આ અઠવાડિયે આપણે ગયા અઠવાડિયાના લેખ સાથે આગળ વધીએ છીએ.

૧.૨ ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર્સ

ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર્સમાં વપરાતું ડાઇલેક્ટ્રિક એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ છે જે એલ્યુમિનિયમના કાટ દ્વારા રચાય છે, જેનો ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક 8 થી 8.5 હોય છે અને તેની કાર્યકારી ડાઇલેક્ટ્રિક શક્તિ લગભગ 0.07V/A (1µm=10000A) હોય છે. જોકે, આવી જાડાઈ પ્રાપ્ત કરવી શક્ય નથી. એલ્યુમિનિયમ સ્તરની જાડાઈ ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટરના ક્ષમતા પરિબળ (વિશિષ્ટ કેપેસિટન્સ) ઘટાડે છે કારણ કે સારી ઉર્જા સંગ્રહ લાક્ષણિકતાઓ મેળવવા માટે એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ ફિલ્મ બનાવવા માટે એલ્યુમિનિયમ ફોઇલને કોતરવી પડે છે, અને સપાટી ઘણી અસમાન સપાટીઓ બનાવશે. બીજી બાજુ, ઇલેક્ટ્રોલાઇટની પ્રતિકારકતા ઓછા વોલ્ટેજ માટે 150Ωcm અને ઉચ્ચ વોલ્ટેજ (500V) માટે 5kΩcm છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટની ઉચ્ચ પ્રતિકારકતા ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર ટકી શકે તેવા RMS પ્રવાહને મર્યાદિત કરે છે, સામાન્ય રીતે 20mA/µF સુધી.

આ કારણોસર ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર્સ મહત્તમ 450V વોલ્ટેજ માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવે છે (કેટલાક વ્યક્તિગત ઉત્પાદકો 600V માટે ડિઝાઇન કરે છે). તેથી, ઉચ્ચ વોલ્ટેજ મેળવવા માટે, શ્રેણીમાં કેપેસિટરને જોડીને તેમને પ્રાપ્ત કરવા જરૂરી છે. જો કે, દરેક ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટરના ઇન્સ્યુલેશન પ્રતિકારમાં તફાવતને કારણે, દરેક શ્રેણી સાથે જોડાયેલા કેપેસિટરના વોલ્ટેજને સંતુલિત કરવા માટે દરેક કેપેસિટર સાથે એક રેઝિસ્ટર જોડાયેલ હોવો જોઈએ. વધુમાં, ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર્સ ધ્રુવીકૃત ઉપકરણો છે, અને જ્યારે લાગુ રિવર્સ વોલ્ટેજ 1.5 ગણા Un કરતાં વધી જાય છે, ત્યારે ઇલેક્ટ્રોકેમિક પ્રતિક્રિયા થાય છે. જ્યારે લાગુ રિવર્સ વોલ્ટેજ પૂરતો લાંબો હોય છે, ત્યારે કેપેસિટર બહાર નીકળી જશે. આ ઘટનાને ટાળવા માટે, જ્યારે તેનો ઉપયોગ કરવામાં આવે ત્યારે દરેક કેપેસિટરની બાજુમાં એક ડાયોડ જોડાયેલ હોવો જોઈએ. ઉપરાંત, ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટરનો વોલ્ટેજ સર્જ પ્રતિકાર સામાન્ય રીતે 1.15 ગણો Un હોય છે, અને સારા 1.2 ગણા Un સુધી પહોંચી શકે છે. તેથી ડિઝાઇનરોએ તેનો ઉપયોગ કરતી વખતે માત્ર સ્થિર-સ્થિતિ કાર્યકારી વોલ્ટેજ જ નહીં પરંતુ સર્જ વોલ્ટેજ પણ ધ્યાનમાં લેવો જોઈએ. સારાંશમાં, ફિલ્મ કેપેસિટર્સ અને ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર્સ વચ્ચે નીચે આપેલ સરખામણી કોષ્ટક દોરી શકાય છે, આકૃતિ 1 જુઓ.

