কোন লোডগুলি একক সলিড-স্টেট রিলের জন্য উপযুক্ত?

রেজিস্টিভ লোড: একটি একক সলিড-স্টেট রিলের জন্য আদর্শ মিল

কেন রেজিস্টিভ লোডগুলি একক সলিড-স্টেট রিলের আউটপুট সেমিকন্ডাক্টরগুলিতে চাপ কমিয়ে দেয়

যখন তাপীয় উপাদান এবং পুরনো ধরনের ইনক্যান্ডেসেন্ট বাল্বের মতো রেজিস্টিভ লোডের কথা আসে, তখন এগুলো সলিড-স্টেট রিলে (SSR)-এর অভ্যন্তরস্থ সেমিকন্ডাক্টরগুলোর উপর আসলে খুব কম চাপ সৃষ্টি করে। এই ধরনের লোডগুলোর যা ইঞ্জিনিয়াররা 'প্রায় ইউনিটি পাওয়ার ফ্যাক্টর' বলে, তার অর্থ হলো ভোল্টেজ এবং কারেন্ট সাধারণত সুসংগতভাবে সমান্তরালে থাকে, বরং অসমন্বিত হয় না। এই সুসংগতি সরঞ্জাম চালু বা বন্ধ করার সময় ঘটে যাওয়া বিরক্তিকর ভোল্টেজ স্পাইকগুলোকে প্রতিরোধ করে। কারণ এখানে কোনো হঠাৎ কারেন্ট প্রবাহ বা সঞ্চিত শক্তির চিন্তা করার প্রয়োজন হয় না, তাই তাপীয় দৃষ্টিকোণ থেকে বৈদ্যুতিক চাহিদা স্থির এবং পূর্বানুমেয় থাকে। এটি সেমিকন্ডাক্টরের ক্ষুদ্র জাংশনগুলোকে পুনরাবৃত্ত তাপমাত্রা বৃদ্ধি ও হ্রাসের চক্র থেকে রক্ষা করে, যা সময়ের সাথে সাথে ক্ষয় সৃষ্টি করতে পারে। একটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হলো—রেজিস্টিভ লোডগুলো বন্ধ করার সময় ইনডাক্টিভ বা ক্যাপাসিটিভ লোডের মতো অবাঞ্ছিত বিদ্যুৎ (যাকে ব্যাক-ইএমএফ বলা হয়) ফিরিয়ে দেয় না। এটি SSR-গুলোর জন্য অনেক সহজ করে তোলে, কারণ এগুলো নকশায় অতিরিক্ত নিরাপত্তা মার্জিন ছাড়াই তাদের সাধারণ কার্যকরী সীমার মধ্যে নিরাপদে কাজ করতে পারে।

জিরো-ক্রসিং সুইচিং: কীভাবে এটি রেজিস্টিভ অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে দীর্ঘস্থায়িত্ব এবং EMI পারফরম্যান্স উন্নত করে

জিরো ক্রসিং সুইচিং ব্যবহার করার সময়, সলিড-স্টেট রিলে এসি ভোল্টেজ শূন্য ভোল্টের মুহূর্তেই চালু হয়। এই সতর্কভাবে নির্ধারিত সময়সূচী কারেন্ট প্রবাহে হঠাৎ লাফ দেওয়া এড়াতে সাহায্য করে, যা সমস্যা সৃষ্টি করতে পারে। ফলাফল কী? পাওয়ার সার্জ থেকে কম চাপ এবং তড়িৎচৌম্বকীয় ব্যাঘাত (EMI) উল্লেখযোগ্যভাবে কমে যায়। পরীক্ষায় দেখা গেছে যে, সাধারণ সুইচিং পদ্ধতির তুলনায় EMI স্তর প্রায় ৪০ ডিবি কম। শিল্প উত্তাপন সিস্টেমগুলি বিশেষভাবে উপকৃত হয়, কারণ এগুলি অন্যান্য নিকটবর্তী নিয়ন্ত্রণ সার্কিটগুলিতে ব্যাঘাত সৃষ্টি করতে পারে এমন অনেক কম শব্দ তৈরি করে। থাইরিস্টর উপাদানগুলিও অনেক কম ক্ষমতা বর্জন করে—আসলে ৬৫% থেকে ৮০% পর্যন্ত কম—যার অর্থ এই উপাদানগুলি প্রতিস্থাপনের আগে দীর্ঘ সময় ধরে কাজ করে। অন্য একটি বড় সুবিধা হলো যান্ত্রিক রিলেগুলিতে বছরে মিলিয়ন মিলিয়ন অপারেশনের পর যে কন্টাক্ট ওয়েল্ডিং সমস্যা দেখা দেয়, তা এড়ানো যায়। অনেক বছর ধরে পুনরাবৃত্তিমূলক সুইচিং প্রয়োজন হয় এমন অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য, রেজিস্টিভ লোড নির্ভরযোগ্যভাবে নিয়ন্ত্রণ করার জন্য জিরো ক্রসিং এখনও সর্বোত্তম পছন্দ বলে বিবেচিত হয়।

