এই সপ্তাহে আমরা গত সপ্তাহের প্রবন্ধটি নিয়ে আলোচনা চালিয়ে যাচ্ছি।
১.২ তড়িৎবিশ্লেষ্য ক্যাপাসিটর
ইলেকট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরে ব্যবহৃত ডাইইলেকট্রিক হলো অ্যালুমিনিয়ামের ক্ষয়ের ফলে সৃষ্ট অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড, যার ডাইইলেকট্রিক ধ্রুবক ৮ থেকে ৮.৫ এবং কার্যকরী ডাইইলেকট্রিক শক্তি প্রায় ০.০৭ ভোল্ট/অ্যাম্পিয়ার (১ মাইক্রোমিটার = ১০০০০ অ্যাম্পিয়ার)। তবে, এই ধরনের পুরুত্ব অর্জন করা সম্ভব নয়। অ্যালুমিনিয়াম স্তরের পুরুত্ব ইলেকট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিটি ফ্যাক্টর (নির্দিষ্ট ক্যাপাসিট্যান্স) কমিয়ে দেয়, কারণ ভালো শক্তি সঞ্চয় বৈশিষ্ট্য পাওয়ার জন্য অ্যালুমিনিয়াম ফয়েলকে ইচিং করে অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড ফিল্ম তৈরি করতে হয় এবং এর ফলে পৃষ্ঠে অনেক অসমতল স্তর তৈরি হয়। অন্যদিকে, ইলেকট্রোলাইটের রোধাঙ্ক কম ভোল্টেজের জন্য ১৫০ ওহম-সেন্টিমিটার এবং উচ্চ ভোল্টেজের (৫০০ ভোল্ট) জন্য ৫ কিলোওহম-সেন্টিমিটার। ইলেকট্রোলাইটের এই উচ্চ রোধাঙ্ক ইলেকট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরের সহ্যক্ষমতার আরএমএস কারেন্টকে সীমিত করে, যা সাধারণত ২০ মিলিঅ্যাম্পিয়ার/মাইক্রোফ্যারাড পর্যন্ত হয়ে থাকে।
এইসব কারণে ইলেকট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরগুলো সাধারণত সর্বোচ্চ ৪৫০ ভোল্টের জন্য ডিজাইন করা হয় (কিছু কিছু প্রস্তুতকারক ৬০০ ভোল্টের জন্যও ডিজাইন করে)। তাই, এর চেয়ে বেশি ভোল্টেজ পেতে হলে ক্যাপাসিটরগুলোকে সিরিজে সংযোগ করতে হয়। তবে, প্রতিটি ইলেকট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরের ইনসুলেশন রেজিস্ট্যান্সের পার্থক্যের কারণে, সিরিজে সংযুক্ত প্রতিটি ক্যাপাসিটরের ভোল্টেজ ভারসাম্য করার জন্য সেগুলোর সাথে একটি রেজিস্টর সংযোগ করতে হয়। এছাড়াও, ইলেকট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরগুলো পোলারাইজড ডিভাইস, এবং যখন প্রয়োগকৃত বিপরীত ভোল্টেজ ১.৫ গুণ Un অতিক্রম করে, তখন একটি ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল বিক্রিয়া ঘটে। প্রয়োগকৃত বিপরীত ভোল্টেজ যথেষ্ট দীর্ঘ সময় ধরে থাকলে ক্যাপাসিটরটি থেকে তাপ নির্গত হয়ে যায়। এই ঘটনা এড়ানোর জন্য, ব্যবহারের সময় প্রতিটি ক্যাপাসিটরের পাশে একটি ডায়োড সংযোগ করা উচিত। তাছাড়া, ইলেকট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরের ভোল্টেজ সার্জ রেজিস্ট্যান্স সাধারণত ১.১৫ গুণ Un হয়, এবং ভালো মানের ক্যাপাসিটরগুলো ১.২ গুণ Un পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে। তাই ডিজাইনারদের এগুলো ব্যবহারের সময় শুধুমাত্র স্থির-অবস্থার কার্যকরী ভোল্টেজই নয়, বরং সার্জ ভোল্টেজও বিবেচনা করা উচিত। সারসংক্ষেপে, ফিল্ম ক্যাপাসিটর এবং ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরের মধ্যে নিম্নলিখিত তুলনামূলক সারণীটি তৈরি করা যেতে পারে, চিত্র ১ দেখুন।
