi sekunder (juga disebut sisi katup) terhubung ke rektifier. Meskipun struktur dasar dan prinsip kerjanya serupa dengan transformer konvensional, beban — yaitu rektifier — sangat berbeda dari beban normal, menyebabkan ciri desain dan operasional unik:
2.2 Gelombang Arus Non-Sinusoidal
Dalam rangkaian rektifikasi, setiap lengan hanya menghantar selama sebagian siklus, menghasilkan gelombang arus non-sinusoidal — biasanya mendekati pulsa persegi panjang yang tidak berkesinambungan. Akibatnya, arus pada lilitan primer dan sekunder juga non-sinusoidal.
Misalnya, dalam rektifikasi jembatan tiga fasa dengan koneksi Y/Y, pola gelombang arus menunjukkan pola pulsa yang jelas. Ketika tiristor digunakan untuk rektifikasi, semakin besar sudut penundaan pengapian, semakin curam naik/turun arus, meningkatkan konten harmonis. Ini menyebabkan kerugian eddy current yang lebih tinggi. Karena lilitan sekunder hanya menghantar arus sebagian waktu, tingkat utilitas transformer rektifikasi lebih rendah dibandingkan dengan transformer konvensional. Oleh karena itu, untuk rating daya yang sama, transformer rektifikasi cenderung lebih besar dan lebih berat.
2.3 Rating Daya Semu Setara (Rata-rata)
Pada transformer konvensional, daya input dan output sama (mengabaikan kerugian), sehingga kapasitas rating adalah daya semu salah satu lilitan. Namun, pada transformer rektifikasi, arus primer dan sekunder mungkin berbeda dalam bentuk gelombang (misalnya, dalam rektifikasi setengah gelombang), membuat daya semunya tidak sama.
Oleh karena itu, kapasitas transformer didefinisikan sebagai rata-rata daya semu lilitan primer dan sekunder, dikenal sebagai kapasitas setara:
di mana S1 adalah daya semu primer dan S2 adalah daya semu sekunder.
2.4 Kemampuan Tahan Korsleting Tinggi
Transformer rektifikasi harus memiliki kekuatan mekanis tinggi untuk menahan gaya elektromagnetik korsleting akibat kesalahan yang sering terjadi atau perubahan beban mendadak (misalnya, motor dimulai). Menjamin stabilitas dinamis dalam kondisi korsleting adalah pertimbangan penting dalam desain dan manufaktur.
3. Aplikasi Utama Transformer Rektifikasi
Transformer 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. Transformer yang digunakan untuk mensuplai perangkat rektifikasi disebut transformer rektifikasi. Sebagian besar sumber daya DC industri diperoleh dengan menggabungkan jaringan AC dengan transformer rektifikasi dan rangkaian rektifikasi.
3.1 Industri Elektrokimia
Ini adalah area aplikasi terbesar untuk transformer rektifikasi:
Elektrolisis senyawa logam untuk memproduksi aluminium, magnesium, tembaga, dan logam non-ferrous lainnya
Produksi klor-alkali melalui elektrolisis air garam
Pembuatan hidrogen dan oksigen melalui elektrolisis air
Proses-proses ini memerlukan daya DC dengan arus tinggi dan tegangan rendah, mirip dalam beberapa aspek dengan transformer tungku busur listrik. Oleh karena itu, transformer rektifikasi memiliki fitur struktural yang sama dengan transformer tungku.
Fitur paling khas dari transformer rektifikasi adalah bahwa arus sekunder tidak lagi berbentuk AC sinusoidal. Karena hantaran unidirectional elemen rektifikasi, arus fase menjadi berdenyut dan unidirectional. Setelah penyaringan, arus berdenyut ini menjadi DC yang halus.
Tegangan dan arus sekunder bergantung tidak hanya pada kapasitas transformer dan grup koneksi, tetapi juga pada konfigurasi rangkaian rektifikasi (misalnya, jembatan tiga fasa, dual anti-paralel dengan reaktor penyeimbang). Bahkan untuk output DC yang sama, rangkaian rektifikasi yang berbeda memerlukan tegangan dan arus sekunder yang berbeda. Oleh karena itu, perhitungan parameter untuk transformer rektifikasi dimulai dari sisi sekunder dan didasarkan pada topologi rektifikasi spesifik.
