নিম্ন-ভোল্টেজ ডি.সি. সলিড-স্টেট সার্কিট ব্রেকারের মূল প্রযুক্তিগুলি

১ প্রযুক্তিগত চ্যালেঞ্জ

১.১ ডিভাইস সমান্তরাল কাজের স্থিতিশীলতা
প্রায়শই বাস্তব প্রয়োগে, একটি একক পাওয়ার ইলেকট্রনিক ডিভাইসের বিদ্যুৎ বহন ক্ষমতা সীমিত। উচ্চ বিদ্যুৎ প্রয়োজনের জন্য অনেক ডিভাইস সমান্তরালভাবে সংযুক্ত করা হয়। তবে, ডিভাইসগুলির মধ্যে প্যারামিটারের পার্থক্য—যেমন অন-রেসিস্টেন্স এবং থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজের ক্ষুদ্র পার্থক্য—সমান্তরাল কাজের সময় বিদ্যুৎ বণ্টন অসমান করতে পারে। সুইচিং ট্রানজিয়েন্টের সময়, প্যারাসাইটিক ইনডাক্টেন্স এবং ক্যাপাসিটেন্স সমান্তরাল ডিভাইসগুলির মধ্যে বিদ্যুৎ পরিবর্তনের হারকে অসমান করে, বিদ্যুৎ অসমতাকে বাড়িয়ে তোলে। যদি এই অসমতা সময়মত নিয়ন্ত্রণ না করা হয়, তাহলে একটি নির্দিষ্ট ডিভাইস বেশি বিদ্যুতের কারণে অতিরিক্ত তাপ উত্পাদন করে এবং ব্যর্থ হয়, ফলে সলিড-স্টেট সার্কিট ব্রেকারের পরিষেবা জীবন কমে যায়।

১.২ ফল্ট ডিটেকশন দেরি
ডিসি সিস্টেমে, ফল্ট বিদ্যুতের বৈশিষ্ট্য এসি সিস্টেম থেকে বেশ আলাদা, যা ফল্ট ডিটেকশন এবং বিচ্ছেদে সাহায্য করে শূন্য ক্রসিং পয়েন্ট বিহীন। এটি সলিড-স্টেট সার্কিট ব্রেকারকে মাইক্রোসেকেন্ড-স্তরের ফল্ট ডিটেকশন অ্যালগরিদম ব্যবহার করতে হয় যাতে ফল্টগুলি সঠিকভাবে শনাক্ত করা যায় এবং দ্রুত প্রতিক্রিয়া দেওয়া যায়। প্রাচীন ফল্ট ডিটেকশন পদ্ধতিগুলি দ্রুত পরিবর্তনশীল ডিসি ফল্ট বিদ্যুতের সাথে মোকাবিলা করতে বেশ কিছু দেরি করে, ফলে দ্রুত প্রোটেকশনের দাবি পূরণ করতে পারে না।

১.৩ তাপ বিসর্জন এবং আয়তনের মধ্যে বিরোধ
আধুনিক পাওয়ার সিস্টেমের জন্য উচ্চ পাওয়ার ঘনত্বের দাবি পূরণ করতে, সলিড-স্টেট সার্কিট ব্রেকার ডিজাইন সীমিত স্থানে বেশি পাওয়ার হ্যান্ডলিং অর্জন করতে হয়। তবে, উচ্চ পাওয়ার ঘনত্ব পাওয়ার ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলির দ্বারা উৎপাদিত তাপের তীব্র বৃদ্ধি ঘটায়। যথেষ্ট তাপ বিসর্জন না থাকলে অতিরিক্ত তাপমাত্রা ডিভাইসের কার্যক্ষমতা হ্রাস করে এবং তাপীয় রানঅফ এবং যন্ত্রপাতির ব্যর্থতা ঘটাতে পারে। ঐতিহ্যগত কুলিং পদ্ধতিগুলি উচ্চ-পাওয়ার-ঘনত্বের সলিড-স্টেট ব্রেকারের জন্য খারাপ কাজ করে। তরল কুলিং তাপ বিসর্জন কার্যক্ষমতা বাড়াতে পারে, তবে এটি যন্ত্রপাতির আকার এবং খরচ বাড়ায়। তাই, কীভাবে কার্যকর কুলিং এবং যুক্তিসঙ্গত আয়তন নিয়ন্ত্রণের মধ্যে ভারসাম্য রাখা যায়—সিনের্জিটিক অপ্টিমাইজেশন অর্জন করা—এখনও সলিড-স্টেট সার্কিট ব্রেকার ডিজাইনের একটি গুরুত্বপূর্ণ চ্যালেঞ্জ রয়েছে।

