এই সপ্তাহে আমরা গত সপ্তাহের প্রবন্ধটি নিয়েই আলোচনা করব।

১.২ ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটার

ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরগুলিতে ব্যবহৃত ডাইলেক্ট্রিক হল অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড যা অ্যালুমিনিয়ামের ক্ষয় দ্বারা গঠিত হয়, যার ডাইলেক্ট্রিক ধ্রুবক 8 থেকে 8.5 এবং কার্যকরী ডাইলেক্ট্রিক শক্তি প্রায় 0.07V/A (1µm=10000A)। তবে, এই ধরণের পুরুত্ব অর্জন করা সম্ভব নয়। অ্যালুমিনিয়াম স্তরের পুরুত্ব ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরের ধারণক্ষমতা ফ্যাক্টর (নির্দিষ্ট ক্যাপাসিট্যান্স) হ্রাস করে কারণ অ্যালুমিনিয়াম ফয়েলটি অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড ফিল্ম তৈরি করতে খোদাই করতে হয় যাতে ভাল শক্তি সঞ্চয় বৈশিষ্ট্য পাওয়া যায় এবং পৃষ্ঠটি অনেক অসম পৃষ্ঠ তৈরি করে। অন্যদিকে, ইলেক্ট্রোলাইটের প্রতিরোধ ক্ষমতা কম ভোল্টেজের জন্য 150Ωcm এবং উচ্চ ভোল্টেজের জন্য 5kΩcm (500V)। ইলেক্ট্রোলাইটের উচ্চতর প্রতিরোধ ক্ষমতা RMS কারেন্টকে সীমাবদ্ধ করে যা ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটর সহ্য করতে পারে, সাধারণত 20mA/µF।

এই কারণে ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটারগুলি সাধারণত সর্বোচ্চ 450V ভোল্টেজের জন্য ডিজাইন করা হয় (কিছু স্বতন্ত্র নির্মাতারা 600V এর জন্য ডিজাইন করে)। অতএব, উচ্চতর ভোল্টেজ পেতে হলে ক্যাপাসিটারগুলিকে সিরিজে সংযুক্ত করে সেগুলি অর্জন করা প্রয়োজন। তবে, প্রতিটি ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরের অন্তরণ প্রতিরোধের পার্থক্যের কারণে, প্রতিটি সিরিজ সংযুক্ত ক্যাপাসিটরের ভোল্টেজের ভারসাম্য বজায় রাখার জন্য প্রতিটি ক্যাপাসিটরের সাথে একটি রোধক সংযুক্ত করতে হবে। এছাড়াও, ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরগুলি পোলারাইজড ডিভাইস, এবং যখন প্রয়োগিত বিপরীত ভোল্টেজ Un এর 1.5 গুণ বেশি হয়, তখন একটি ইলেক্ট্রোকেমিক বিক্রিয়া ঘটে। যখন প্রয়োগিত বিপরীত ভোল্টেজ যথেষ্ট দীর্ঘ হয়, তখন ক্যাপাসিটরটি বেরিয়ে যাবে। এই ঘটনাটি এড়াতে, প্রতিটি ক্যাপাসিটরের পাশে একটি ডায়োড সংযুক্ত করা উচিত যখন এটি ব্যবহার করা হয়। এছাড়াও, ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরের ভোল্টেজ সার্জ রেজিস্ট্যান্স সাধারণত Un এর 1.15 গুণ হয় এবং ভালগুলি Un এর 1.2 গুণে পৌঁছাতে পারে। তাই ডিজাইনারদের কেবল স্থির-অবস্থার কার্যকরী ভোল্টেজই নয় বরং সার্জ ভোল্টেজও বিবেচনা করা উচিত। সংক্ষেপে, ফিল্ম ক্যাপাসিটর এবং ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরের মধ্যে নিম্নলিখিত তুলনা সারণীটি আঁকা যেতে পারে, চিত্র 1 দেখুন।

