या आठवड्यात आपण गेल्या आठवड्यातील लेख सुरू ठेवतो.

१.२ इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपेसिटर

इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपेसिटरमध्ये वापरला जाणारा डायलेक्ट्रिक हा अॅल्युमिनियमच्या गंजण्यामुळे तयार होणारा अॅल्युमिनियम ऑक्साईड असतो, ज्याचा डायलेक्ट्रिक स्थिरांक 8 ते 8.5 असतो आणि त्याची कार्यरत डायलेक्ट्रिक शक्ती सुमारे 0.07V/A (1µm=10000A) असते. तथापि, अशी जाडी मिळवणे शक्य नाही. अॅल्युमिनियम थराची जाडी इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपेसिटरची क्षमता घटक (विशिष्ट कॅपेसिटन्स) कमी करते कारण चांगली ऊर्जा साठवण वैशिष्ट्ये मिळविण्यासाठी अॅल्युमिनियम फॉइलला अॅल्युमिनियम ऑक्साइड फिल्म तयार करण्यासाठी खोदकाम करावे लागते आणि पृष्ठभागावर अनेक असमान पृष्ठभाग तयार होतील. दुसरीकडे, इलेक्ट्रोलाइटची प्रतिरोधकता कमी व्होल्टेजसाठी 150Ωcm आणि उच्च व्होल्टेजसाठी 5kΩcm (500V) आहे. इलेक्ट्रोलाइटची उच्च प्रतिरोधकता इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपेसिटर सहन करू शकणारा RMS प्रवाह मर्यादित करते, सामान्यतः 20mA/µF पर्यंत.

या कारणांमुळे इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपेसिटर हे जास्तीत जास्त ४५० व्होल्टेजसाठी डिझाइन केलेले असतात (काही वैयक्तिक उत्पादक ६०० व्होल्टेजसाठी डिझाइन करतात). म्हणून, जास्त व्होल्टेज मिळविण्यासाठी कॅपेसिटरना मालिकेत जोडून ते साध्य करणे आवश्यक आहे. तथापि, प्रत्येक इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपेसिटरच्या इन्सुलेशन रेझिस्टन्समधील फरकामुळे, प्रत्येक मालिकेतील कनेक्टेड कॅपेसिटरच्या व्होल्टेजचे संतुलन राखण्यासाठी प्रत्येक कॅपेसिटरला एक रेझिस्टर जोडणे आवश्यक आहे. याव्यतिरिक्त, इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपेसिटर हे ध्रुवीकृत उपकरणे असतात आणि जेव्हा लागू केलेले रिव्हर्स व्होल्टेज Un पेक्षा १.५ पट जास्त असते, तेव्हा इलेक्ट्रोकेमिक प्रतिक्रिया होते. जेव्हा लागू केलेले रिव्हर्स व्होल्टेज पुरेसे लांब असते, तेव्हा कॅपेसिटर बाहेर पडेल. ही घटना टाळण्यासाठी, प्रत्येक कॅपेसिटर वापरताना त्याच्या शेजारी एक डायोड जोडला पाहिजे. याशिवाय, इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपेसिटरचा व्होल्टेज सर्ज रेझिस्टन्स साधारणपणे Un च्या १.१५ पट असतो आणि चांगले असलेले १.२ पट Un पर्यंत पोहोचू शकतात. म्हणून डिझाइनर्सनी ते वापरताना केवळ स्थिर-स्थिती कार्यरत व्होल्टेजच नव्हे तर सर्ज व्होल्टेजचा देखील विचार केला पाहिजे. थोडक्यात, फिल्म कॅपेसिटर आणि इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपेसिटरमधील खालील तुलनात्मक सारणी काढता येते, आकृती १ पहा.

२. अनुप्रयोग विश्लेषण

फिल्टर म्हणून डीसी-लिंक कॅपेसिटरना उच्च प्रवाह आणि उच्च क्षमतेच्या डिझाइनची आवश्यकता असते. आकृती 3 मध्ये नमूद केल्याप्रमाणे नवीन ऊर्जा वाहनाची मुख्य मोटर ड्राइव्ह सिस्टम हे त्याचे एक उदाहरण आहे. या अनुप्रयोगात कॅपेसिटर डीकपलिंग भूमिका बजावते आणि सर्किटमध्ये उच्च ऑपरेटिंग करंट आहे. फिल्म डीसी-लिंक कॅपेसिटरचा फायदा असा आहे की तो मोठ्या ऑपरेटिंग करंट (आयआरएम) सहन करण्यास सक्षम आहे. उदाहरण म्हणून 50~60kW नवीन ऊर्जा वाहन पॅरामीटर्स घ्या, पॅरामीटर्स खालीलप्रमाणे आहेत: ऑपरेटिंग व्होल्टेज 330 Vdc, रिपल व्होल्टेज 10Vrms, रिपल करंट 150Arms@10KHz.

मग किमान विद्युत क्षमता खालीलप्रमाणे मोजली जाते:

फिल्म कॅपेसिटर डिझाइनसाठी हे अंमलात आणणे सोपे आहे. जर इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपेसिटर वापरले गेले असतील तर, जर २०mA/μF विचारात घेतले तर, इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपेसिटरची किमान कॅपेसिटन्स खालीलप्रमाणे वरील पॅरामीटर्स पूर्ण करण्यासाठी मोजली जाते:

हे कॅपेसिटन्स मिळविण्यासाठी समांतर जोडलेले अनेक इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपेसिटर आवश्यक आहेत.

