প্রয়োগ

ভেরিএবল ফ্রিকোয়েন্সি ড্রাইভ (VFD) শিল্প এবং গাড়ি বিভাগে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। মূল প্রযুক্তি উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি প l s w d h (PWM) ব্যবহার করে সেমিকনডাক্টর সুইচ দ্বারা। মূলত 4 থেকে 16 kHz ফ্রিকোয়েন্সির জন্য দুই-স্তরের ইনভার্টার তিনটি-ফেজ সাইন ওয়েভ ভোল্টেজ বা কারেন্ট উৎপাদন করে মোটরগুলি চালাতে। 400V এবং তার উপরের বাস ভোল্টেজের জন্য, IGBTs অ্যাপ্লিকেশনে প্রধান। চওড়া-ব্যান্ডগ্যাপ SiC MOSFETs-এর আবির্ভাবে, ডিভাইসের উত্তম সুইচিং পারফরম্যান্স দ্রুত মোটর ড্রাইভ উন্নয়নে মনোযোগ আকর্ষণ করেছে। একটি SiC MOSFET তার প্রতিদ্বন্দ্বী Si IGBTs-এর তুলনায় সুইচিং লস প্রায় 70% কমাতে পারে বা একই দক্ষতা প্রায় 3x ফ্রিকোয়েন্সি এ অর্জন করতে পারে। SiC MOSFETs, যা একটি রেজিস্টরের মতো আচরণ করে, IGBTs-এর PN জ n ভোল্টেজ ড্রপের অভাবে কন্ডাকশন লস কমায়, বিশেষত হালকা লোডে। উচ্চ PWM ফ্রিকোয়েন্সি এবং উচ্চ মোটর ড্রাইভের মৌলিক ফ্রিকোয়েন্সি অর্জনের সাথে, একটি মোটরকে বড় পোল নম্বর সহ ডিজাইন করা যেতে পারে যা মোটরের আকার কমায়। একই আউটপুট শক্তির সাথে 8-পোল মোটর 2-পোল মোটরের তুলনায় 40% আকার কমাতে পারে। উচ্চ সুইচিং ফ্রিকোয়েন্সি উচ্চ ঘনত্বের মোটর ডিজাইনকে সমর্থন করে। এই পারফরম্যান্সগুলি দ্রুত, উচ্চ দক্ষতা এবং উচ্চ ঘনত্বের মোটর ড্রাইভ অ্যাপ্লিকেশনে SiC MOSFETs-এর বিশাল সম্ভাবনা দেখায়। Tesla Model 3-এ SiC MOSFETs-এর সফল অ্যাপ্লিকেশন সী-আইসি ভিত্তিক মোটর ড্রাইভ যুগের শুরু চিহ্নিত করেছে। স্পষ্ট যে, SiC MOSFETs গাড়ি ট্র্যাকশন অ্যাপ্লিকেশনে প্রধান হবে, বিশেষত 800V ব্যাটারি গাড়িতে এবং শিল্পের উচ্চ-এন্ড অ্যাপ্লিকেশনে আরও শেয়ার অর্জন করবে।

সিএমসি মোসফেটদের সুবিধা পূর্ণতায় ব্যবহার করতে হলে সুইচিং গতি (dv/dt) এবং সুইচিং ফ্রিকোয়েন্সি বর্তমান IGBT-ভিত্তিক সমাধানগুলো থেকে দশগুণ বেশি বেড়ে যেতে হবে। সিএমসি মোসফেটের অসাধারণ সম্ভাবনা সত্ত্বেও, ডিভাইসের ব্যবহার বর্তমান মোটর প্রযুক্তি এবং ড্রাইভ সিস্টেমের গঠনের কারণে সীমিত। অধিকাংশ মোটরের উপরে উচ্চ ওয়াইন্ডিং ইনডাক্টেন্স এবং বড় প্যারাসাইটিক ক্যাপাসিটেন্স রয়েছে। একটি মোটরকে ইনভার্টারের সাথে সংযুক্ত করার জন্য ব্যবহৃত তিন-ফেজ কেবল মৌলিকভাবে একটি LC সার্কিট গঠন করে, যেমন নিচে দেখানো হয়েছে। ইনভার্টারের আউটপুটে উচ্চ dv/dt ভোল্টেজ এই LC সার্কিটকে উত্তেজিত করতে পারে এবং মোটরের টার্মিনালে ভোল্টেজ স্পাইক ইনভার্টারের আউটপুট ভোল্টেজের দ্বিগুণের তুলনায়ও বেশি হতে পারে। এটি মোটরের ওয়াইন্ডিংয়ে উল্লেখযোগ্য ভোল্টেজ চাপ তৈরি করে।

যখন ইনভার্টারকে সরাসরি মোটরের সাথে যুক্ত করা হয়, তখন কেবল ভোল্টেজ রিংগিং আর থাকে না। তবে, নিচে দেখানো অনুযায়ী, উচ্চ dv/dt ভোল্টেজ পরিবর্তন সরাসরি কোয়াইলিংয়ে প্রযোজিত হবে, যা কোয়াইলিংয়ের ডুরেশনকে ত্বরিত করতে পারে। এছাড়াও, উচ্চ dv/dt ভোল্টেজ বারিং কারেন্ট উৎপন্ন করতে পারে এবং বারিং খসড়া এবং অগ্রাধিকারে ব্যর্থতার কারণ হতে পারে।

