प्री-चार्ज

उच्च वोल्टेज एकदिश धारा अनुप्रयोग में विद्युतलाइन वोल्टेज का प्री-चार्ज प्रारंभिक मोड है जो पावर-अप प्रक्रिया के समय अन्तर्वाह धारा को सीमित करता है।

बड़े संधारित्र भार वाले उच्च-वोल्टेज प्रणाली को प्रारंभिक टर्न-ऑन के समय उच्च विद्युत धारा के संपर्क में लाया जा सकता है। यह धारा, यदि सीमित न हो, तो प्रणाली घटकों पर अधिक तनाव या क्षति उत्पन्न कर सकती है। कुछ अनुप्रयोगों में, प्रणाली को सक्रिय करने का अवसर विरल घटना है, जैसे कि वाणिज्यिक उपयोगिता ऊर्जा वितरण में उपयोग किया जाता है। इस प्रकार अन्य प्रणालियों जैसे वाहन अनुप्रयोगों में, प्रणाली के प्रत्येक उपयोग के साथ प्रति दिन अनेक बार प्री-चार्ज होगा। इलेक्ट्रॉनिक घटकों के जीवनकाल को बढ़ाने और उच्च वोल्टेज प्रणाली की विश्वसनीयता बढ़ाने के लिए प्रीचार्जिंग प्रयुक्त की जाती है।

पृष्ठभूमि: संधारित्र में धाराओं का प्रवाह
इस प्रकार संधारित्र घटकों में धाराित होने वाली धाराएं, घटकों के पावर-अप तनाव में प्रमुख समस्या का विषय है। जब डीसी इनपुट विद्युत को संधारित्र भार पर प्रयुक्त किया जाता है, तो वोल्टेज इनपुट की चरण प्रतिक्रिया इनपुट संधारित्र को चार्ज करने का कारण बनेगी। संधारित्र चार्जिंग वर्तमान दाब के साथ प्रारंभ होती है और स्थिर अवस्था की स्थिति में तेजी से क्षय के साथ समाप्त होती है। जब दाब शिखर का परिमाण घटकों की अधिकतम रेटिंग की तुलना में बहुत बड़ा होता है, तो घटक तनाव की उम्मीद की जाती है।

संधारित्र में धारा को $$I = C(dV/dT)$$ के रूप में जाना जाता है: शिखर अंतर्वाह धारा धारिता C और वोल्टेज के परिवर्तन की दर (डीवी/डीटी) पर निर्भर करेगी। जैसे-जैसे धारिता मान बढ़ता है, इनरश धारा बढ़ जाएगा, और ऊर्जा स्रोत का वोल्टेज बढ़ने पर इनरश धारा बढ़ जाएगा। इस प्रकार यह दूसरा मापदंड उच्च वोल्टेज ऊर्जा वितरण प्रणालियों में प्राथमिक समस्या का विषय है। अपनी प्रकृति से, उच्च वोल्टेज ऊर्जा स्रोत वितरण प्रणाली में उच्च वोल्टेज वितरित करेंगे। संधारित्र भार पावर-अप पर उच्च प्रवाह धाराओं के अधिकृत होगा। घटकों पर तनाव को समझा जाना चाहिए और कम किया जाना चाहिए।

इस प्रकार प्री-चार्ज कार्य का उद्देश्य पावर-अप के समय संधारित्र भार में अन्तर्वाह धारा के परिमाण को सीमित करना है। प्रणाली के आधार पर इसमें अनेक सेकंड लग सकते हैं। सामान्यतः, उच्च वोल्टेज प्रणाली को पावर-अप के समय लंबे प्री-चार्ज समय से लाभ होता है।



उदाहरण पर विचार करें जहां उच्च वोल्टेज स्रोत विशिष्ट इलेक्ट्रॉनिक्स नियंत्रण इकाई को शक्ति प्रदान करता है जिसमें 11000 μF इनपुट धारिता के साथ आंतरिक ऊर्जा की आपूर्ति होती है। इस प्रकार जब 28 वी स्रोत से संचालित किया जाता है, तो इलेक्ट्रॉनिक्स इकाई में प्रवेश धारा 10 मिलीसेकंड में 31 एम्पीयर तक पहुंच जाएगी। यदि उसी परिपथ को 610 वी स्रोत द्वारा सक्रिय किया जाता है, जिससे अन्तर्वाह धारा 10 मिलीसेकंड में 670 ए तक पहुंच जाएगा। उच्च वोल्टेज ऊर्जा वितरण प्रणाली सक्रियण से संधारित्र भार में असीमित इनरश धाराओं की अनुमति न देना बुद्धिमानी है: इसके अतिरिक्त घटकों को पावर-अप तनाव से बचने के लिए अन्तर्वाह धारा को नियंत्रित किया जाना चाहिए।

प्री-चार्ज कार्य की परिभाषा
उच्च वोल्टेज प्री-चार्ज परिपथ की कार्यात्मक आवश्यकता इनपुट विद्युत वोल्टेज के डीवी/डीटी को धीमा करके विद्युत स्रोत से पीक धारा को कम करना है जिससे नया प्री-चार्ज मोड बनाया जा सके। निःसंदेह! प्रीचार्ज मोड के समय वितरण प्रणाली पर आगमनात्मक भार को बंद कर दिया जाना चाहिए। प्री-चार्जिंग के समय, प्रणाली वोल्टेज धीरे-धीरे और नियंत्रित रूप से बढ़ेगा और पावर-अप धारा कभी भी अधिकतम अनुमत सीमा से अधिक नहीं होगा। जैसे ही परिपथ वोल्टेज स्थिर अवस्था के निकट पहुंचता है, प्री-चार्ज कार्य पूर्ण हो जाता है। इस प्रकार प्री-चार्ज परिपथ का सामान्य संचालन प्री-चार्ज मोड को समाप्त करना है जब परिपथ वोल्टेज ऑपरेटिंग वोल्टेज का 90% या 95% हो। इस प्रकार प्री-चार्जिंग के पूर्ण होने पर, प्री-चार्ज प्रतिरोध को ऊर्जा आपूर्ति परिपथ से बाहर कर दिया जाता है और सामान्य मोड के लिए कम प्रतिबाधा ऊर्जा स्रोत पर वापस लौटा दिया जाता है। फिर उच्च वोल्टेज भार को क्रमिक रूप से संचालित किया जाता है।