২ মূল প্রযুক্তি গবেষণা

২.১ ব্রড-ব্যান্ডগ্যাপ ডিভাইস অ্যাপ্লিকেশন প্রযুক্তি
(১) SiC MOSFET নির্বাচন এবং প্যাকেজিং
বিভিন্ন ব্রড-ব্যান্ডগ্যাপ ডিভাইসের মধ্যে, কম-কন্ডাকশন-লস SiC MOSFET গুরুত্বপূর্ণ সুবিধা প্রদান করে। বহু-ডিভাইস সমান্তরাল প্রয়োগে তাদের কার্যক্ষমতা বাড়ানোর জন্য, একটি সমমিত ডিরেক্ট বন্ডেড কপার (DBC) লেআউট ব্যবহার করা হয়। এই লেআউট প্যারাসাইটিক ইনডাক্টেন্স কমাতে প্রভাবশালী, যা ডিভাইসের সুইচিং বৈশিষ্ট্য উন্নত করতে গুরুত্বপূর্ণ। সুইচিংয়ের সময়, বিশেষ করে অফ-করার সময়, প্যারাসাইটিক ইনডাক্টেন্স এবং ডিভাইসের ক্যাপাসিটেন্সের মধ্যে প্রভাব গেট ভোল্টেজ অস্থিরতা তৈরি করে। পরীক্ষামূলক পরীক্ষায় দেখা গেছে যে, সমমিত DBC লেআউট ব্যবহার করলে, অফ-করার সময় গেট ভোল্টেজ অস্থিরতা ৫% এর কম নিয়ন্ত্রণ করা যায়। এটি সমান্তরাল কাজের সময় গতিশীল স্থিতিশীলতা বাড়ায় এবং ভোল্টেজ অস্থিরতা দ্বারা ডিভাইসের ক্ষতির ঝুঁকি কমায়।

(২) গতিশীল বিদ্যুৎ শেয়ারিং নিয়ন্ত্রণ
সমান্তরাল ডিভাইসের মধ্যে বিদ্যুৎ অসমতার সমস্যা সমাধানের জন্য, একটি বিদ্যুৎ-শেয়ারিং বাস এবং অ্যাডাপ্টিভ PI নিয়ন্ত্রণ সম্পর্কিত নিয়ন্ত্রণ রणনীতি প্রবর্তন করা হয়। বিদ্যুৎ-শেয়ারিং বাস, অনন্য স্ট্রাকচারাল ডিজাইন দ্বারা, প্রতিটি সমান্তরাল শাখার জন্য পদার্থিক স্তরে একটি সমতুল্য বিদ্যুৎ বণ্টন পথ প্রদান করে। এর উপর ভিত্তি করে, অ্যাডাপ্টিভ PI নিয়ন্ত্রণ অ্যালগরিদম বাস্তব-সময়ে শাখার বিদ্যুৎ পর্যবেক্ষণের উপর ভিত্তি করে প্রতিটি ডিভাইসের ড্রাইভ সিগনাল গতিশীলভাবে সম্পর্কিত করে, এবং আরও সুনির্দিষ্ট বিদ্যুৎ শেয়ারিং নিয়ন্ত্রণ অর্জন করে।

