ఈ వారం మనం గత వారం కథనాన్ని కొనసాగిస్తాము.

1.2 విద్యుద్విశ్లేషణ కెపాసిటర్లు

విద్యుద్విశ్లేషణ కెపాసిటర్లలో ఉపయోగించే విద్యుద్వాహకము అల్యూమినియం తుప్పు పట్టడం ద్వారా ఏర్పడిన అల్యూమినియం ఆక్సైడ్, దీని విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం 8 నుండి 8.5 మరియు పని విద్యుద్వాహక బలం 0.07V/A (1µm=10000A) ఉంటుంది. అయితే, అటువంటి మందాన్ని సాధించడం సాధ్యం కాదు. అల్యూమినియం పొర యొక్క మందం విద్యుద్విశ్లేషణ కెపాసిటర్ల సామర్థ్య కారకాన్ని (నిర్దిష్ట కెపాసిటెన్స్) తగ్గిస్తుంది ఎందుకంటే అల్యూమినియం ఫాయిల్‌ను మంచి శక్తి నిల్వ లక్షణాలను పొందడానికి అల్యూమినియం ఆక్సైడ్ ఫిల్మ్‌ను రూపొందించడానికి చెక్కాలి మరియు ఉపరితలం అనేక అసమాన ఉపరితలాలను ఏర్పరుస్తుంది. మరోవైపు, ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క నిరోధకత తక్కువ వోల్టేజ్‌కు 150Ωcm మరియు అధిక వోల్టేజ్ (500V) కోసం 5kΩcm. ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క అధిక నిరోధకత ఎలక్ట్రోలైటిక్ కెపాసిటర్ తట్టుకోగల RMS కరెంట్‌ను పరిమితం చేస్తుంది, సాధారణంగా 20mA/µF వరకు.

ఈ కారణాల వల్ల విద్యుద్విశ్లేషణ కెపాసిటర్లు సాధారణంగా 450V గరిష్ట వోల్టేజ్ కోసం రూపొందించబడ్డాయి (కొన్ని వ్యక్తిగత తయారీదారులు 600V కోసం డిజైన్ చేస్తారు). అందువల్ల, అధిక వోల్టేజ్‌లను పొందడానికి కెపాసిటర్‌లను సిరీస్‌లో కనెక్ట్ చేయడం ద్వారా వాటిని సాధించడం అవసరం. అయితే, ప్రతి విద్యుద్విశ్లేషణ కెపాసిటర్ యొక్క ఇన్సులేషన్ నిరోధకతలో వ్యత్యాసం కారణంగా, సిరీస్ కనెక్ట్ చేయబడిన ప్రతి కెపాసిటర్ యొక్క వోల్టేజ్‌ను సమతుల్యం చేయడానికి ప్రతి కెపాసిటర్‌కు ఒక రెసిస్టర్‌ను కనెక్ట్ చేయాలి. అదనంగా, విద్యుద్విశ్లేషణ కెపాసిటర్లు ధ్రువణ పరికరాలు, మరియు అనువర్తిత రివర్స్ వోల్టేజ్ 1.5 రెట్లు Un దాటినప్పుడు, ఎలక్ట్రోకెమికల్ ప్రతిచర్య జరుగుతుంది. అనువర్తిత రివర్స్ వోల్టేజ్ తగినంత పొడవుగా ఉన్నప్పుడు, కెపాసిటర్ బయటకు చిమ్ముతుంది. ఈ దృగ్విషయాన్ని నివారించడానికి, ప్రతి కెపాసిటర్‌ను ఉపయోగించినప్పుడు దాని పక్కన ఒక డయోడ్‌ను కనెక్ట్ చేయాలి. అంతేకాకుండా, విద్యుద్విశ్లేషణ కెపాసిటర్ల వోల్టేజ్ సర్జ్ నిరోధకత సాధారణంగా 1.15 రెట్లు Un, మరియు మంచివి 1.2 రెట్లు Un చేరుకోవచ్చు. కాబట్టి డిజైనర్లు స్థిరమైన-స్థితి పని వోల్టేజ్‌ను మాత్రమే కాకుండా వాటిని ఉపయోగిస్తున్నప్పుడు సర్జ్ వోల్టేజ్‌ను కూడా పరిగణించాలి. సారాంశంలో, ఫిల్మ్ కెపాసిటర్లు మరియు ఎలక్ట్రోలైటిక్ కెపాసిటర్ల మధ్య కింది పోలిక పట్టికను గీయవచ్చు, Fig.1 చూడండి.