ইনডাক্টিভ লোড: একক সলিড-স্টেট রিলে বিশ্বস্ততার জন্য গুরুত্বপূর্ণ বিবেচনা

ব্যাক-ইএমএফ এবং ভোল্টেজ ট্রান্সিয়েন্ট: একক সলিড-স্টেট রিলে সার্কিটে প্রাথমিক ব্যর্থতার কারণ

সলেনয়েড, কনটাক্টর এবং বিভিন্ন ধরনের মোটরের মতো ইন্ডাক্টিভ লোডগুলি তাদের চৌম্বক ক্ষেত্রের মধ্যে শক্তি সঞ্চয় করে। যখন এই ডিভাইসগুলিকে হঠাৎ বন্ধ করা হয়, তখন এগুলি প্রতি মাইক্রোসেকেন্ডে ১,০০০ ভোল্টের বেশি উচ্চতার তীব্র ব্যাক-ইএমএফ ভোল্টেজ স্পাইক তৈরি করে। এই স্পাইকগুলি সলিড-স্টেট রিলে আউটপুট অর্ধপরিবাহীগুলিতে ধ্বংসাত্মক থার্মাল রানঅ্যাওয়ে প্রভাব সৃষ্টি করে। সহজ রেজিস্টিভ লোডের তুলনায়, সঞ্চিত শক্তির হঠাৎ মুক্তি বৈদ্যুতিক আর্কের মতো অবস্থা সৃষ্টি করে, যা অর্ধপরিবাহী জাংশনগুলির বিঘটনকে ত্বরান্বিত করে। শিল্পক্ষেত্রে স্থাপিত প্রাথমিক এসএসআরগুলিতে দেখা অধিকাংশ প্রারম্ভিক ব্যর্থতাই এই নির্দিষ্ট ঘটনা থেকে উদ্ভূত হয়। বন্ধ করার সময় কারেন্ট শূন্য হওয়ার কোনো প্রাকৃতিক বিন্দু না থাকলে অবস্থা আরও খারাপ হয়, বিশেষ করে এসি সিস্টেমে এটি অত্যন্ত সমস্যাযুক্ত, কারণ ভোল্টেজ শূন্য স্তরে পৌঁছানোর পরেও অবশিষ্ট চৌম্বক শক্তি চক্রাকারে প্রবাহিত হতে থাকে।

প্রতিরোধমূলক কৌশল: স্নাবার নেটওয়ার্ক, dv/dt-রেটেড এসএসআর এবং র‍্যান্ডম-অন সুইচিং নির্বাচন

