यस हप्ता हामी गत हप्ताको लेखसँगै अगाडि बढ्छौं।

१.२ इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटरहरू

इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटरहरूमा प्रयोग हुने डाइइलेक्ट्रिक भनेको एल्युमिनियमको क्षरणबाट बनेको एल्युमिनियम अक्साइड हो, जसको डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक ८ देखि ८.५ हुन्छ र काम गर्ने डाइइलेक्ट्रिक शक्ति लगभग ०.०७V/A (१µm=१००००A) हुन्छ। यद्यपि, यस्तो मोटाई प्राप्त गर्न सम्भव छैन। एल्युमिनियम तहको मोटाईले इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटरहरूको क्षमता कारक (विशिष्ट क्यापेसिटेन्स) घटाउँछ किनभने राम्रो ऊर्जा भण्डारण विशेषताहरू प्राप्त गर्न एल्युमिनियम पन्नीलाई एल्युमिनियम अक्साइड फिल्म बनाउनको लागि नक्काशी गर्नुपर्छ, र सतहले धेरै असमान सतहहरू बनाउनेछ। अर्कोतर्फ, इलेक्ट्रोलाइटको प्रतिरोधात्मकता कम भोल्टेजको लागि १५०Ωcm र उच्च भोल्टेजको लागि ५kΩcm (५००V) हुन्छ। इलेक्ट्रोलाइटको उच्च प्रतिरोधात्मकताले इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटरले सामना गर्न सक्ने RMS प्रवाहलाई सीमित गर्दछ, सामान्यतया २०mA/µF सम्म।

यी कारणहरूले गर्दा इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटरहरू सामान्य ४५०V को अधिकतम भोल्टेजको लागि डिजाइन गरिएका छन् (केही व्यक्तिगत निर्माताहरूले ६००V को लागि डिजाइन गर्छन्)। त्यसकारण, उच्च भोल्टेजहरू प्राप्त गर्न क्यापेसिटरहरूलाई श्रृंखलामा जडान गरेर तिनीहरूलाई प्राप्त गर्न आवश्यक छ। यद्यपि, प्रत्येक इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटरको इन्सुलेशन प्रतिरोधमा भिन्नताको कारणले गर्दा, प्रत्येक श्रृंखलामा जडान गरिएको क्यापेसिटरको भोल्टेज सन्तुलन गर्न प्रत्येक क्यापेसिटरमा एक रेसिस्टर जडान हुनुपर्छ। थप रूपमा, इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटरहरू ध्रुवीकृत उपकरणहरू हुन्, र जब लागू गरिएको रिभर्स भोल्टेज १.५ गुणा Un भन्दा बढी हुन्छ, एक इलेक्ट्रोकेमिक प्रतिक्रिया हुन्छ। जब लागू गरिएको रिभर्स भोल्टेज पर्याप्त लामो हुन्छ, क्यापेसिटर बाहिर निस्कन्छ। यो घटनाबाट बच्नको लागि, प्रत्येक क्यापेसिटर प्रयोग गर्दा यसको छेउमा डायोड जडान गर्नुपर्छ। यसबाहेक, इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटरहरूको भोल्टेज वृद्धि प्रतिरोध सामान्यतया १.१५ गुणा Un हुन्छ, र राम्राहरू १.२ गुणा Un सम्म पुग्न सक्छन्। त्यसैले डिजाइनरहरूले स्थिर-अवस्थामा काम गर्ने भोल्टेज मात्र होइन तर तिनीहरूलाई प्रयोग गर्दा वृद्धि भोल्टेजलाई पनि विचार गर्नुपर्छ। संक्षेपमा, फिल्म क्यापेसिटर र इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटरहरू बीचको निम्न तुलना तालिका कोर्न सकिन्छ, चित्र १ हेर्नुहोस्।