২. আবেদন বিশ্লেষণ
ফিল্টার হিসেবে ডিসি-লিঙ্ক ক্যাপাসিটরের জন্য উচ্চ কারেন্ট এবং উচ্চ ধারণক্ষমতার ডিজাইন প্রয়োজন। এর একটি উদাহরণ হলো নতুন শক্তির গাড়ির প্রধান মোটর ড্রাইভ সিস্টেম, যা চিত্র ৩-এ উল্লেখ করা হয়েছে। এই প্রয়োগে ক্যাপাসিটরটি একটি ডিকাপলিং ভূমিকা পালন করে এবং সার্কিটটিতে একটি উচ্চ অপারেটিং কারেন্ট থাকে। ফিল্ম ডিসি-লিঙ্ক ক্যাপাসিটরের সুবিধা হলো এটি উচ্চ অপারেটিং কারেন্ট (Irms) সহ্য করতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, ৫০~৬০ কিলোওয়াট নতুন শক্তির গাড়ির প্যারামিটারগুলো নিম্নরূপ: অপারেটিং ভোল্টেজ ৩৩০ Vdc, রিপল ভোল্টেজ ১০Vrms, রিপল কারেন্ট ১৫০Arms@10KHz।
তারপর সর্বনিম্ন বৈদ্যুতিক ক্ষমতা নিম্নরূপে গণনা করা হয়:
ফিল্ম ক্যাপাসিটর ডিজাইনের ক্ষেত্রে এটি প্রয়োগ করা সহজ। ইলেকট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটর ব্যবহার করা হলে, যদি 20mA/μF বিবেচনা করা হয়, তবে উপরের প্যারামিটারগুলো পূরণের জন্য ইলেকট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরের ন্যূনতম ক্যাপাসিট্যান্স নিম্নরূপভাবে গণনা করা হয়:
এই ক্যাপাসিট্যান্স পেতে একাধিক ইলেকট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরকে সমান্তরালভাবে সংযুক্ত করতে হয়।
ওভার-ভোল্টেজ অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, যেমন লাইট রেল, ইলেকট্রিক বাস, সাবওয়ে ইত্যাদিতে, যেহেতু এই পাওয়ারগুলি লোকোমোটিভের প্যান্টোগ্রাফের মাধ্যমে সংযুক্ত থাকে, তাই পরিবহনের সময় প্যান্টোগ্রাফ এবং প্যান্টোগ্রাফের মধ্যে সংযোগ বিচ্ছিন্ন থাকে। যখন দুটির মধ্যে সংযোগ থাকে না, তখন ডিসি-লিঙ্ক ক্যাপাসিটর দ্বারা পাওয়ার সাপ্লাই সরবরাহ করা হয়, এবং যখন সংযোগ পুনঃস্থাপিত হয়, তখন ওভার-ভোল্টেজ তৈরি হয়। সবচেয়ে খারাপ পরিস্থিতি হলো সংযোগ বিচ্ছিন্ন হওয়ার সময় ডিসি-লিঙ্ক ক্যাপাসিটরের সম্পূর্ণ ডিসচার্জ, যেখানে ডিসচার্জ ভোল্টেজ প্যান্টোগ্রাফ ভোল্টেজের সমান হয়, এবং যখন সংযোগ পুনঃস্থাপিত হয়, তখন সৃষ্ট ওভার-ভোল্টেজ রেটেড অপারেটিং Un-এর প্রায় দ্বিগুণ হয়। ফিল্ম ক্যাপাসিটরের ক্ষেত্রে ডিসি-লিঙ্ক ক্যাপাসিটরটি অতিরিক্ত বিবেচনা ছাড়াই পরিচালনা করা যায়। যদি ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটর ব্যবহার করা হয়, তবে ওভার-ভোল্টেজ হয় ১.২Un। সাংহাই মেট্রোকে উদাহরণ হিসেবে নেওয়া যাক। Un=১৫০০Vdc, ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরের জন্য বিবেচ্য ভোল্টেজ হলো:
