কী হল সলিড-স্টেট ট্রান্সফরমার? 2025Tech, স্ট্রাকচার এবং প্রিন্সিপলস ব্যাখ্যা করা

১. সলিড-স্টেট ট্রান্সফরমার (SST) কি?

১.১ প্রচলিত ট্রান্সফরমারের মৌলিক ও সীমাবদ্ধতা

এই নিবন্ধ প্রথমে ইতিহাস (যেমন, স্ট্যানলির ১৮৮৬ সালের পেটেন্ট) এবং প্রচলিত ট্রান্সফরমারের মৌলিক নীতি পর্যালোচনা করে। ইলেকট্রোম্যাগনেটিক আবেশের উপর ভিত্তি করে, ঐতিহ্যগত ট্রান্সফরমারগুলি সিলিকন ইস্পাতের কোর, তামা বা অ্যালুমিনিয়াম পাকড়া, এবং বিচ্ছিন্নকরণ/ডাইনামিক ব্যবস্থা (খনিজ তেল বা শুষ্ক-ধরন) দিয়ে গঠিত। তারা নির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সিতে (৫০/৬০ হার্টজ বা ১৬⅔ হার্টজ), নির্দিষ্ট ভোল্টেজ রূপান্তর অনুপাত, শক্তি স্থানান্তর ক্ষমতা এবং ফ্রিকোয়েন্সি বৈশিষ্ট্য সহ কাজ করে।

প্রচলিত ট্রান্সফরমারের সুবিধাঃ

• কম খরচ

• উচ্চ বিশ্বসনীয়তা (কার্যকারিতা >৯৯%)

• শর্ট-সার্কিট বিদ্যুৎ সীমাবদ্ধকরণ ক্ষমতা

অসুবিধাঃ

• বড় আকার এবং ভারী ওজন

• হারমোনিক এবং DC বাইয়াসের প্রতি সংবেদনশীল

• ওভারলোড প্রোটেকশন নেই

• আগুন এবং পরিবেশগত ঝুঁকি

১.২ সলিড-স্টেট ট্রান্সফরমারের সংজ্ঞা ও উৎপত্তি

একটি সলিড-স্টেট ট্রান্সফরমার (SST) হল প্রচলিত ট্রান্সফরমারের একটি বিকল্প, যা পাওয়ার ইলেকট্রনিক্স প্রযুক্তির উপর ভিত্তি করে, যার উৎপত্তি ১৯৬৮ সালে ম্যাকমারির "ইলেকট্রনিক ট্রান্সফরমার" ধারণায় ফিরে যায়। SSTs মধ্য-ফ্রিকোয়েন্সি (MF) বিচ্ছিন্নকরণ পর্যায় দিয়ে ভোল্টেজ রূপান্তর এবং গ্যালভানিক বিচ্ছিন্নতা অর্জন করে, এছাড়াও বেশ কিছু বুদ্ধিমান নিয়ন্ত্রণ ফাংশন প্রদান করে।

SST এর মৌলিক গঠন অন্তর্ভুক্ত:

• মধ্য-ভোল্টেজ (MV) ইন্টারফেস

• মধ্য-ফ্রিকোয়েন্সি (MF) বিচ্ছিন্নকরণ পর্যায়

• যোগাযোগ এবং নিয়ন্ত্রণ লিঙ্ক

২. SSTs এর ডিজাইন সমস্যাবলি

২.১ সমস্যা: মধ্য-ভোল্টেজ (MV) সম্পর্কিত সমস্যা

মধ্য-ভোল্টেজ স্তর (যেমন, ১০ kV) বিদ্যমান সেমিকনডাক্টর ডিভাইসগুলির (Si IGBTs পর্যন্ত ৬.৫ kV, SiC MOSFETs ~১০–১৫ kV) ভোল্টেজ রেটিং থেকে বেশি হয়। তাই, হয় একটি বহু-কোষ (মডিউলার) বা একক-কোষ (উচ্চ-ভোল্টেজ ডিভাইস) পদ্ধতি গ্রহণ করতে হয়।