2. অ্যাপ্লিকেশন বিশ্লেষণ

ফিল্টার হিসেবে DC-Link ক্যাপাসিটরের জন্য উচ্চ কারেন্ট এবং উচ্চ ক্ষমতা সম্পন্ন ডিজাইনের প্রয়োজন হয়। চিত্র ৩-এ উল্লিখিত একটি নতুন শক্তি যানবাহনের প্রধান মোটর ড্রাইভ সিস্টেমের উদাহরণ। এই অ্যাপ্লিকেশনে ক্যাপাসিটরটি একটি ডিকাপলিং ভূমিকা পালন করে এবং সার্কিটটিতে একটি উচ্চ অপারেটিং কারেন্ট রয়েছে। ফিল্ম DC-Link ক্যাপাসিটরের সুবিধা হল এটি বৃহৎ অপারেটিং কারেন্ট (IRMs) সহ্য করতে সক্ষম। উদাহরণ হিসেবে ৫০~৬০kW নতুন শক্তি যানবাহনের প্যারামিটারগুলি নিন, প্যারামিটারগুলি নিম্নরূপ: অপারেটিং ভোল্টেজ ৩৩০ Vdc, রিপল ভোল্টেজ ১০Vrms, রিপল কারেন্ট ১৫০Arms@১০KHz।

তারপর সর্বনিম্ন বৈদ্যুতিক ক্ষমতা গণনা করা হয়:

ফিল্ম ক্যাপাসিটর ডিজাইনের জন্য এটি বাস্তবায়ন করা সহজ। ধরে নিচ্ছি যে ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটর ব্যবহার করা হয়েছে, যদি 20mA/μF বিবেচনা করা হয়, তাহলে ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরের ন্যূনতম ক্যাপাসিট্যান্স গণনা করা হয় যাতে উপরের পরামিতিগুলি নিম্নরূপ পূরণ হয়:

এই ক্যাপাসিট্যান্স পেতে সমান্তরালভাবে সংযুক্ত একাধিক ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরের প্রয়োজন।

হালকা রেল, বৈদ্যুতিক বাস, সাবওয়ে ইত্যাদির মতো ওভার-ভোল্টেজ অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে। এই শক্তিগুলি প্যান্টোগ্রাফের মাধ্যমে লোকোমোটিভ প্যান্টোগ্রাফের সাথে সংযুক্ত থাকে বলে বিবেচনা করা হয়, পরিবহন ভ্রমণের সময় প্যান্টোগ্রাফ এবং প্যান্টোগ্রাফের মধ্যে যোগাযোগ মাঝেমধ্যে হয়। যখন দুটি যোগাযোগে থাকে না, তখন বিদ্যুৎ সরবরাহ DC-L ইঙ্ক ক্যাপাসিটর দ্বারা সমর্থিত হয় এবং যখন যোগাযোগ পুনরুদ্ধার করা হয়, তখন ওভার-ভোল্টেজ তৈরি হয়। সবচেয়ে খারাপ পরিস্থিতি হল সংযোগ বিচ্ছিন্ন করার সময় DC-Link ক্যাপাসিটর দ্বারা সম্পূর্ণ ডিসচার্জ, যেখানে ডিসচার্জ ভোল্টেজ প্যান্টোগ্রাফ ভোল্টেজের সমান, এবং যখন যোগাযোগ পুনরুদ্ধার করা হয়, তখন ফলে ওভার-ভোল্টেজ রেটিংযুক্ত অপারেটিং Un এর প্রায় দ্বিগুণ হয়। ফিল্ম ক্যাপাসিটরের জন্য DC-Link ক্যাপাসিটর অতিরিক্ত বিবেচনা ছাড়াই পরিচালনা করা যেতে পারে। যদি ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটর ব্যবহার করা হয়, তাহলে ওভার-ভোল্টেজ 1.2Un। উদাহরণ হিসেবে সাংহাই মেট্রো নিন। Un=1500Vdc, ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরের জন্য ভোল্টেজ বিবেচনা করার জন্য:

তারপর ছয়টি 450V ক্যাপাসিটারগুলিকে সিরিজে সংযুক্ত করতে হবে। যদি ফিল্ম ক্যাপাসিটরের নকশা 600Vdc থেকে 2000Vdc এমনকি 3000Vdc তে ব্যবহার করা হয় তবে সহজেই অর্জন করা সম্ভব। এছাড়াও, ক্যাপাসিটর সম্পূর্ণরূপে ডিসচার্জ করার ক্ষেত্রে শক্তি দুটি ইলেক্ট্রোডের মধ্যে একটি শর্ট সার্কিট ডিসচার্জ তৈরি করে, যা DC-Link ক্যাপাসিটরের মাধ্যমে একটি বৃহৎ ইনরাশ কারেন্ট তৈরি করে, যা সাধারণত ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরের প্রয়োজনীয়তা পূরণের জন্য আলাদা।

