সুইচিং সাপ্লাইয়ের ক্যাপাসিটর প্রতিস্থাপনে রিপল কারেন্ট ও ESR — কোনটি হুবহু মিলাতে হবে, কোনটিতে ছাড় চলে

টেক্সটাইল মিল বা পাওয়ার প্ল্যান্টে সুইচিং পাওয়ার সাপ্লাইয়ের ক্যাপাসিটর নষ্ট হলে মূল পার্টসটি হাতে পাওয়া সবসময় সম্ভব হয় না। পুরনো ড্রাইভের জন্য কোম্পানির ইনভেন্টরি শেষ, অথবা বাংলাদেশের বাজারে সেই সিরিজ আর আমদানি হচ্ছে না। এই পরিস্থিতিতে ইঞ্জিনিয়ারকে বিকল্প পার্টস বেছে নিতে হয়। কিন্তু শুধু ক্যাপাসিট্যান্স ও ভোল্টেজ মিলিয়ে নিলেই চলে না। রিপল কারেন্ট রেটিং এবং ESR — এই দুটি প্যারামিটার না মিললে নতুন ক্যাপাসিটর পুরনোটির চেয়ে দ্রুত নষ্ট হয়ে যেতে পারে, অথবা সাপ্লাইয়ের আউটপুট রিপল বেড়ে নিয়ন্ত্রণ লুপ অস্থির হয়ে যায়। বাংলাদেশের শিল্প পরিবেশে আর্দ্রতা ও তাপমাত্রার তারতম্য বেশি, তাই ভুল প্যারামিটার নির্বাচনের খরচ দ্রুত ধরা পড়ে।

রিপল কারেন্ট যে তাপ তৈরি করে, তার হিসাব

সুইচিং পাওয়ার সাপ্লাইতে ক্যাপাসিটরের ভেতর দিয়ে প্রতিনিয়ত উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি এসি কারেন্ট প্রবাহিত হয়। এই রিপল কারেন্টের কারণে ক্যাপাসিটরের অভ্যন্তরীণ রোধ ESR-তে তাপ উৎপন্ন হয়। ক্ষয়ক্ষতির হিসাব সহজ: P_loss = I_rms² × ESR। অর্থাৎ রিপল কারেন্ট দ্বিগুণ হলে তাপ উৎপাদন চার গুণ বেড়ে যায়। উদাহরণস্বরূপ, ১ A রিপল কারেন্ট এবং ০.৫ Ω ESR হলে তাপ উৎপাদন দাঁড়ায় ০.৫ W। কিন্তু ESR বেড়ে ১ Ω হলে একই কারেন্টে তাপ আরও লক্ষণীয় হয়ে যায় — কোরের তাপমাত্রা বেড়ে যায়, আর সেই বাড়তি তাপই আয়ুষ্কাল কমিয়ে দেয়।

ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরের ক্ষেত্রে এই তাপই আয়ুষ্কালের প্রধান শত্রু। প্রতি ১০°সে কোর তাপমাত্রা বাড়লে ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরের আয়ুষ্কাল অর্ধেক হয়ে যায়। ১০৫°সে রেটেড ক্যাপাসিটর যদি ৮৫°সে কেস তাপমাত্রায় কাজ করে, তবে রেটেড আয়ুষ্কাল চার গুণ বেড়ে যায়। কিন্তু রিপল কারেন্ট বেশি হলে কোরের তাপমাত্রা কেসের চেয়ে ১০-২০°সে বেশি থাকতে পারে, যা আয়ুষ্কালের হিসাব ভুল করে দেয়। তাই প্রতিস্থাপনের সময় রিপল কারেন্ট রেটিং কমিয়ে দেওয়া মানে পরোক্ষভাবে আয়ুষ্কাল কমিয়ে নেওয়া।

কোন প্যারামিটারে ছাড় দেওয়া যাবে না

প্রতিস্থাপনের সময় তিনটি প্যারামিটারে ছাড় দেওয়া নিরাপদ নয়:

• ক্যাপাসিট্যান্স: ±২০% সহনশীলতার মধ্যে থাকতে হবে। কন্ট্রোল লুপের কম্পেনসেশন এবং ফিল্টার কাটঅফ ফ্রিকোয়েন্সির জন্য মূল মানে থাকাই ভালো।
• ভোল্টেজ রেটিং: মূল রেটিংয়ের সমান বা বেশি হতে হবে। বেশি ভোল্টেজ রেটিং নিরাপত্তা বাড়ায়, তবে ইনরাশ কারেন্ট বেড়ে যেতে পারে।
• রিপল কারেন্ট রেটিং: একই কেস তাপমাত্রায় মূল রেটিংয়ের চেয়ে কম হলে চলবে না। কম রেটিং মানে একই লোডে বেশি তাপ উৎপাদন।

এগুলোর বিপরীতে কিছু প্যারামিটারে সীমিত ছাড় দেওয়া যেতে পারে:

• ESR: মূল ESR-এর তুলনায় ±৫০% পর্যন্ত পার্থক্য গ্রহণযোগ্য হতে পারে, তবে শর্ত হলো রিপল কারেন্ট রেটিং ও তাপমাত্রা রেটিং ঠিক থাকতে হবে।
• কেস সাইজ ও টার্মিনাল স্টাইল: PCB-তে আলাদা bracket বা কুলিং ব্যবস্থা করে অন্য কেস সাইজ বসানো যেতে পারে।
• ব্র্যান্ড: ব্র্যান্ড নয়, ডেটাশিটের বৈশিষ্ট্যই আসল। ফ্রিকোয়েন্সি-ভিত্তিক রিপল কারেন্ট টেবিল ও তাপমাত্রা ডিরেটিং কার্ভ দেখে নির্বাচন করতে হবে।

ডেটাশিটে রিপল কারেন্ট সাধারণত ১২০ Hz এবং ১০ kHz উভয় ফ্রিকোয়েন্সিতে দেওয়া থাকে। সুইচিং সাপ্লাইয়ের ইনভার্টার অংশে ২০-১০০ kHz-এর রিপল থাকে, তাই উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি রেটিং দেখাটা জরুরি। অনেক বিকল্প ক্যাপাসিটর ১২০ Hz-এ ভালো রেটিং দেখায়, কিন্তু ১০ kHz-এ অনেক কম থাকে।

প্রতিস্থাপনযোগ্য অংশের তুলনা টেবিল

নিচের টেবিলে একটি সাধারণ ৪০০V, ১০০০ µF ক্যাপাসিটরের জন্য মূল ও বিকল্প অংশের প্যারামিটার তুলনা দেখানো হলো:

ফিল্ড লেভেলে যাচাই করার পদ্ধতি

প্রতিস্থাপনের পর নিচের ধাপগুলো অনুসরণ করা উচিত:

1. ESR মিটার বা LCR মিটার দিয়ে ২০°C তাপমাত্রায় নতুন ক্যাপাসিটরের ESR মাপুন এবং ডেটাশিটের সাথে মিলিয়ে নিন।
2. কেসের তাপমাত্রা IR থার্মোমিটার বা থার্মোকল দিয়ে মাপুন। লোড চালু অবস্থায় ৩০ মিনিট পর কেস তাপমাত্রা ১০৫°C রেটিংয়ের কাছাকাছি বা বেশি হলে রিপল কারেন্ট বা কুলিং ব্যবস্থায় সমস্যা আছে। পরিবেষ্টিত তাপমাত্রা ৪৫°C-এর বেশি হলে ডিরেটিং কার্ভ অনুযায়ী অনুমোদিত রিপল কারেন্ট কমিয়ে ধরতে হবে।
3. আউটপুটে রিপল ভোল্টেজ অসিলোস্কোপ দিয়ে দেখুন। AC কাপলিংয়ে পিক-টু-পিক রিপল আগের পরিমাপের চেয়ে ৩০% বেশি হলে ESR বা রিপল কারেন্ট রেটিং যথেষ্ট নয়।
4. ফুলে যাওয়া ভেন্ট বা বাটামের চাপ পরীক্ষা করুন। ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরের ভেন্ট ফুলে গেলে তাৎক্ষণিকভাবে বদলাতে হবে।

রিপল কারেন্ট ও ESR-এর এই তুলনা পদ্ধতি অনুসরণ করলে সুইচিং সাপ্লাইয়ের ক্যাপাসিটর প্রতিস্থাপনে ডাউনটাইম কমে এবং নতুন অংশের আয়ুষ্কাল সম্পর্কে নিশ্চিত হওয়া যায়।