বহু-কোষ সমাধানের সুবিধাঃ

• মডিউলার এবং অতিরিক্ত ডিজাইন

• বহু-স্তরীয় আউটপুট তরঙ্গ, ফিল্টার প্রয়োজন হ্রাস করে

• হট-সুইপিং এবং ফল্ট টলারেন্স সমর্থন

একক-কোষ সমাধানের সুবিধাঃ

• সরল গঠন

• তিন-ফেজ সিস্টেমের জন্য উপযুক্ত

২.২ সমস্যা: টপোলজি নির্বাচন

SST টপোলজিগুলি হলঃ

• Isolated Front-End (IFE): রেক্টিফিকেশনের আগে বিচ্ছিন্নকরণ

• Isolated Back-End (IBE): বিচ্ছিন্নকরণের আগে রেক্টিফিকেশন

• ম্যাট্রিক্স কনভার্টার ধরন: সরাসরি AC-AC রূপান্তর

• Modular Multilevel Converter (M2LC)

২.৩ সমস্যা: বিশ্বসনীয়তা

প্রচলিত ট্রান্সফরমারগুলি অত্যন্ত বিশ্বসনীয়, যেখানে SSTs অনেকগুলি সেমিকনডাক্টর, নিয়ন্ত্রণ সার্কিট এবং ডাইনামিক ব্যবস্থা অন্তর্ভুক্ত করে, যা বিশ্বসনীয়তাকে একটি গুরুত্বপূর্ণ সমস্যা করে তোলে। এই নিবন্ধ Reliability Block Diagrams (RBD) এবং ফেল রেট (λ in FIT) মডেল পরিচয় করায়, যা বলে যে অতিরিক্ততা ব্যবস্থা ব্যবহার করে বিশ্বসনীয়তা বেশি করা যায়।

২.৪ সমস্যা: মধ্য-ফ্রিকোয়েন্সি বিচ্ছিন্নকরণ পাওয়ার কনভার্টার

সাধারণ টপোলজিগুলি হলঃ

• Dual Active Bridge (DAB): পাওয়ার ফ্লো পরিচালিত হয় প্রশস্তি স্থানান্তরের মাধ্যমে, যা সফট সুইচিং সম্ভব করে

• Half-Cycle Discontinuous Mode Series Resonant Converter (HC-DCM SRC): ZCS/ZVS অর্জন করে, "DC ট্রান্সফরমার" বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে

২.৫ সমস্যা: মধ্য-ফ্রিকোয়েন্সি ট্রান্সফরমার ডিজাইন

মধ্য-ফ্রিকোয়েন্সি ট্রান্সফরমারগুলি kHz-স্তরের ফ্রিকোয়েন্সিতে কাজ করে, যা নিম্নলিখিত সমস্যাগুলি মোকাবেলা করে:

• ছোট ম্যাগনেটিক কোর আয়তন

• বিচ্ছিন্নকরণ এবং তাপমান ব্যবস্থাপনার মধ্যে সংঘর্ষ

• Litz তারে অসম বিদ্যুৎ বিতরণ

২.৬ সমস্যা: বিচ্ছিন্নকরণ সমন্বয়

মধ্য-ভোল্টেজ ইউনিটগুলি মাটি থেকে উচ্চ বিচ্ছিন্নকরণ প্রয়োজন, যা নিম্নলিখিত বিষয়গুলি বিবেচনায় নেওয়া প্রয়োজন:

• সম্মিলিত ৫০ Hz পাওয়ার ফ্রিকোয়েন্সি এবং মধ্য-ফ্রিকোয়েন্সি ইলেকট্রিক ফিল্ড স্ট্রেস

• ডাইইলেকট্রিক লোকসান এবং স্থানীয় উত্তপ্তির ঝুঁকি

২.৭ সমস্যা: ইলেকট্রোম্যাগনেটিক বাধা (EMI)