২.২ দ্রুত ফল্ট ডিটেকশন এবং বিচ্ছেদ প্রযুক্তি
(১) গেট ভোল্টেজ ভিত্তিক ফল্ট ডিটেকশন
SiC MOSFET শর্ট-সার্কিট বৈশিষ্ট্যের বিশ্লেষণ থেকে দেখা যায় যে, শর্ট-সার্কিট ফল্টের সময়, ড্রেইন-সোর্স ভোল্টেজ (VDS) দ্রুত ৯০০V পর্যন্ত বেড়ে যায় এবং গেট ভোল্টেজ ১০ V/ns এর বেশি ঢালে কমে যায়। এই বৈশিষ্ট্য ব্যবহার করে, একটি দ্বি-থ্রেশহোল্ড কমপেরেটর ডিজাইন করা হয় যা দ্রুত ফল্ট ডিটেকশন করে, দুটি বিদ্যুৎ থ্রেশহোল্ড সেট করে: Ith1 = ৫০০ A এবং Ith2 = ১.২ kA। যখন পর্যবেক্ষিত বিদ্যুৎ Ith1 এর বেশি হয়, তখন একটি প্রাথমিক সতর্কবার্তা দেওয়া হয়; Ith2 এর বেশি হলে একটি নিশ্চিত শর্ট-সার্কিট ফল্ট বোঝায়। ডিজাইন করা ডিটেকশন সার্কিট এবং সিগনাল প্রসেসিং অ্যালগরিদম ০.৮ μs এর মাত্র ডিটেকশন দেরি প্রদান করে। এই পদ্ধতি ঐতিহ্যগত পদ্ধতিগুলির জটিল সিগনাল রূপান্তর এবং প্রসেসিং এর পরিবর্তে SiC MOSFET এর স্বাভাবিক বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য ব্যবহার করে, ফল্ট ডিটেকশন সুনির্দিষ্টতা বেশি করে।

(২) বহু-লক্ষ্য অপ্টিমাইজড বিচ্ছেদ রণনীতি
সলিড-স্টেট সার্কিট ব্রেকারে উচ্চ-পারফরমেন্স ফল্ট বিচ্ছেদ অর্জনের জন্য, বিচ্ছেদ সময় (Δt), এনার্জি অ্যাবসর্পশন (EMOV), এবং ইনরাশ বিদ্যুৎ (Ipeak) কে লক্ষ্য ফাংশন হিসেবে সেট করা হয়, এবং বহু-লক্ষ্য পার্টিকেল সোয়ার্ম অপ্টিমাইজেশন (MOPSO) অ্যালগরিদম ব্যবহার করে অপ্টিমাইজ করা হয়। কম বিচ্ছেদ সময় সিস্টেম যন্ত্রপাতির জন্য বেশি প্রোটেকশন প্রদান করে; এনার্জি অ্যাবসর্পশন MOV এর মতো প্রোটেকশন কম্পোনেন্টের নির্বাচন এবং জীবনকালে প্রভাব ফেলে; বেশি ইনরাশ বিদ্যুৎ বেশি বৈদ্যুতিক স্ট্রেস তৈরি করে, যা যন্ত্রপাতির স্বাভাবিক কাজকে প্রভাবিত করে।

MOPSO অপ্টিমাইজেশনের বহুবার পুনরাবৃত্তির মাধ্যমে, অপ্টিমাল প্যারামিটার নির্ধারণ করা হয়: বিদ্যুৎ-সীমাবদ্ধকারী ইনডাক্টর LB = ১৫ μH এবং MOV ভোল্টেজ-সীমাবদ্ধকারী গুণাঙ্ক γ = ১.৮। এই অপ্টিমাইজড প্যারামিটার ব্যবহার করে, বিচ্ছেদ সময় ৭৩.৫ μs এ হ্রাস পায়, এবং সর্বোচ্চ বিদ্যুৎ ৫২৬ A এ সীমাবদ্ধ হয়। অপ্টিমাইজেশনের প্রভাব দৃশ্যমানভাবে প্রদর্শন করার জন্য, TOPSIS ডিসিশন-মেকিং পদ্ধতি ব্যবহার করে অপ্টিমাইজেশনের আগে এবং পরের ফলাফল তুলনা করা হয়। তুলনা দেখায় যে, বিচ্ছেদ সময়, এনার্জি অ্যাবসর্পশন, এবং ইনরাশ বিদ্যুতের মতো গুরুত্বপূর্ণ সূচকগুলি দ্রুত উন্নতি হয়, যা সমগ্র পারফরমেন্স বেশি করে এবং দ্রুত এবং নির্ভরযোগ্য বিচ্ছেদের প্রকৌশল প্রয়োজনীয়তা ভালভাবে পূরণ করে।