2. అప్లికేషన్ విశ్లేషణ

ఫిల్టర్‌లుగా ఉన్న DC-లింక్ కెపాసిటర్‌లకు అధిక కరెంట్ మరియు అధిక సామర్థ్యం గల డిజైన్‌లు అవసరం. Fig.3లో పేర్కొన్న విధంగా కొత్త శక్తి వాహనం యొక్క ప్రధాన మోటార్ డ్రైవ్ సిస్టమ్ ఒక ఉదాహరణ. ఈ అప్లికేషన్‌లో కెపాసిటర్ డీకప్లింగ్ పాత్రను పోషిస్తుంది మరియు సర్క్యూట్ అధిక ఆపరేటింగ్ కరెంట్‌ను కలిగి ఉంటుంది. ఫిల్మ్ DC-లింక్ కెపాసిటర్ పెద్ద ఆపరేటింగ్ కరెంట్‌లను (Irms) తట్టుకోగల ప్రయోజనాన్ని కలిగి ఉంది. 50~60kW కొత్త ఎనర్జీ వెహికల్ పారామితులను ఉదాహరణగా తీసుకోండి, పారామితులు ఈ క్రింది విధంగా ఉన్నాయి: ఆపరేటింగ్ వోల్టేజ్ 330 Vdc, రిపుల్ వోల్టేజ్ 10Vrms, రిపుల్ కరెంట్ 150Arms@10KHz.

అప్పుడు కనీస విద్యుత్ సామర్థ్యాన్ని ఇలా లెక్కిస్తారు:

ఫిల్మ్ కెపాసిటర్ డిజైన్ కోసం దీన్ని అమలు చేయడం సులభం. ఎలక్ట్రోలైటిక్ కెపాసిటర్లు ఉపయోగించబడుతున్నాయని ఊహిస్తే, 20mA/μF పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, ఎలక్ట్రోలైటిక్ కెపాసిటర్ల కనీస కెపాసిటెన్స్ పైన పేర్కొన్న పారామితులను తీర్చడానికి ఈ క్రింది విధంగా లెక్కించబడుతుంది:

ఈ కెపాసిటెన్స్ పొందడానికి సమాంతరంగా అనుసంధానించబడిన బహుళ ఎలక్ట్రోలైటిక్ కెపాసిటర్లు అవసరం.

లైట్ రైల్, ఎలక్ట్రిక్ బస్సు, సబ్‌వే మొదలైన ఓవర్-వోల్టేజ్ అప్లికేషన్లలో. ఈ శక్తులు పాంటోగ్రాఫ్ ద్వారా లోకోమోటివ్ పాంటోగ్రాఫ్‌కు అనుసంధానించబడి ఉన్నాయని పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, రవాణా ప్రయాణంలో పాంటోగ్రాఫ్ మరియు పాంటోగ్రాఫ్ మధ్య పరిచయం అడపాదడపా ఉంటుంది. రెండూ సంపర్కంలో లేనప్పుడు, విద్యుత్ సరఫరాకు DC-L ఇంక్ కెపాసిటర్ మద్దతు ఇస్తుంది మరియు కాంటాక్ట్ పునరుద్ధరించబడినప్పుడు, ఓవర్-వోల్టేజ్ ఉత్పత్తి అవుతుంది. చెత్త కేసు ఏమిటంటే, డిస్‌కనెక్ట్ చేయబడినప్పుడు DC-లింక్ కెపాసిటర్ ద్వారా పూర్తిగా డిశ్చార్జ్ అవుతుంది, ఇక్కడ డిశ్చార్జ్ వోల్టేజ్ పాంటోగ్రాఫ్ వోల్టేజ్‌కు సమానంగా ఉంటుంది మరియు కాంటాక్ట్ పునరుద్ధరించబడినప్పుడు, ఫలితంగా వచ్చే ఓవర్-వోల్టేజ్ రేటెడ్ ఆపరేటింగ్ అన్ కంటే దాదాపు రెండు రెట్లు ఉంటుంది. ఫిల్మ్ కెపాసిటర్ల కోసం DC-లింక్ కెపాసిటర్‌ను అదనపు పరిగణన లేకుండా నిర్వహించవచ్చు. ఎలక్ట్రోలైటిక్ కెపాసిటర్‌లను ఉపయోగిస్తే, ఓవర్-వోల్టేజ్ 1.2Un. షాంఘై మెట్రోను ఉదాహరణగా తీసుకోండి. ఎలక్ట్రోలైటిక్ కెపాసిటర్ కోసం వోల్టేజ్‌ను పరిగణించాల్సిన అన్=1500Vdc:

అప్పుడు ఆరు 450V కెపాసిటర్లను సిరీస్‌లో అనుసంధానించాలి. ఫిల్మ్ కెపాసిటర్ డిజైన్‌ను 600Vdc నుండి 2000Vdc లేదా 3000Vdc వరకు ఉపయోగిస్తే సులభంగా సాధించవచ్చు. అదనంగా, కెపాసిటర్‌ను పూర్తిగా డిశ్చార్జ్ చేసే సందర్భంలో శక్తి రెండు ఎలక్ట్రోడ్‌ల మధ్య షార్ట్ సర్క్యూట్ డిశ్చార్జ్‌ను ఏర్పరుస్తుంది, DC-లింక్ కెపాసిటర్ ద్వారా పెద్ద ఇన్‌రష్ కరెంట్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఇది సాధారణంగా ఎలక్ట్రోలైటిక్ కెపాసిటర్లు అవసరాలను తీర్చడానికి భిన్నంగా ఉంటుంది.