MV সুইচিং সময় উৎপন্ন কমন-মোড বিদ্যুৎ প্যারাসিটিক ক্যাপাসিটেন্স দিয়ে মাটির দিকে প্রবাহিত হতে পারে এবং কমন-মোড চকের মাধ্যমে দমন করা হয়।

২.৮ সমস্যা: প্রোটেকশন

SSTs অতিরিক্ত ভোল্টেজ, অতিরিক্ত বিদ্যুৎ, বজ্রপাত এবং শর্ট-সার্কিট মোকাবেলা করতে হয়। ঐতিহ্যগত ফিউজ এবং সার্জ আরেস্টার ব্যবহার করা যায় কিন্তু তা ইলেকট্রনিক বিদ্যুৎ সীমাবদ্ধকরণ এবং শক্তি শোষণ কৌশলের সাথে সমন্বিত করা উচিত।

২.৯ সমস্যা: নিয়ন্ত্রণ

SST নিয়ন্ত্রণ সিস্টেম জটিল এবং একটি স্তরাত্মক গঠন প্রয়োজন:

• বাইরের নিয়ন্ত্রণ: গ্রিড ইন্টারঅ্যাকশন, শক্তি ডিসপ্যাচ

• ভিতরের নিয়ন্ত্রণ: ভোল্টেজ/বিদ্যুৎ নিয়ন্ত্রণ, অতিরিক্ততা ব্যবস্থাপনা

• ইউনিট-স্তরের নিয়ন্ত্রণ: মডুলেশন এবং প্রোটেকশন

২.১০ সমস্যা: মডিউলার কনভার্টার নির্মাণ

প্রায়োগিক MV মডিউলার সিস্টেম নির্মাণ করতে হলে:

• বিচ্ছিন্নকরণ ডিজাইন

• ডাইনামিক ব্যবস্থা

• যোগাযোগ এবং সহায়ক শক্তি

• ান্ত্রিক গঠন এবং হট-সুইপিং সমর্থন

২.১১ সমস্যা: MV কনভার্টার পরীক্ষা

MV পরীক্ষা সুবিধাগুলি জটিল এবং প্রয়োজন:

• উচ্চ-ভোল্টেজ, উচ্চ-শক্তি সোর্স/লোড

• উচ্চ-প্রশস্তি মেজারমেন্ট যন্ত্র (যেমন, উচ্চ-ভোল্টেজ ডিফারেনশিয়াল প্রোব)

• ব্যাকআপ পরীক্ষা কৌশল (যেমন, ব্যাক-টু-ব্যাক পরীক্ষা)

৩. SSTs এর প্রযোজ্যতা এবং ব্যবহার

৩.১ গ্রিড প্রয়োগ

SSTs গ্রিডে ব্যবহার করা যায়:

• ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রণ এবং প্রতিক্রিয়াশীল শক্তি সামঞ্জস্য

• হারমোনিক ফিল্টারিং এবং শক্তি গুণমান উন্নতি

• DC ইন্টারফেস যোগ (যেমন, শক্তি সঞ্চয়, প্রাকৃতিক আলো)

তবে, প্রচলিত Line Frequency Transformers (LFTs) এর তুলনায় SSTs একটি "কার্যকারিতা সমস্যা" মোকাবেলা করে:

• LFT কার্যকারিতা ৯৮.৭% পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে

• SSTs সাধারণত ~৯৬.৩% পৌঁছায় কারণ বহু-স্তরীয় রূপান্তর

• আকার এবং ওজনের সীমিত হ্রাস (~২.৬ m³ বনাম ৩.৪ m³)

• সীমিত ক্ষমতার বেশি খরচ (>৫২.৭k USD বনাম ১১.৩k USD)

৩.২ ট্র্যাকশন প্রয়োগ

ট্র্যাকশন সিস্টেম (যেমন, ইলেকট্রিক লোকোমোটিভ) আকার, ওজন এবং কার্যকারিতার জন্য কঠোর প্রয়োজনীয়তা রাখে, যেখানে SSTs স্পষ্ট সুবিধা প্রদান করে:

• <