२. अनुप्रयोग विश्लेषण

फिल्टरको रूपमा DC-Link क्यापेसिटरहरूलाई उच्च प्रवाह र उच्च क्षमताको डिजाइनहरू आवश्यक पर्दछ। चित्र ३ मा उल्लेख गरिए अनुसार नयाँ ऊर्जा सवारी साधनको मुख्य मोटर ड्राइभ प्रणाली एउटा उदाहरण हो। यस अनुप्रयोगमा क्यापेसिटरले डिकप्लिङ भूमिका खेल्छ र सर्किटमा उच्च सञ्चालन प्रवाह हुन्छ। फिल्म DC-Link क्यापेसिटरमा ठूला सञ्चालन प्रवाहहरू (Irms) सामना गर्न सक्षम हुने फाइदा छ। उदाहरणको रूपमा ५०~६०kW नयाँ ऊर्जा सवारी साधन प्यारामिटरहरू लिनुहोस्, प्यारामिटरहरू निम्नानुसार छन्: सञ्चालन भोल्टेज ३३० Vdc, रिपल भोल्टेज १०Vrms, रिपल करेन्ट १५०Arms@१०KHz।

त्यसपछि न्यूनतम विद्युत क्षमता निम्नानुसार गणना गरिन्छ:

फिल्म क्यापेसिटर डिजाइनको लागि यो कार्यान्वयन गर्न सजिलो छ। इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटरहरू प्रयोग गरिएको मान्दै, यदि २०mA/μF लाई विचार गरिन्छ भने, इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटरहरूको न्यूनतम क्यापेसिटेन्स माथिका प्यारामिटरहरू पूरा गर्न निम्नानुसार गणना गरिन्छ:

यो क्यापेसिटन्स प्राप्त गर्न समानान्तर रूपमा जोडिएका धेरै इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटरहरू आवश्यक पर्दछ।

हल्का रेल, विद्युतीय बस, सबवे, आदि जस्ता ओभर-भोल्टेज अनुप्रयोगहरूमा। यी शक्तिहरू प्यान्टोग्राफ मार्फत लोकोमोटिभ प्यान्टोग्राफमा जडान गरिएको कुरालाई ध्यानमा राख्दै, प्यान्टोग्राफ र प्यान्टोग्राफ बीचको सम्पर्क यातायात यात्राको क्रममा बीचमा हुन्छ। जब दुई सम्पर्कमा हुँदैनन्, बिजुली आपूर्ति DC-L इन्क क्यापेसिटरद्वारा समर्थित हुन्छ, र जब सम्पर्क पुनर्स्थापित हुन्छ, ओभर-भोल्टेज उत्पन्न हुन्छ। सबैभन्दा खराब अवस्था भनेको डिस्कनेक्ट हुँदा DC-Link क्यापेसिटरद्वारा पूर्ण डिस्चार्ज हो, जहाँ डिस्चार्ज भोल्टेज प्यान्टोग्राफ भोल्टेज बराबर हुन्छ, र जब सम्पर्क पुनर्स्थापित हुन्छ, परिणामस्वरूप ओभर-भोल्टेज मूल्याङ्कन गरिएको अपरेटिङ Un भन्दा लगभग दुई गुणा हुन्छ। फिल्म क्यापेसिटरहरूको लागि DC-Link क्यापेसिटरलाई अतिरिक्त विचार बिना ह्यान्डल गर्न सकिन्छ। यदि इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटरहरू प्रयोग गरिन्छ भने, ओभर-भोल्टेज 1.2Un हुन्छ। उदाहरणको रूपमा सांघाई मेट्रोलाई लिनुहोस्। Un=1500Vdc, इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटरको लागि भोल्टेज विचार गर्न यो हो:

त्यसपछि छ वटा ४५०V क्यापेसिटरहरूलाई श्रृंखलामा जडान गर्नुपर्छ। यदि फिल्म क्यापेसिटर डिजाइन ६००Vdc देखि २०००Vdc वा ३०००Vdc सम्म प्रयोग गरिन्छ भने सजिलै प्राप्त गर्न सकिन्छ। थप रूपमा, क्यापेसिटर पूर्ण रूपमा डिस्चार्ज भएको अवस्थामा ऊर्जाले दुई इलेक्ट्रोडहरू बीच सर्ट सर्किट डिस्चार्ज बनाउँछ, जसले DC-Link क्यापेसिटर मार्फत ठूलो इनरश करेन्ट उत्पन्न गर्छ, जुन सामान्यतया इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटरहरूको आवश्यकताहरू पूरा गर्न फरक हुन्छ।

यसको अतिरिक्त, इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटरहरूको तुलनामा DC-Link फिल्म क्यापेसिटरहरू धेरै कम ESR (सामान्यतया १०mΩ भन्दा कम, र <१mΩ भन्दा कम) र स्व-प्रेरणा LS (सामान्यतया १००nH भन्दा कम, र केहि अवस्थामा १० वा २०nH भन्दा कम) प्राप्त गर्न डिजाइन गर्न सकिन्छ। यसले DC-Link फिल्म क्यापेसिटरलाई लागू गर्दा IGBT मोड्युलमा सिधै स्थापना गर्न अनुमति दिन्छ, बस बारलाई DC-Link फिल्म क्यापेसिटरमा एकीकृत गर्न अनुमति दिन्छ, जसले गर्दा फिल्म क्यापेसिटरहरू प्रयोग गर्दा समर्पित IGBT अवशोषक क्यापेसिटरको आवश्यकता हट्छ, डिजाइनरलाई महत्त्वपूर्ण रकम बचत हुन्छ। चित्र २ र ३ ले C3A र C3B उत्पादनहरूको केही प्राविधिक विशिष्टताहरू देखाउँछन्।

निष्कर्ष

प्रारम्भिक दिनहरूमा, लागत र आकारको विचारका कारण DC-Link क्यापेसिटरहरू प्रायः इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटरहरू थिए।

यद्यपि, इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटरहरू भोल्टेज र करेन्ट प्रतिरोध क्षमताबाट प्रभावित हुन्छन् (फिल्म क्यापेसिटरहरूको तुलनामा धेरै उच्च ESR), त्यसैले ठूलो क्षमता प्राप्त गर्न र उच्च भोल्टेज प्रयोगको आवश्यकताहरू पूरा गर्न धेरै इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटरहरूलाई श्रृंखला र समानान्तरमा जडान गर्न आवश्यक छ। थप रूपमा, इलेक्ट्रोलाइट सामग्रीको वाष्पीकरणलाई विचार गर्दै, यसलाई नियमित रूपमा प्रतिस्थापन गर्नुपर्छ। नयाँ ऊर्जा अनुप्रयोगहरूलाई सामान्यतया १५ वर्षको उत्पादन जीवन चाहिन्छ, त्यसैले यो अवधिमा २ देखि ३ पटक प्रतिस्थापन गर्नुपर्छ। त्यसकारण, सम्पूर्ण मेसिनको बिक्री पछिको सेवामा पर्याप्त लागत र असुविधा छ। मेटालाइजेशन कोटिंग टेक्नोलोजी र फिल्म क्यापेसिटर टेक्नोलोजीको विकाससँगै, सुरक्षा फिल्म वाष्पीकरण टेक्नोलोजी प्रयोग गरेर अल्ट्रा-थिन OPP फिल्म (सबैभन्दा पातलो २.७µm, २.४µm पनि) को साथ ४५०V देखि १२००V वा त्योभन्दा बढी भोल्टेज भएका उच्च-क्षमताका DC फिल्टर क्यापेसिटरहरू उत्पादन गर्न सम्भव भएको छ। अर्कोतर्फ, बस बारसँग DC-Link क्यापेसिटरहरूको एकीकरणले इन्भर्टर मोड्युलको डिजाइनलाई अझ कम्प्याक्ट बनाउँछ र सर्किटलाई अनुकूलन गर्न सर्किटको स्ट्रे इन्डक्टन्सलाई धेरै कम गर्छ।