২.৩ উচ্চ-নির্ভরযোগ্য মেকানিক্যাল স্ট্রাকচার ডিজাইন
(১) পার্মানেন্ট ম্যাগনেট আইসোলেটর সুইচ
সলিড-স্টেট সার্কিট ব্রেকারের নির্ভরযোগ্যতা এবং স্থিতিশীলতা বাড়ানোর জন্য, একটি বাইস্টেবল পার্মানেন্ট ম্যাগনেট মেকানিজম ব্যবহার করে একটি পার্মানেন্ট ম্যাগনেট আইসোলেটর সুইচ ডিজাইন করা হয়। এই স্ট্রাকচারে, বন্ধ এবং খোলা অবস্থার জন্য ধারণ করার বল প্রধানত পার্মানেন্ট ম্যাগনেট দ্বারা প্রদান করা হয়, যাতে সুইচিং অপারেশনের সময় কোয়াইল মাত্র মুহূর্তের জন্য শক্তিশালী হয়। এটি প্রাচীন ইলেকট্রোম্যাগনেটিক আইসোলেটর সুইচের তুলনায় প্রায় ৯০% শক্তি ব্যবহার কমায়। এডাম্স ডাইনামিক সিমুলেশন বিশ্লেষণ দেখায় যে, এই পার্মানেন্ট ম্যাগনেট আইসোলেটর সুইচের মেকানিক্যাল জীবন ১ মিলিয়ন অপারেশনের বেশি, এবং সংস্পর্শ পৃথকীকরণ গতি ৩ m/s। উচ্চ সংস্পর্শ পৃথকীকরণ গতি ফল্ট ঘটার সময় দ্রুত সার্কিট বিচ্ছেদ নিশ্চিত করে, বিদ্যুৎ আর্ক উৎপাদনের সম্ভাবনা কমায় এবং সুইচের বিচ্ছেদ ক্ষমতা বাড়ায়। দীর্ঘ মেকানিক্যাল জীবন দীর্ঘ ব্যবহারের সময় স্থিতিশীল পারফরমেন্স নিশ্চিত করে, রক্ষণাবেক্ষণ এবং প্রতিস্থাপনের পরিমাণ কমায়, ফলে সলিড-স্টেট সার্কিট ব্রেকারের দক্ষ কাজের জন্য শক্তিশালী সমর্থন প্রদান করে।

(২) তাপ ব্যবস্থাপন সমাধান
উচ্চ-পাওয়ার-ঘনত্বের ডিজাইনের তাপ বিসর্জন সমস্যা সমাধানের জন্য, একটি হাইব্রিড কুলিং সমাধান প্রস্তাব করা হয় যা বাষ্পীভবন কুলিং এবং ফোর্সড এয়ার কুলিং এর সমন্বয়ে গঠিত। বাষ্পীভবন কুলিং তরলের বাষ্পীভবন দ্বারা তাপ শোষণের নীতি ব্যবহার করে, যা সংক্ষিপ্ত স্থানে দক্ষ তাপ স্থানান্তর সম্ভব করে। ফোর্সড এয়ার কুলিং ফ্যান-চালিত ফোর্সড কনভেকশন দ্বারা তাপ বিসর্জন আরও বাড়ায়। এই হাইব্রিড কুলিং পদ্ধতি মডিউলের হটস্পট তাপমাত্রা ৭৫°C এর নিচে স্থিতিশীল রাখে, এবং তাপমাত্রা বৃদ্ধির হার ৫°C/মিনিটের কম, যা মানক প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে।III. পরীক্ষামূলক যাচাই

৩ পরীক্ষামূলক যাচাই

৩.১ প্রোটোটাই