একটি একক সলিড-স্টেট রিলেকে সেইসব অপ্রীতিকর ইন্ডাক্টিভ হুমকি থেকে রক্ষা করার জন্য কয়েকটি কার্যকরী উপায় রয়েছে, যা বিভিন্ন ধরনের সমস্যার কারণ হতে পারে। প্রথমত, RC স্নাবার নেটওয়ার্কগুলি এখানে অসাধারণ কাজ করে। অধিকাংশ লোক প্রায় ১০০ ওহম রেজিস্টরকে প্রায় ০.১ মাইক্রোফ্যারাড ক্যাপাসিটরের সাথে সংযুক্ত করে থাকেন। এই ছোট্ট সেটআপগুলি শক্তির হঠাৎ ঝলকটিকে শোষণ করে ফেলে যায়, আগেই যাতে তা SSR-এর আউটপুট স্টেজে পৌঁছাতে না পারে। অন্য একটি ভালো অভ্যাস হলো dv/dt রেটিংয়ের জন্য কমপক্ষে ৫০০ ভোল্ট প্রতি মাইক্রোসেকেন্ড সক্ষম এমন SSR নির্বাচন করা। এটি নিশ্চিত করে যে দ্রুত ভোল্টেজ স্পাইকের মুখোমুখি হলে অভ্যন্তরীণ অংশগুলি ক্ষতিগ্রস্ত হবে না। ইন্ডাক্টিভ সার্কিটের ক্ষেত্রে, জিরো-ক্রসিং পয়েন্টের অপেক্ষা না করে এলোমেলোভাবে সুইচ করা সেইসব ক্ষতিকর রেজোন্যান্স সমস্যা প্রতিরোধ করতে সাহায্য করে যা সময়ের সাথে সাথে জমা হয়ে যায়। এবং একটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয় মনে রাখবেন—যা অনেক ইঞ্জিনিয়ার উপেক্ষা করেন: ইন্ডাক্টিভ লোড নিয়ে কাজ করার সময়, সর্বদা SSR-এর কারেন্ট রেটিংকে প্রায় ৪০ থেকে ৫০ শতাংশ পর্যন্ত কমিয়ে দিন। এই অতিরিক্ত বাফারটি অপ্রত্যাশিত স্টার্টআপ সার্জ এবং সাময়িক ওভারলোড পরিস্থিতির জন্য জিম্মেদার, যা আমাদের ইচ্ছার চেয়ে বেশি ঘটে থাকে।

ক্যাপাসিটিভ এবং মিশ্র লোড: একক সলিড-স্টেট রিলে ডিরেটিংয়ের মাধ্যমে ইনরাশ কারেন্ট নিয়ন্ত্রণ

ক্যাপাসিটর চার্জিং সার্জ: কেন শীর্ষ কারেন্ট রেটিং এবং I²t সহনশীলতা একক সলিড-স্টেট রিলে নির্বাচনের ক্ষেত্রে নির্ণায়ক

যখন সুইচ মোড পাওয়ার সাপ্লাই-এর মতো ক্যাপাসিটিভ লোডগুলি (যেমন ইনপুট ফিল্টার) চালু হয়, তখন এগুলি বিশাল ইনরাশ কারেন্ট তৈরি করে যা সাধারণ অপারেটিং লেভেলের তুলনায় ২০ থেকে ৪০ গুণ পর্যন্ত উচ্চতর হতে পারে। এই সার্জগুলি সলিড-স্টেট রিলেগুলির জন্য আসলে দুটি প্রধান সমস্যা তৈরি করে। প্রথমটি হল তাত্ক্ষণিক ঝুঁকি, যখন শীর্ষ কারেন্ট ডিভাইসের স্পেসিফিকেশন অনুযায়ী এর সহ্য করার সীমা অতিক্রম করে। দ্বিতীয়টি হল দীর্ঘমেয়াদী সমস্যা, যেখানে সময়ের সাথে সাথে তাপীয় চাপ জমা হয়, যা I²t এককে (অ্যাম্পিয়ার বর্গ প্রতি সেকেন্ড) পরিমাপ করা হয়। প্রাথমিকভাবে, ক্যাপাসিটরগুলি পাওয়ার চালু করার পর তাদের রেজিস্ট্যান্স খুবই কম হওয়ায় প্রায় শর্ট সার্কিটের মতো আচরণ করে, যা MOSFET অ্যাভালাঞ্চ বা এমনকি ভিতরের বন্ড ওয়্যারগুলি গলিয়ে দেওয়ার মতো ক্ষতি সৃষ্টির ঝুঁকি বাড়ায়। কোনও ব্যক্তি যদি কম্পোনেন্ট নির্বাচন করছেন, তবে বাস্তব পরিস্থিতিতে নির্ভরযোগ্য অপারেশন নিশ্চিত করতে এই দুটি ফ্যাক্টর পরীক্ষা করা একেবারে অপরিহার্য।