लाईट रेल, इलेक्ट्रिक बस, सबवे इत्यादी ओव्हर-व्होल्टेज अनुप्रयोगांमध्ये. हे पॉवर पॅन्टोग्राफद्वारे लोकोमोटिव्ह पॅन्टोग्राफशी जोडलेले आहेत हे लक्षात घेता, वाहतूक प्रवासादरम्यान पॅन्टोग्राफ आणि पॅन्टोग्राफमधील संपर्क अधूनमधून होतो. जेव्हा दोघे संपर्कात नसतात, तेव्हा वीज पुरवठा DC-L इंक कॅपेसिटरद्वारे समर्थित असतो आणि जेव्हा संपर्क पुनर्संचयित केला जातो तेव्हा ओव्हर-व्होल्टेज निर्माण होतो. सर्वात वाईट परिस्थिती म्हणजे डिस्कनेक्ट केल्यावर DC-लिंक कॅपेसिटरद्वारे पूर्ण डिस्चार्ज, जिथे डिस्चार्ज व्होल्टेज पॅन्टोग्राफ व्होल्टेजच्या बरोबरीचा असतो आणि जेव्हा संपर्क पुनर्संचयित केला जातो तेव्हा परिणामी ओव्हर-व्होल्टेज रेटेड ऑपरेटिंग Un च्या जवळजवळ दुप्पट असतो. फिल्म कॅपेसिटरसाठी DC-लिंक कॅपेसिटर अतिरिक्त विचारात न घेता हाताळता येतो. जर इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपेसिटर वापरले गेले तर ओव्हर-व्होल्टेज 1.2Un आहे. शांघाय मेट्रोचे उदाहरण घ्या. Un=1500Vdc, इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपेसिटरसाठी व्होल्टेज विचारात घ्या:

नंतर सहा ४५० व्होल्ट कॅपेसिटर मालिकेत जोडले पाहिजेत. जर फिल्म कॅपेसिटर डिझाइन ६०० व्हीडीसी ते २००० व्हीडीसी किंवा अगदी ३००० व्हीडीसीमध्ये वापरले तर ते सहजपणे साध्य होते. याव्यतिरिक्त, कॅपेसिटर पूर्णपणे डिस्चार्ज झाल्यास ऊर्जा दोन इलेक्ट्रोडमध्ये शॉर्ट सर्किट डिस्चार्ज तयार करते, ज्यामुळे डीसी-लिंक कॅपेसिटरद्वारे मोठा इनरश करंट निर्माण होतो, जो सामान्यतः इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपेसिटरसाठी आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी वेगळा असतो.

याव्यतिरिक्त, इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपेसिटरच्या तुलनेत DC-लिंक फिल्म कॅपेसिटर खूप कमी ESR (सामान्यत: 10mΩ पेक्षा कमी आणि अगदी कमी <1mΩ) आणि सेल्फ-इंडक्टन्स LS (सामान्यत: 100nH पेक्षा कमी आणि काही प्रकरणांमध्ये 10 किंवा 20nH पेक्षा कमी) साध्य करण्यासाठी डिझाइन केले जाऊ शकतात. हे DC-लिंक फिल्म कॅपेसिटर लागू केल्यावर थेट IGBT मॉड्यूलमध्ये स्थापित करण्यास अनुमती देते, बस बारला DC-लिंक फिल्म कॅपेसिटरमध्ये एकत्रित करण्यास अनुमती देते, अशा प्रकारे फिल्म कॅपेसिटर वापरताना समर्पित IGBT शोषक कॅपेसिटरची आवश्यकता दूर करते, ज्यामुळे डिझाइनरला लक्षणीय रक्कम वाचते. आकृती 2 आणि 3 काही C3A आणि C3B उत्पादनांची तांत्रिक वैशिष्ट्ये दर्शवितात.

३. निष्कर्ष

सुरुवातीच्या काळात, किंमत आणि आकाराच्या विचारांमुळे डीसी-लिंक कॅपेसिटर बहुतेक इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपेसिटर होते.

तथापि, इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपेसिटरवर व्होल्टेज आणि करंट सहन करण्याची क्षमता (फिल्म कॅपेसिटरच्या तुलनेत खूपच जास्त ESR) प्रभावित होते, म्हणून मोठी क्षमता मिळविण्यासाठी आणि उच्च व्होल्टेज वापराच्या आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी अनेक इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपेसिटर मालिका आणि समांतर जोडणे आवश्यक आहे. याव्यतिरिक्त, इलेक्ट्रोलाइट मटेरियलच्या अस्थिरतेचा विचार करून, ते नियमितपणे बदलले पाहिजे. नवीन ऊर्जा अनुप्रयोगांना सामान्यतः 15 वर्षांचे उत्पादन आयुष्य आवश्यक असते, म्हणून या कालावधीत ते 2 ते 3 वेळा बदलले पाहिजे. म्हणून, संपूर्ण मशीनच्या विक्रीनंतरच्या सेवेमध्ये बराच खर्च आणि गैरसोय आहे. मेटलायझेशन कोटिंग तंत्रज्ञान आणि फिल्म कॅपेसिटर तंत्रज्ञानाच्या विकासासह, सुरक्षा फिल्म बाष्पीभवन तंत्रज्ञानाचा वापर करून अल्ट्रा-थिन OPP फिल्म (सर्वात पातळ 2.7µm, अगदी 2.4µm) सह 450V ते 1200V किंवा त्याहूनही जास्त व्होल्टेज असलेले उच्च-क्षमतेचे DC फिल्टर कॅपेसिटर तयार करणे शक्य झाले आहे. दुसरीकडे, बस बारसह डीसी-लिंक कॅपेसिटरचे एकत्रीकरण इन्व्हर्टर मॉड्यूल डिझाइन अधिक कॉम्पॅक्ट बनवते आणि सर्किटला ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी सर्किटच्या स्ट्रे इंडक्टन्सला मोठ्या प्रमाणात कमी करते.