অন্য একটি সম্ভাব্য সমস্যা হল EMI। উচ্চ dv/dt এবং উচ্চ di/dt বেশি ইলেকট্রোম্যাগনেটিক ইন্টারফেরেন্স এমিশন উত্পন্ন করতে পারে। সকল ডিজাইনের ক্ষেত্রেই এই প্রভাবগুলি IGBT এবং SiC ভিত্তিক সমাধানের জন্য বিবেচনা করা প্রয়োজন।

এই সমস্যাগুলির কমিয়ে আনার জন্য বিভিন্ন পদ্ধতি উন্নয়ন করা হয়েছে। যদি একটি মোটর এবং ইনভার্টার ড্রাইভারকে আলাদা করা লাগে, তবে একটি dv/dt এজ ফিল্টার বা সাইনাসয়েডাল ফিল্টার কার্যকর সমাধান হতে পারে, কিন্তু এটি কিছু খরচ বাড়াবে। মোটরের ডিজাইন নিজেই উন্নয়ন লাভ করছে এখন থেকে IGBT ইনভার্টারগুলি বাণিজ্যিকভাবে উপলব্ধ হওয়ার পর। ভাল বিয়োগ্রহণশীল চৌম্বকীয় তার এবং উন্নত মোটর কয়েন ওয়াইন্ডিং স্ট্রাকচার এবং শিল্ডিং পদ্ধতির জন্য, মোটরের dv/dt প্রতিক্রিয়াশীলতা প্রথমে কয়েক V/ns থেকে অনেক বেশি উন্নত হয়েছে এবং এটি চূড়ান্তভাবে 40-50V/ns পৌঁছাতে সক্ষম হবে। SiC-ভিত্তিক ইনভার্টারগুলি খুবই কার্যকর, সাধারণত 40kHz এ 98.5% এবং 20kHz এ 99% দক্ষতা অর্জন করে। ড্রাইভার হারানোর কারণে, একত্রিত মোটর ড্রাইভ সম্ভব এবং আকর্ষণীয় সিস্টেম সমাধান হয়ে উঠেছে, যা সমস্ত কেবল এবং টার্মিনাল সংযোগ বাদ দেয় এবং সিস্টেমের আকার এবং খরচ কমায়। পুরোপুরি বন্ধ ইনভার্টার ড্রাইভার এবং মোটর EMI উত্সর্গ কমানোর জন্য কার্যকর উপায়। বেয়ারিং তড়িৎপ্রবাহকে মোটরের অক্ষকে স্টেটরের সাথে গ্রাউন্ড করা স্প্রিং বা ব্রাশ দিয়ে শর্ট করে বাইপাস করা যেতে পারে। সংক্ষিপ্ত, উচ্চ-দক্ষতার, কম-ওজন এবং একত্রিত মোটর ড্রাইভ শিল্পীয় রোবট, বায়ুমধ্যে এবং জলের নিচে ড্রোন ইত্যাদিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।

ড্রাইভ সিস্টেমের আকার কমানোর পাশাপাশি, SiC MOSFETs উচ্চ গতিতে ড্রাইভ করা সম্ভব করে। উচ্চ গতির ড্রাইভগুলি গাড়ি, বিমান, স্পিন্ডেল, পাম্প এবং কমপ্রেসরের ক্ষেত্রে ক্রমশ আরও জনপ্রিয় হয়ে উঠছে। কিছু উল্লেখিত অ্যাপ্লিকেশনের জন্য উচ্চ গতির ড্রাইভ এখন স্টেট অফ দ্য আর্ট হয়ে গেছে, যদিও কিছু নিচ অ্যাপ্লিকেশনে, উচ্চ গতির ড্রাইভের ব্যবহার পণ্যের গুণবत্তা এবং পণ্য উদ্ভাবনের ক্ষেত্রে পারফরম্যান্স এবং ক্ষমতা বাড়িয়েছে।

একত্রিত ড্রাইভ অ্যাপ্লিকেশন

একটি সুন্দর সাইনাসয়েডাল ড্রাইভ প্রদান করতে, VFD সুইচিং ফ্রিকোয়েন্সি ac বর্তনীর ফ্রিকোয়েন্সির তুলনায় অন্তত 50 গুণ বেশি হতে হবে। সুতরাং, সুইচিং ফ্রিকোয়েন্সি, পোল-পেয়ার এবং মোটরের গতির মধ্যে নিম্নলিখিত সম্পর্ক রয়েছে:

f_PWM = 50∙ পোল-পেয়ার ∙ rpm /60

অর্থাৎ, একটি সাধারণ 4-পোল মোটরের জন্য, 10 কিলো রিভিউমিন (krpm) পৌঁছাতে হলে, f_PWM -কে 16.6kHz হতে হবে, যা প্রায় IGBT সুইচিং ফ্রিকোয়েন্সির সর্বোচ্চ সীমা। সুতরাং, 10 krpm এর চেয়ে বেশি কোনো মোটর গতিতে, SiC MOSFETs একটি পছন্দসই বা একমাত্র সঠিক বিকল্প হয়ে ওঠে। মোটর শক্তি ঘনত্ব বাড়াতে হলে পোল-জোড়ের সংখ্যা সাধারণত বাড়িয়ে দেওয়া হয়, যা আরও উচ্চতর PWM সুইচিং ফ্রিকোয়েন্সি দরকার করে। SiC-এর ব্যবহার নতুন এক ধাপের মোটর ডিজাইন উন্নয়ন এবং অভিনবতা প্রবর্তন করবে।