2. એપ્લિકેશન વિશ્લેષણ

ફિલ્ટર તરીકે DC-લિંક કેપેસિટરને ઉચ્ચ પ્રવાહ અને ઉચ્ચ ક્ષમતાવાળી ડિઝાઇનની જરૂર પડે છે. આકૃતિ 3 માં દર્શાવેલ નવા ઊર્જા વાહનની મુખ્ય મોટર ડ્રાઇવ સિસ્ટમનું ઉદાહરણ છે. આ એપ્લિકેશનમાં કેપેસિટર ડીકપ્લિંગ ભૂમિકા ભજવે છે અને સર્કિટમાં ઉચ્ચ સંચાલન પ્રવાહ છે. ફિલ્મ DC-લિંક કેપેસિટરનો ફાયદો એ છે કે તે મોટા સંચાલન પ્રવાહો (IRMs) નો સામનો કરી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે 50~60kW નવા ઊર્જા વાહન પરિમાણો લો, પરિમાણો નીચે મુજબ છે: ઓપરેટિંગ વોલ્ટેજ 330 Vdc, રિપલ વોલ્ટેજ 10Vrms, રિપલ કરંટ 150Arms@10KHz.

પછી લઘુત્તમ વિદ્યુત ક્ષમતાની ગણતરી નીચે મુજબ કરવામાં આવે છે:

ફિલ્મ કેપેસિટર ડિઝાઇન માટે આ અમલમાં મૂકવું સરળ છે. ધારી લો કે ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટરનો ઉપયોગ થાય છે, જો 20mA/μF ગણવામાં આવે, તો ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટરની લઘુત્તમ કેપેસિટન્સ નીચે મુજબ ઉપરોક્ત પરિમાણોને પૂર્ણ કરવા માટે ગણવામાં આવે છે:

આ કેપેસીટન્સ મેળવવા માટે સમાંતર રીતે જોડાયેલા બહુવિધ ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટરની જરૂર પડે છે.

લાઇટ રેલ, ઇલેક્ટ્રિક બસ, સબવે વગેરે જેવા ઓવર-વોલ્ટેજ એપ્લિકેશનોમાં. આ પાવર્સ પેન્ટોગ્રાફ દ્વારા લોકોમોટિવ પેન્ટોગ્રાફ સાથે જોડાયેલા હોવાથી, પરિવહન મુસાફરી દરમિયાન પેન્ટોગ્રાફ અને પેન્ટોગ્રાફ વચ્ચેનો સંપર્ક તૂટક તૂટક થાય છે. જ્યારે બંને સંપર્કમાં ન હોય, ત્યારે પાવર સપ્લાય DC-L ઇન્ક કેપેસિટર દ્વારા સપોર્ટેડ હોય છે, અને જ્યારે સંપર્ક પુનઃસ્થાપિત થાય છે, ત્યારે ઓવર-વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન થાય છે. સૌથી ખરાબ પરિસ્થિતિ એ છે કે જ્યારે ડિસ્કનેક્ટ થાય ત્યારે DC-લિંક કેપેસિટર દ્વારા સંપૂર્ણ ડિસ્ચાર્જ થાય છે, જ્યાં ડિસ્ચાર્જ વોલ્ટેજ પેન્ટોગ્રાફ વોલ્ટેજ જેટલું હોય છે, અને જ્યારે સંપર્ક પુનઃસ્થાપિત થાય છે, ત્યારે પરિણામી ઓવર-વોલ્ટેજ રેટેડ ઓપરેટિંગ Un કરતા લગભગ બે ગણું હોય છે. ફિલ્મ કેપેસિટર માટે DC-લિંક કેપેસિટરને વધારાના વિચારણા વિના હેન્ડલ કરી શકાય છે. જો ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, તો ઓવર-વોલ્ટેજ 1.2Un છે. શાંઘાઈ મેટ્રોને ઉદાહરણ તરીકે લો. Un=1500Vdc, ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર માટે વોલ્ટેજ ધ્યાનમાં લેવા માટે આ છે:

પછી છ 450V કેપેસિટરને શ્રેણીમાં જોડવાના છે. જો ફિલ્મ કેપેસિટર ડિઝાઇનનો ઉપયોગ 600Vdc થી 2000Vdc અથવા તો 3000Vdc માં કરવામાં આવે તો તે સરળતાથી પ્રાપ્ત થાય છે. વધુમાં, કેપેસિટરને સંપૂર્ણપણે ડિસ્ચાર્જ કરવાના કિસ્સામાં ઉર્જા બે ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચે શોર્ટ સર્કિટ ડિસ્ચાર્જ બનાવે છે, જે DC-લિંક કેપેસિટર દ્વારા મોટો ઇનરશ કરંટ ઉત્પન્ન કરે છે, જે સામાન્ય રીતે ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર માટે જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરવા માટે અલગ હોય છે.

