ट्रांसफार्मर को कभी डीसी सप्लाई से क्यों नहीं जोड़ा जाता?

ट्रांसफॉर्मर को कभी भी डीसी विद्युत आपूर्ति से क्यों नहीं जोड़ा जाता?

ट्रांसफार्मर मुख्य विद्युत उपकरण हैं जो वोल्टेज रूपांतरण वर्तमान अलगाव और बिजली संचरण को प्राप्त करने के लिए विद्युत चुम्बकीय प्रेरण पर निर्भर करते हैं और उनके संरचनात्मक डिजाइन और कार्य सिद्धांत पूरी तरह से प्रत्यावर्ती धारा (एसी) की विशेषताओं पर निर्भर होते हैं जो उन्हें प्रत्यक्ष वर्तमान (डीसी) बिजली आपूर्ति के साथ असंगत बनाते हैं, जिसके मुख्य कारण इस प्रकार हैं:​

1. डीसी पावर इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन को ट्रिगर नहीं कर सकता, जिससे ट्रांसफार्मर की कार्यक्षमता में कमी आ सकती है

ट्रांसफार्मर का मौलिक कार्य सिद्धांत एक सामान्य लौह कोर के चारों ओर दो वाइंडिंग (प्राथमिक वाइंडिंग और द्वितीयक वाइंडिंग) के बीच पारस्परिक प्रेरण पर आधारित है। जब एक एसी करंट प्राथमिक वाइंडिंग से होकर गुजरता है तो यह आयरन कोर में एक वैकल्पिक चुंबकीय प्रवाह उत्पन्न करता है (चुंबकीय प्रवाह की दिशा और परिमाण एसी करंट के साथ समय-समय पर बदलता रहता है) और यह वैकल्पिक चुंबकीय प्रवाह फैराडे के इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन के नियम के अनुसार द्वितीयक वाइंडिंग में एक इलेक्ट्रोमोटिव बल (ईएमएफ) को प्रेरित करने के लिए द्वितीयक वाइंडिंग को काटता है, जिससे वोल्टेज रूपांतरण और पावर ट्रांसमिशन का एहसास होता है। जब एक डीसी बिजली की आपूर्ति प्राथमिक वाइंडिंग से जुड़ी होती है तो डीसी धारा में निरंतर परिमाण और दिशा होती है (कोई आवधिक परिवर्तन नहीं) और यह निरंतर धारा केवल लौह कोर में एक स्थिर चुंबकीय प्रवाह उत्पन्न कर सकती है (चुंबकीय प्रवाह समय के साथ नहीं बदलता है)। चूंकि विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के लिए EMF को प्रेरित करने के लिए "चुंबकीय प्रवाह में परिवर्तन" की आवश्यकता होती है, इसलिए स्थैतिक चुंबकीय प्रवाह द्वितीयक वाइंडिंग को नहीं काट सकता है जिसके परिणामस्वरूप द्वितीयक वाइंडिंग में शून्य प्रेरित EMF होता है और ट्रांसफार्मर पूरी तरह से अपने वोल्टेज रूपांतरण और पावर ट्रांसमिशन फ़ंक्शन को खो देता है।

2. डीसी पावर गंभीर आयरन कोर संतृप्ति और अत्यधिक वाइंडिंग करंट का कारण बनता है

(1) आयरन कोर चुंबकीय संतृप्ति

The iron core of a transformer is made of high-permeability silicon steel sheets which are designed to work in the linear magnetic permeability range under AC conditions. Under AC excitation the alternating magnetic flux changes periodically and the iron core magnetic density fluctuates within a safe range (usually 1.2-1.8T) to avoid saturation. When DC current is applied the static magnetic flux in the iron core will continue to increase with the DC current (following the magnetizing curve of the iron core) and since DC has no "zero-crossing" process (unlike AC which periodically resets the magnetic flux) the iron core magnetic density will quickly exceed the saturation point (typically >2टी). एक बार संतृप्त होने पर लौह कोर की पारगम्यता तेजी से कम हो जाती है (हवा के करीब) और प्राथमिक वाइंडिंग की चुंबकीय प्रतिक्रिया काफी कम हो जाती है।

(2) अत्यधिक प्राथमिक वाइंडिंग धारा

सामान्य एसी ऑपरेशन के तहत ट्रांसफॉर्मर की प्राथमिक वाइंडिंग में एक बड़ा मैग्नेटाइजिंग रिएक्शन (Xₘ) होता है जो मैग्नेटाइजिंग करंट को एक छोटे मूल्य (आमतौर पर रेटेड करंट का 2% -8%) तक सीमित कर देता है। डीसी से कनेक्ट होने पर संतृप्त लौह कोर चुंबकीय प्रतिक्रिया Xₘ को शून्य तक ले जाता है और इस समय प्राथमिक वाइंडिंग एक शुद्ध प्रतिरोध सर्किट के बराबर होती है (केवल वाइंडिंग का डीसी प्रतिरोध आर मौजूद होता है)। चूंकि ट्रांसफॉर्मर वाइंडिंग का डीसी प्रतिरोध ओम के नियम (I=U/R) के अनुसार बेहद छोटा (आमतौर पर कुछ ओम या उससे कम) होता है, इसलिए प्राथमिक धारा तेजी से बढ़कर अत्यधिक उच्च मान तक पहुंच जाएगी, जो अक्सर रेटेड धारा से दसियों या सैकड़ों गुना अधिक होती है। उदाहरण के लिए, यदि एक 10kV ट्रांसफार्मर (प्राथमिक रेटेड करंट 57.7A वाइंडिंग DC प्रतिरोध 10Ω) को गलती से 10kV DC बिजली आपूर्ति से जोड़ दिया जाता है, तो प्राथमिक करंट I=10,000V / 10Ω=1000A (रेटेड करंट का 17 गुना) तक पहुंच जाएगा और यह अत्यधिक करंट थोड़े समय में वाइंडिंग के गंभीर रूप से गर्म होने का कारण बनेगा।