• শীর্ষ কারেন্ট রেটিং খারাপতম ক্ষেত্রের ইনরাশ প্রাবল্য অতিক্রম করে
• I²t সহ্য মান মোট সার্জ শক্তির সমাকলনের চেয়ে বেশি

গণনা করা মানের চেয়ে ৫০–৬০% হারে ডেরেটিং করা একটি স্ট্যান্ডার্ড অনুশীলন—এটি শুধুমাত্র ক্যাপাসিটরের ESR-এ বয়সজনিত বৃদ্ধি মেনে নেওয়ার জন্যই নয়, বরং এটি কারণ DC-আউটপুট SSR-গুলির জন্য জিরো-ক্রসিং সহায়তা নেই, ফলে এগুলি পুনরাবৃত্ত ইনরাশ ঘটনার প্রতি বিশেষভাবে সংবেদনশীল।

AC বনাম DC লোড সামঞ্জস্যতা: একটি সিঙ্গেল সলিড-স্টেট রিলের আউটপুট কনফিগারেশনের সীমাবদ্ধতা

এসি এবং ডিসি লোডগুলি সলিড-স্টেট রিলের আউটপুট আর্কিটেকচারকে যেভাবে প্রভাবিত করে, তা বেশ ভিন্ন। এসি এসএসআর-এর ক্ষেত্রে, এগুলি সর্বোত্তমভাবে কাজ করে কারণ এগুলি ওই প্রাকৃতিক কারেন্ট শূন্য বিন্দুগুলির সুবিধা নিতে পারে, যেখানে ওয়েভফর্ম শূন্য ভোল্টে অতিক্রম করে। এটি থাইরিস্টর বা ট্রায়াক সদৃশ উপাদানগুলি ব্যবহার করে এসি সিগন্যালের জন্য বিশেষভাবে ডিজাইন করা উপাদানগুলির মাধ্যমে বিদ্যুৎ পরিষ্কারভাবে বন্ধ করার অনুমতি দেয়। কিন্তু ডিসি লোডের ক্ষেত্রে ব্যাপারটি জটিল হয়ে ওঠে। এদের একমুখী আউটপুট ডিভাইস—সাধারণত মসফেট বা বাইপোলার ট্রানজিস্টর—প্রয়োজন যা ধ্রুব কারেন্ট প্রবাহ নিয়ন্ত্রণ করতে পারে এবং সুইচিংয়ে সাহায্য করার জন্য ভোল্টেজ ড্রপ না থাকলেও সঠিকভাবে বন্ধ হতে পারে। কেউ যদি ভুলক্রমে ডিসি অ্যাপ্লিকেশনের জন্য এসি-রেটেড এসএসআর ব্যবহার করে, তবে দ্রুতই গুরুতর সমস্যা দেখা দেয়। শূন্য ক্রসিং ছাড়া, রিলেটি অনিয়ন্ত্রিতভাবে বিদ্যুৎ প্রবাহিত করতেই থাকে। ফলে উপাদানগুলি অত্যধিক উত্তপ্ত হয় এবং শেষ পর্যন্ত এর অভ্যন্তরীণ অর্ধপরিবাহী অংশগুলি ধ্বংস হয়ে যায়। এটি সঠিকভাবে করা মানে হল এসএসআর-এর ধরনটি যে ধরনের কারেন্ট নিয়ন্ত্রণ করবে, তার সাথে সঠিকভাবে মিলিয়ে নেওয়া। এছাড়া, ভোল্টেজ ও কারেন্ট স্পেসিফিকেশনগুলিও গুরুত্বপূর্ণ, যা সাধারণ কার্যকরী শর্তগুলির চেয়ে অনেক বেশি হওয়া উচিত এবং যথেষ্ট অতিরিক্ত ক্ষমতা অন্তর্ভুক্ত করা উচিত। এই বিবরণগুলি ভুল করা শুধুমাত্র রিলেটিকে নষ্ট করে না, বরং সমগ্র সিস্টেমকে অপ্রত্যাশিতভাবে সম্পূর্ণ বন্ধ করে দিতে পারে।