Panduan Definitif untuk Penyearah Transformator: Dari Prinsip Desain hingga Aplikasi Industri

Perkenalan

Transformator penyearah adalah bentuk khusus Power Transformer yang direkayasa untuk memasok arus searah (DC) ke sirkuit penyearah dengan mengundurkan diri atau meningkatkan level tegangan arus bolak -balik (AC). Tidak seperti transformator konvensional, transformator penyearah harus menahan beban non-linear, arus harmonik tinggi, dan tegangan termal yang ketat. Panduan ini mengeksplorasi fitur desain inti, metode konstruksi, area aplikasi, dan pertimbangan kinerja transformator penyearah, menyediakan sumber daya komprehensif bagi para insinyur, teknisi, dan spesialis pengadaan.

1. Prinsip Desain Inti

1.1 Transformasi Tegangan & Isolasi

• Adaptasi tegangan: Konversi tegangan AC utilitas (misalnya, 11 kV, 33 kV) ke tingkat yang tepat yang dibutuhkan oleh penyearah- seringkali dalam kisaran tegangan rendah hingga menengah (misalnya, 400 V hingga 2 kV).

• Isolasi Listrik: Menyediakan pemisahan galvanik antara beban kisi dan DC, meningkatkan keamanan sistem dan mengurangi perambatan kesalahan.

1.2 Manajemen Harmonik

• Gulungan fase-shift: mengimplementasikan konfigurasi delta-wye atau zigzag untuk memperkenalkan pergeseran fase (misalnya, 30 °) yang membatalkan harmonik spesifik, mengurangi distorsi harmonik total (THD).

• Desain multi-winding: Memanfaatkan belitan tersier atau gulungan sekunder yang diatur untuk menetralkan harmonik triplen, memastikan kepatuhan kualitas daya.

1.3 Ketahanan Termal & Mekanik

• Kapasitas kelebihan beban: Dirancang untuk arus DC berkelanjutan dengan impedansi sirkuit pendek rendah dan inersia termal yang tinggi, mencegah saturasi di bawah pemuatan non-sinusoidal.

• Peredam getaran: Menggabungkan gulungan bracing dan resin yang diimpregnasi untuk menahan gaya elektromagnetik dan tegangan mekanis selama kondisi masuk dan kesalahan.

2. Konstruksi & Bahan

2.1 Majelis Inti

• Baja inti: Laminasi baja silikon berorientasi butir meminimalkan kerugian inti dan arus eddy.

• Perisai magnetik: Perisai laminasi atau foil mengurangi fluks kebocoran dan kehilangan nyasar, meningkatkan efisiensi.

2.2 WINDING & INSULASI

• Pemilihan konduktor: Konduktor tembaga dengan kemurnian tinggi, kadang-kadang aluminium untuk desain yang peka terhadap biaya, berukuran untuk arus DC kontinu.

• Sistem isolasi: Kelas F atau H atau H (misalnya, Nomex, resin epoksi) menahan suhu tinggi dari pemanasan harmonik.

• Tap Changers: On-Load Tap Changers (OLTC) memungkinkan regulasi tegangan halus (± 2,5 % hingga ± 10 %) di bawah beban penuh.

2.3 Pengaturan Pendinginan

• Pendinginan oli-immersed: Onan (Oil Air Alami Alami) atau ONAF (Minyak Alami Paksa) Desain untuk unit berkapasitas tinggi.

• Pendinginan tipe kering: enkapsulasi udara atau tekanan vakum paksa untuk instalasi indoor dan sensitif lingkungan.

3. Jenis Transformer Penyearah

4. Aplikasi utama

4.1 Pemrosesan Elektrokimia

• Ekstraksi logam: memasok arus DC yang tepat untuk aluminium, tembaga, dan seng yang elektrowinning, di mana riak tegangan secara langsung mempengaruhi kualitas produk.

• Electroplating & Anodizing: Memastikan ketebalan deposit yang seragam dengan mempertahankan output DC yang stabil.

4.2 Industri Baja & Logam

• Tungku busur listrik (EAF): Menyediakan pasokan DC untuk elektroda tungku, memungkinkan kontrol busur halus dan berkurangnya flicker.

• Rolling Mills & Galvanizing Lines: Powers DC Motors dan Resistor Banks untuk leveling beban dan kontrol ketegangan.

4.3 Transportasi & Traksi

• Gardu Railway: Memberi makan sistem traksi DC untuk metro perkotaan dan rel berkecepatan tinggi, seringkali sebagai konfigurasi 12-pulsa untuk meminimalkan harmonik pada grid AC.

• Propulsi Kapal: Pasokan drive DC untuk motor laut yang efisien.

4.4 Arus Tegangan Tinggi (HVDC)

• Tautan jarak jauh: Mengubah AC ke DC untuk transmisi lebih dari ratusan kilometer dengan kerugian minimal; diinstal pada akhir pengiriman dan penerima.

• Interkoneksi & Stabilisasi Grid: Memungkinkan pertukaran daya antara jaringan asinkron.

4.5 Pengisian Baterai & Integrasi Terbarukan

• Sistem Penyimpanan Energi Baterai (BESS): Pasokan DC yang dikendalikan untuk mengisi baterai format besar dalam microgrids dan pertanian terbarukan.

• Inverter Photovoltaic: Antarmuka dengan tautan DC dua arah untuk fungsi-fungsi dukungan kisi.

5. Pertimbangan Kinerja & Pemeliharaan

5.1 Efisiensi & Kerugian

• Kerugian inti: Disetel rendah melalui laminasi bermutu tinggi; kritis pada beban parsial.

• Kerugian tembaga: meningkat di bawah bias DC; Dioptimalkan dengan memilih ukuran konduktor yang tepat dan tata letak belitan.

5.2 Pemantauan & Perlindungan

• Sensor Suhu: Probe PT100/RTD tertanam dalam belitan dan oli untuk pemantauan termal real-time.

• Buchholz Relay & Tekanan Belief: Mendeteksi akumulasi gas dan tekanan berlebih pada tangki minyak, memicu alarm atau isolat.

5.3 Siklus Hidup & Keandalan

• Pengujian rutin: Rasio putaran, indeks polarisasi, dan analisis gas terlarut (DGA) untuk menilai integritas belitan dan kesehatan minyak.

• Renovasi: Rewinding dan penggantian minyak memperpanjang umur layanan dengan 10–15 tahun ketika dilakukan secara proaktif.

Kesimpulan

Transformer penyearah sangat diperlukan dalam sistem daya modern di mana pasokan DC yang stabil dan kualitas daya sangat penting. Melalui konfigurasi belitan lanjutan, isolasi yang kuat, dan metode pendinginan yang disesuaikan, transformer ini memenuhi tuntutan ketat dari proses elektrokimia industri, transmisi DC berkapasitas tinggi, dan sistem traksi kritis. Dengan memahami nuansa desain dan kebutuhan pemeliharaan mereka, insinyur dapat memastikan kinerja yang optimal, umur panjang, dan efisiensi energi dalam aplikasi daya DC apa pun.