এছাড়াও, ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরের তুলনায়, DC-Link ফিল্ম ক্যাপাসিটরগুলি খুব কম ESR (সাধারণত 10mΩ এর নিচে, এমনকি <1mΩ এর নিচে) এবং স্ব-আনডাক্ট্যান্স LS (সাধারণত 100nH এর নিচে, এবং কিছু ক্ষেত্রে 10 বা 20nH এর নিচে) অর্জনের জন্য ডিজাইন করা যেতে পারে। এটি প্রয়োগের সময় DC-Link ফিল্ম ক্যাপাসিটরকে সরাসরি IGBT মডিউলে ইনস্টল করার অনুমতি দেয়, বাস বারটিকে DC-Link ফিল্ম ক্যাপাসিটরের সাথে একীভূত করার অনুমতি দেয়, এইভাবে ফিল্ম ক্যাপাসিটর ব্যবহার করার সময় একটি ডেডিকেটেড IGBT শোষক ক্যাপাসিটরের প্রয়োজনীয়তা দূর করে, ডিজাইনারের উল্লেখযোগ্য পরিমাণ অর্থ সাশ্রয় করে। চিত্র 2 এবং 3 কিছু C3A এবং C3B পণ্যের প্রযুক্তিগত বৈশিষ্ট্যগুলি দেখায়।

3. উপসংহার

প্রাথমিক দিনগুলিতে, খরচ এবং আকার বিবেচনার কারণে ডিসি-লিংক ক্যাপাসিটারগুলি বেশিরভাগই ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটার ছিল।

তবে, ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটারগুলি ভোল্টেজ এবং কারেন্ট সহ্য করার ক্ষমতা দ্বারা প্রভাবিত হয় (ফিল্ম ক্যাপাসিটরের তুলনায় অনেক বেশি ESR), তাই বৃহৎ ক্ষমতা অর্জন এবং উচ্চ ভোল্টেজ ব্যবহারের প্রয়োজনীয়তা পূরণের জন্য সিরিজ এবং সমান্তরালে বেশ কয়েকটি ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটার সংযুক্ত করা প্রয়োজন। উপরন্তু, ইলেক্ট্রোলাইট উপাদানের উদ্বায়ীকরণ বিবেচনা করে, এটি নিয়মিত প্রতিস্থাপন করা উচিত। নতুন শক্তি প্রয়োগের জন্য সাধারণত 15 বছরের পণ্য জীবনকাল প্রয়োজন হয়, তাই এই সময়ের মধ্যে এটি 2 থেকে 3 বার প্রতিস্থাপন করতে হবে। অতএব, পুরো মেশিনের বিক্রয়োত্তর পরিষেবাতে যথেষ্ট খরচ এবং অসুবিধা রয়েছে। ধাতবকরণ আবরণ প্রযুক্তি এবং ফিল্ম ক্যাপাসিটর প্রযুক্তির বিকাশের সাথে, অতি-পাতলা OPP ফিল্ম (সবচেয়ে পাতলা 2.7µm, এমনকি 2.4µm) ব্যবহার করে 450V থেকে 1200V বা তারও বেশি ভোল্টেজ সহ উচ্চ-ক্ষমতার ডিসি ফিল্টার ক্যাপাসিটার তৈরি করা সম্ভব হয়েছে। সুরক্ষা ফিল্ম বাষ্পীকরণ প্রযুক্তি ব্যবহার করে। অন্যদিকে, বাস বারের সাথে ডিসি-লিংক ক্যাপাসিটরের সংহতকরণ ইনভার্টার মডিউল ডিজাইনকে আরও কম্প্যাক্ট করে তোলে এবং সার্কিটকে অপ্টিমাইজ করার জন্য সার্কিটের স্ট্রে ইন্ডাক্ট্যান্সকে অনেকাংশে হ্রাস করে।