এরপর ছয়টি ৪৫০ ভোল্টের ক্যাপাসিটরকে সিরিজে সংযুক্ত করতে হবে। ফিল্ম ক্যাপাসিটর ডিজাইন ব্যবহার করলে ৬০০ ভোল্ট ডিসি থেকে ২০০০ ভোল্ট ডিসি বা এমনকি ৩০০০ ভোল্ট ডিসি পর্যন্ত সহজেই পাওয়া যায়। এছাড়াও, ক্যাপাসিটর সম্পূর্ণ ডিসচার্জ হওয়ার ক্ষেত্রে শক্তি দুটি ইলেকট্রোডের মধ্যে একটি শর্ট সার্কিট ডিসচার্জ তৈরি করে, যা ডিসি-লিঙ্ক ক্যাপাসিটরের মধ্য দিয়ে একটি বড় ইনরাশ কারেন্ট উৎপন্ন করে, যা প্রয়োজনীয়তা পূরণের জন্য সাধারণত ইলেকট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটর থেকে ভিন্ন হয়।
এছাড়াও, ইলেকট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরের তুলনায় ডিসি-লিঙ্ক ফিল্ম ক্যাপাসিটরগুলোকে খুব কম ESR (সাধারণত 10mΩ-এর নিচে, এবং এমনকি <1mΩ) এবং সেলফ-ইন্ডাকট্যান্স LS (সাধারণত 100nH-এর নিচে, এবং কিছু ক্ষেত্রে 10 বা 20nH-এর নিচে) অর্জনের জন্য ডিজাইন করা যেতে পারে। এর ফলে, ব্যবহারের সময় ডিসি-লিঙ্ক ফিল্ম ক্যাপাসিটরটিকে সরাসরি IGBT মডিউলে ইনস্টল করা যায়, যা বাস বারটিকে ডিসি-লিঙ্ক ফিল্ম ক্যাপাসিটরের সাথে একীভূত করার সুযোগ দেয়। এর ফলে ফিল্ম ক্যাপাসিটর ব্যবহার করার সময় একটি ডেডিকেটেড IGBT অ্যাবজর্বার ক্যাপাসিটরের প্রয়োজনীয়তা দূর হয়, যা ডিজাইনারের একটি উল্লেখযোগ্য পরিমাণ অর্থ সাশ্রয় করে। চিত্র ২ এবং ৩-এ C3A এবং C3B পণ্যগুলোর কয়েকটির প্রযুক্তিগত স্পেসিফিকেশন দেখানো হয়েছে।
৩. উপসংহার
প্রথম দিকে, খরচ এবং আকারের কথা বিবেচনা করে ডিসি-লিঙ্ক ক্যাপাসিটারগুলো বেশিরভাগই ইলেকট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটার ছিল।
তবে, ইলেকট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরগুলো ভোল্টেজ এবং কারেন্ট সহ্য করার ক্ষমতার দ্বারা প্রভাবিত হয় (ফিল্ম ক্যাপাসিটরের তুলনায় এদের ESR অনেক বেশি), তাই উচ্চ ক্ষমতা অর্জন করতে এবং উচ্চ ভোল্টেজে ব্যবহারের প্রয়োজনীয়তা মেটাতে কয়েকটি ইলেকট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরকে সিরিজ এবং প্যারালালে সংযোগ করা প্রয়োজন। এছাড়াও, ইলেকট্রোলাইট উপাদানের বাষ্পীভবন বিবেচনা করে, এটি নিয়মিত প্রতিস্থাপন করা উচিত। নতুন শক্তির অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে সাধারণত ১৫ বছরের পণ্যের জীবনকাল প্রয়োজন হয়, তাই এই সময়ের মধ্যে এটি ২ থেকে ৩ বার প্রতিস্থাপন করতে হয়। সুতরাং, পুরো যন্ত্রটির বিক্রয়োত্তর সেবায় একটি উল্লেখযোগ্য খরচ এবং অসুবিধা রয়েছে। মেটালাইজেশন কোটিং প্রযুক্তি এবং ফিল্ম ক্যাপাসিটর প্রযুক্তির বিকাশের সাথে সাথে, সেফটি ফিল্ম ভেপরাইজেশন প্রযুক্তি ব্যবহার করে অতি-পাতলা OPP ফিল্ম (সবচেয়ে পাতলা ২.৭µm, এমনকি ২.৪µm) দিয়ে ৪৫০V থেকে ১২০০V বা তারও বেশি ভোল্টেজের উচ্চ-ক্ষমতার ডিসি ফিল্টার ক্যাপাসিটর উৎপাদন করা সম্ভব হয়েছে। অন্যদিকে, বাস বারের সাথে ডিসি-লিঙ্ক ক্যাপাসিটরের সংযোজন ইনভার্টার মডিউলের ডিজাইনকে আরও সংহত করে এবং সার্কিটের স্ট্রে ইন্ডাকট্যান্স ব্যাপকভাবে হ্রাস করে সার্কিটটিকে অপ্টিমাইজ করে।
পোস্ট করার সময়: ২৯ মার্চ, ২০২২