3. डीसी कनेक्शन के कारण ओवरहीटिंग और उपकरण क्षति

(1) वाइंडिंग इंसुलेशन बर्नआउट

प्राथमिक वाइंडिंग में अत्यधिक DC करंट जूल हीटिंग (Q=I²Rt) के माध्यम से बड़ी मात्रा में गर्मी उत्पन्न करता है और वाइंडिंग इन्सुलेशन (आमतौर पर एनामेल्ड तार इन्सुलेशन या पेपर इन्सुलेशन) में एक सीमित तापमान प्रतिरोध होता है (उदाहरण के लिए, क्लास ए इन्सुलेशन: 105 डिग्री क्लास बी इन्सुलेशन: 130 डिग्री)। थोड़े समय में (सेकंड से मिनट तक) अत्यधिक करंट से उत्पन्न गर्मी इन्सुलेशन की तापमान प्रतिरोध सीमा को पार कर जाएगी, जिससे इन्सुलेशन पिघल कर कार्बोनाइज हो जाएगा या आग भी पकड़ लेगा और वाइंडिंग घुमावों के बीच या वाइंडिंग और लोहे के कोर के बीच शॉर्ट सर्किट हो जाएगा।

(2) आयरन कोर का ज़्यादा गरम होना

डीसी उत्तेजना के तहत संतृप्त लौह कोर असामान्य एड़ी धारा हानि उत्पन्न करेगा और हालांकि एसी परिस्थितियों में एड़ी धारा हानि को कम करने के लिए लौह कोर की सिलिकॉन स्टील शीट को एक इन्सुलेट परत के साथ लेपित किया जाता है, डीसी के तहत स्थैतिक चुंबकीय प्रवाह कुछ क्षेत्रों में इन्सुलेटिंग परत के माध्यम से तोड़ने और बड़े एड़ी धाराओं को उत्पन्न करने के लिए स्थानीय चुंबकीय घनत्व को बहुत अधिक कर देगा। इन एड़ी धाराओं के कारण लोहे की कोर तेजी से गर्म हो जाएगी जिससे सिलिकॉन स्टील शीट में विकृति आ जाएगी या कोर संरचना को नुकसान होगा।

(3) विस्फोट या आग का खतरा

गंभीर मामलों में वाइंडिंग इंसुलेशन के जलने और आयरन कोर के अधिक गर्म होने से ट्रांसफॉर्मर के अंदर इंसुलेटिंग ऑयल (तेल में डूबे ट्रांसफार्मर) या अन्य कार्बनिक पदार्थों में आग लग सकती है, जिससे विस्फोट या आग लग सकती है, जो बिजली प्रणालियों और कर्मियों की सुरक्षा के लिए गंभीर खतरा पैदा करती है।

4. विशेष नोट: डीसी-डीसी रूपांतरण शुद्ध डीसी के बजाय "स्पंदित डीसी" पर निर्भर करता है।

यह स्पष्ट किया जाना चाहिए कि कुछ पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरण (जैसे डीसी पावर ट्रांसमिशन सिस्टम में डीसी ट्रांसफार्मर) डीसी वोल्टेज रूपांतरण का एहसास कर सकते हैं लेकिन वे पारंपरिक ट्रांसफार्मर सिद्धांत का उपयोग नहीं करते हैं। वे पहले शुद्ध डीसी को पावर इलेक्ट्रॉनिक स्विच (जैसे आईजीबीटी) के माध्यम से स्पंदित डीसी (या उच्च आवृत्ति एसी) में परिवर्तित करते हैं, फिर वोल्टेज को समायोजित करने के लिए एक उच्च आवृत्ति ट्रांसफार्मर (एसी/स्पंदित स्थितियों के तहत काम करने वाले) का उपयोग करते हैं और अंत में इसे वापस डीसी में सुधारते हैं। यह प्रक्रिया अनिवार्य रूप से "एसी-जैसे" पल्स उत्तेजना पर निर्भर करती है, न कि पारंपरिक ट्रांसफार्मर से सीधे डीसी कनेक्शन पर।​

निष्कर्ष में, ट्रांसफार्मर का कार्य सिद्धांत स्वाभाविक रूप से एसी की वैकल्पिक प्रकृति पर निर्भर है और इसे डीसी पावर से जोड़ने से न केवल यह अपना मूल कार्य खो देगा, बल्कि गंभीर ओवरहीटिंग और उपकरण को स्थायी क्षति भी होगी। इसलिए ट्रांसफार्मर सख्ती से एसी बिजली आपूर्ति के लिए डिज़ाइन किए गए हैं और इन्हें कभी भी डीसी बिजली से नहीं जोड़ा जाना चाहिए