इस प्रकार अनेक उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स उपकरणों में उपयोग की जाने वाली सबसे सरल इनरश-धारा सीमित प्रणाली थर्मिस्टर है। ठंडा होने पर, इसका उच्च प्रतिरोध छोटे धारा को जलाशय संधारित्र को प्री-चार्ज करने की अनुमति देता है। इस प्रकार यह गर्म होने के पश्चात्, इसका कम प्रतिरोध कार्यशील धारा को अधिक कुशलता से धाराित करता है।

अनेक सक्रिय विद्युत कारक सुधार प्रणालियों में धीमा प्रारंभ भी सम्मिलित है।

यदि पहले के उदाहरण परिपथ का उपयोग प्री-चार्ज परिपथ के साथ किया जाता है जो डीवी/डीटी को 600 वोल्ट प्रति सेकंड से कम तक सीमित करता है, जिससे अन्तर्वाह धारा 670 एम्पीयर से घटकर 7 एम्पीयर हो जाएगा। यह उच्च वोल्टेज डीसी ऊर्जा वितरण प्रणाली को सक्रिय करने का सरल और सामान्य विधि है।

प्री-चार्जिंग के लाभ
पावर-अप के समय घटक तनाव से बचने का प्राथमिक लाभ विश्वसनीय और लंबे समय तक चलने वाले घटकों के कारण लंबे प्रणाली संचालन जीवन का अनुभव करना है।

इसके अतिरिक्त लाभ भी हैं: प्री-चार्जिंग से विद्युत संबंधी समस्या कम हो जाते हैं जो हार्डवेयर क्षति या विफलता के कारण प्रणाली की अखंडता से समझौता होने पर उत्पन्न हो सकते हैं। इस प्रकार उच्च वोल्टेज डीसी प्रणाली को लघु परिपथ या ग्राउंड फॉल्ट में या बिना सोचे-समझे कर्मियों और उनके उपकरणों में सक्रिय करने से अवांछित प्रभाव हो सकते हैं। यदि प्री-चार्ज कार्य उच्च वोल्टेज पावर-अप के सक्रियण समय को धीमा कर देता है जिससे वेल्डिंग का प्रकाश कम हो जाएगा। धीमे प्री-चार्ज से दोषपूर्ण परिपथ में वोल्टेज भी कम हो जाएगा जो प्रणाली डायग्नोस्टिक्स के ऑन-लाइन होने पर बनता है। यह सबसे व्यर्थ स्थिति में गलती का पूर्ण रूप से अनुभव होने से पहले डायग्नोस्टिक को बंद करने की अनुमति देता है।

ऐसे स्थितियों में जहां स्रोत परिपथ वियोजक को ट्रिप करने के लिए असीमित अन्तर्वाह धारा अधिक बड़ा है, उपद्रव ट्रिप से बचने के लिए धीमी गति से प्रीचार्ज की भी आवश्यकता हो सकती है।

प्री-चार्जिंग का उपयोग सामान्यतः बैटरी विद्युत वाहन अनुप्रयोगों में किया जाता है। मोटर में धारा को नियंत्रक द्वारा नियंत्रित किया जाता है जो इसके इनपुट परिपथ में बड़े संधारित्र को नियोजित करता है। ऐसे प्रणाली में सामान्यतः संपर्ककर्ता ( उच्च-वर्तमान रिले) होते हैं जो निष्क्रिय अवधि के समय प्रणाली को अक्षम कर देते हैं और सक्रिय स्थिति में मोटर वर्तमान नियामक के विफल होने पर आपातकालीन डिस्कनेक्ट के रूप में कार्य करते हैं। प्री-चार्ज के बिना संपर्ककर्ताओं में उच्च वोल्टेज और अन्तर्वाह धारा संक्षिप्त विद्युत चाप का कारण बन सकता है जो संपर्कों में असमतलता उत्पन्न कर देगा। नियंत्रक इनपुट संधारित्र को प्री-चार्ज करने से (सामान्यतः प्रयुक्त बैटरी वोल्टेज का 90 से 95 प्रतिशत तक) असमतलता की समस्या समाप्त हो जाती है। इस प्रकार चार्ज को बनाए रखने के लिए धारा इतना कम है कि कुछ प्रणाली बैटरी चार्ज करने के अतिरिक्त प्रत्येक समय प्री-चार्ज प्रयुक्त करते हैं, जबकि अधिक सम्मिश्र प्रणाली प्रारंभिक अनुक्रम के भाग के रूप में प्री-चार्ज प्रयुक्त करते हैं और प्री-चार्ज होने तक मुख्य संपर्ककर्ता को बंद करने को स्थगित कर देता है। चार्ज वोल्टेज स्तर पर्याप्त रूप से उच्च पाया गया है।

उच्च वोल्टेज ऊर्जा प्रणालियों में अनुप्रयोग

 * उच्च वोल्टेज प्रत्यक्ष धारा
 * बैटरी विद्युत वाहन
 * हाइब्रिड वाहन
 * भविष्य की युद्ध प्रणाली
 * मोटरयुक्त साइकिल
 * विद्युत ऊर्जा-सहायता प्रणाली