વધુમાં, ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર્સની તુલનામાં DC-લિંક ફિલ્મ કેપેસિટર ખૂબ જ ઓછા ESR (સામાન્ય રીતે 10mΩ થી નીચે, અને <1mΩ થી પણ નીચે) અને સ્વ-ઇન્ડક્ટન્સ LS (સામાન્ય રીતે 100nH થી નીચે, અને કેટલાક કિસ્સાઓમાં 10 અથવા 20nH થી નીચે) પ્રાપ્ત કરવા માટે ડિઝાઇન કરી શકાય છે. આ DC-લિંક ફિલ્મ કેપેસિટરને લાગુ કરવામાં આવે ત્યારે સીધા IGBT મોડ્યુલમાં ઇન્સ્ટોલ કરવાની મંજૂરી આપે છે, બસ બારને DC-લિંક ફિલ્મ કેપેસિટરમાં એકીકૃત કરવાની મંજૂરી આપે છે, આમ ફિલ્મ કેપેસિટરનો ઉપયોગ કરતી વખતે સમર્પિત IGBT શોષક કેપેસિટરની જરૂરિયાતને દૂર કરે છે, ડિઝાઇનરને નોંધપાત્ર રકમ બચાવે છે. આકૃતિ 2 અને 3 કેટલાક C3A અને C3B ઉત્પાદનોની તકનીકી વિશિષ્ટતાઓ દર્શાવે છે.

3. નિષ્કર્ષ

શરૂઆતના દિવસોમાં, કિંમત અને કદના વિચારણાને કારણે ડીસી-લિંક કેપેસિટર્સ મોટે ભાગે ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર્સ હતા.

જોકે, ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક કેપેસિટર્સ વોલ્ટેજ અને કરંટ સહન કરવાની ક્ષમતા (ફિલ્મ કેપેસિટરની તુલનામાં ઘણું વધારે ESR) થી પ્રભાવિત થાય છે, તેથી મોટી ક્ષમતા મેળવવા અને ઉચ્ચ વોલ્ટેજ ઉપયોગની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરવા માટે શ્રેણી અને સમાંતરમાં અનેક ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક કેપેસિટર્સને જોડવા જરૂરી છે. વધુમાં, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સામગ્રીના વોલેટિલાઇઝેશનને ધ્યાનમાં લેતા, તેને નિયમિતપણે બદલવું જોઈએ. નવી ઉર્જા એપ્લિકેશનો માટે સામાન્ય રીતે 15 વર્ષનું ઉત્પાદન જીવન જરૂરી છે, તેથી આ સમયગાળા દરમિયાન તેને 2 થી 3 વખત બદલવું આવશ્યક છે. તેથી, સમગ્ર મશીનની વેચાણ પછીની સેવામાં નોંધપાત્ર ખર્ચ અને અસુવિધા છે. મેટલાઇઝેશન કોટિંગ ટેકનોલોજી અને ફિલ્મ કેપેસિટર ટેકનોલોજીના વિકાસ સાથે, સલામતી ફિલ્મ બાષ્પીભવન ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરીને અલ્ટ્રા-પાતળા OPP ફિલ્મ (સૌથી પાતળું 2.7µm, 2.4µm પણ) સાથે 450V થી 1200V અથવા તેનાથી પણ વધુ વોલ્ટેજવાળા ઉચ્ચ-ક્ષમતાવાળા DC ફિલ્ટર કેપેસિટરનું ઉત્પાદન શક્ય બન્યું છે. બીજી બાજુ, બસ બાર સાથે DC-લિંક કેપેસિટરનું એકીકરણ ઇન્વર્ટર મોડ્યુલ ડિઝાઇનને વધુ કોમ્પેક્ટ બનાવે છે અને સર્કિટને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે સર્કિટના છૂટાછવાયા ઇન્ડક્ટન્સને મોટા પ્રમાણમાં ઘટાડે છે.