అదనంగా, ఎలక్ట్రోలైటిక్ కెపాసిటర్లతో పోలిస్తే DC-లింక్ ఫిల్మ్ కెపాసిటర్‌లను చాలా తక్కువ ESR (సాధారణంగా 10mΩ కంటే తక్కువ, మరియు <1mΩ కంటే తక్కువ) మరియు స్వీయ-ఇండక్టెన్స్ LS (సాధారణంగా 100nH కంటే తక్కువ, మరియు కొన్ని సందర్భాల్లో 10 లేదా 20nH కంటే తక్కువ) సాధించడానికి రూపొందించవచ్చు. ఇది DC-లింక్ ఫిల్మ్ కెపాసిటర్‌ను వర్తింపజేసినప్పుడు IGBT మాడ్యూల్‌లోకి నేరుగా ఇన్‌స్టాల్ చేయడానికి అనుమతిస్తుంది, బస్ బార్‌ను DC-లింక్ ఫిల్మ్ కెపాసిటర్‌లో అనుసంధానించడానికి అనుమతిస్తుంది, తద్వారా ఫిల్మ్ కెపాసిటర్‌లను ఉపయోగిస్తున్నప్పుడు అంకితమైన IGBT అబ్జార్బర్ కెపాసిటర్ అవసరాన్ని తొలగిస్తుంది, డిజైనర్‌కు గణనీయమైన మొత్తంలో డబ్బు ఆదా అవుతుంది. Fig.2. మరియు 3 కొన్ని C3A మరియు C3B ఉత్పత్తుల యొక్క సాంకేతిక వివరణలను చూపుతాయి.

3. ముగింపు

ప్రారంభ రోజుల్లో, DC-లింక్ కెపాసిటర్లు ధర మరియు పరిమాణ పరిగణనల కారణంగా ఎక్కువగా విద్యుద్విశ్లేషణ కెపాసిటర్లుగా ఉండేవి.

అయితే, ఎలక్ట్రోలైటిక్ కెపాసిటర్లు వోల్టేజ్ మరియు కరెంట్ తట్టుకునే సామర్థ్యం (ఫిల్మ్ కెపాసిటర్లతో పోలిస్తే చాలా ఎక్కువ ESR) ద్వారా ప్రభావితమవుతాయి, కాబట్టి పెద్ద సామర్థ్యాన్ని పొందడానికి మరియు అధిక వోల్టేజ్ వినియోగ అవసరాలను తీర్చడానికి అనేక ఎలక్ట్రోలైటిక్ కెపాసిటర్లను సిరీస్ మరియు సమాంతరంగా కనెక్ట్ చేయడం అవసరం. అదనంగా, ఎలక్ట్రోలైట్ పదార్థం యొక్క అస్థిరతను పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, దానిని క్రమం తప్పకుండా భర్తీ చేయాలి. కొత్త శక్తి అనువర్తనాలకు సాధారణంగా 15 సంవత్సరాల ఉత్పత్తి జీవితం అవసరం, కాబట్టి ఈ కాలంలో దీనిని 2 నుండి 3 సార్లు భర్తీ చేయాలి. అందువల్ల, మొత్తం యంత్రం యొక్క అమ్మకాల తర్వాత సేవలో గణనీయమైన ఖర్చు మరియు అసౌకర్యం ఉంది. మెటలైజేషన్ కోటింగ్ టెక్నాలజీ మరియు ఫిల్మ్ కెపాసిటర్ టెక్నాలజీ అభివృద్ధితో, సేఫ్టీ ఫిల్మ్ వేపరైజేషన్ టెక్నాలజీని ఉపయోగించి 450V నుండి 1200V లేదా అంతకంటే ఎక్కువ వోల్టేజ్‌తో అల్ట్రా-థిన్ OPP ఫిల్మ్ (అత్యంత సన్నని 2.7µm, 2.4µm కూడా) తో అధిక-సామర్థ్య DC ఫిల్టర్ కెపాసిటర్లను ఉత్పత్తి చేయడం సాధ్యమైంది. మరోవైపు, బస్ బార్‌తో DC-లింక్ కెపాసిటర్‌ల ఏకీకరణ ఇన్వర్టర్ మాడ్యూల్ డిజైన్‌ను మరింత కాంపాక్ట్‌గా చేస్తుంది మరియు సర్క్యూట్‌ను ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి సర్క్యూట్ యొక్క స్ట్రే ఇండక్టెన్స్‌ను బాగా తగ్గిస్తుంది.