प्री-चार्ज

उच्च वोल्टेज एकदिश धारा एप्लिकेशन में पावरलाइन वोल्टेज का प्री-चार्ज एक प्रारंभिक मोड है जो पावर अप प्रक्रिया के दौरान इनरश करंट को सीमित करता है।

बड़े कैपेसिटिव लोड वाले उच्च-वोल्टेज सिस्टम को प्रारंभिक टर्न-ऑन के दौरान उच्च विद्युत प्रवाह के संपर्क में लाया जा सकता है। यह धारा, यदि सीमित न हो, तो सिस्टम घटकों पर काफी तनाव या क्षति पैदा कर सकती है। कुछ अनुप्रयोगों में, सिस्टम को सक्रिय करने का अवसर एक दुर्लभ घटना है, जैसे कि वाणिज्यिक उपयोगिता बिजली वितरण में। अन्य प्रणालियों जैसे वाहन अनुप्रयोगों में, सिस्टम के प्रत्येक उपयोग के साथ प्रति दिन कई बार प्री-चार्ज होगा। इलेक्ट्रॉनिक घटकों के जीवनकाल को बढ़ाने और उच्च वोल्टेज प्रणाली की विश्वसनीयता बढ़ाने के लिए प्रीचार्जिंग लागू की जाती है।

पृष्ठभूमि: कैपेसिटर में धाराओं का प्रवाह
कैपेसिटिव घटकों में प्रवाहित होने वाली धाराएं, घटकों के पावर-अप तनाव में एक प्रमुख चिंता का विषय है। जब डीसी इनपुट पावर को कैपेसिटिव लोड पर लागू किया जाता है, तो वोल्टेज इनपुट की चरण प्रतिक्रिया इनपुट कैपेसिटर को चार्ज करने का कारण बनेगी। कैपेसिटर चार्जिंग एक वर्तमान दबाव के साथ शुरू होती है और स्थिर अवस्था की स्थिति में तेजी से क्षय के साथ समाप्त होती है। जब दबाव 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 ज्ञात होती है $$I = C(dV/dT)$$: शिखर अंतर्वाह धारा धारिता C और वोल्टेज परिवर्तन की दर (dV/dT) पर निर्भर करेगी। जैसे-जैसे समाई  मान बढ़ता है, इनरश करंट बढ़ जाएगा, और पावर स्रोत का वोल्टेज बढ़ने पर इनरश करंट बढ़ जाएगा। यह दूसरा पैरामीटर उच्च वोल्टेज बिजली वितरण प्रणालियों में प्राथमिक चिंता का विषय है। अपनी प्रकृति से, उच्च वोल्टेज बिजली स्रोत वितरण प्रणाली में उच्च वोल्टेज वितरित करेंगे। कैपेसिटिव लोड पावर-अप पर उच्च प्रवाह धाराओं के अधीन होगा। घटकों पर तनाव को समझा जाना चाहिए और कम किया जाना चाहिए।

प्री-चार्ज फ़ंक्शन का उद्देश्य पावर-अप के दौरान कैपेसिटिव लोड में इनरश करंट के परिमाण को सीमित करना है। सिस्टम के आधार पर इसमें कई सेकंड लग सकते हैं। सामान्य तौर पर, उच्च वोल्टेज सिस्टम को पावर-अप के दौरान लंबे प्री-चार्ज समय से लाभ होता है।



एक उदाहरण पर विचार करें जहां एक उच्च वोल्टेज स्रोत एक विशिष्ट इलेक्ट्रॉनिक्स नियंत्रण इकाई को शक्ति प्रदान करता है जिसमें 11000 μF इनपुट कैपेसिटेंस के साथ आंतरिक बिजली की आपूर्ति होती है। 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 सर्किट को 610 वी स्रोत द्वारा सक्रिय किया जाता है, तो इनरश करंट 10 मिलीसेकंड में 670 ए तक पहुंच जाएगा। उच्च वोल्टेज बिजली वितरण प्रणाली सक्रियण से कैपेसिटिव लोड में असीमित इनरश धाराओं की अनुमति न देना बुद्धिमानी है: इसके बजाय घटकों को पावर-अप तनाव से बचने के लिए इनरश करंट को नियंत्रित किया जाना चाहिए।

प्री-चार्ज फ़ंक्शन की परिभाषा
हाई वोल्टेज प्री-चार्ज सर्किट की कार्यात्मक आवश्यकता इनपुट पावर वोल्टेज के dV/dT को धीमा करके पावर स्रोत से पीक करंट को कम करना है ताकि एक नया प्री-चार्ज मोड बनाया जा सके। बेशक प्रीचार्ज मोड के दौरान वितरण प्रणाली पर आगमनात्मक भार को बंद कर दिया जाना चाहिए। प्री-चार्जिंग के दौरान, सिस्टम वोल्टेज धीरे-धीरे और नियंत्रित रूप से बढ़ेगा और पावर-अप करंट कभी भी अधिकतम अनुमत सीमा से अधिक नहीं होगा। जैसे ही सर्किट वोल्टेज स्थिर अवस्था के करीब पहुंचता है, प्री-चार्ज फ़ंक्शन पूरा हो जाता है। प्री-चार्ज सर्किट का सामान्य संचालन प्री-चार्ज मोड को समाप्त करना है जब सर्किट वोल्टेज ऑपरेटिंग वोल्टेज का 90% या 95% हो। प्री-चार्जिंग के पूरा होने पर, प्री-चार्ज प्रतिरोध को बिजली आपूर्ति सर्किट से बाहर कर दिया जाता है और सामान्य मोड के लिए कम प्रतिबाधा बिजली स्रोत पर वापस लौटा दिया जाता है। फिर उच्च वोल्टेज भार को क्रमिक रूप से संचालित किया जाता है।

कई उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स उपकरणों में उपयोग की जाने वाली सबसे सरल इनरश-करंट सीमित प्रणाली एक thermistor  है। ठंडा होने पर, इसका उच्च प्रतिरोध एक छोटे करंट को जलाशय संधारित्र को पूर्व-चार्ज करने की अनुमति देता है। गर्म होने के बाद, इसका कम प्रतिरोध कार्यशील धारा को अधिक कुशलता से प्रवाहित करता है।

कई सक्रिय पावर फैक्टर सुधार प्रणालियों में धीमा शुरुआत  भी शामिल है।

यदि पहले के उदाहरण सर्किट का उपयोग प्री-चार्ज सर्किट के साथ किया जाता है जो डीवी/डीटी को 600 वोल्ट प्रति सेकंड से कम तक सीमित करता है, तो इनरश करंट 670 एम्पीयर से घटकर 7 एम्पीयर हो जाएगा। यह उच्च वोल्टेज डीसी बिजली वितरण प्रणाली को सक्रिय करने का एक दयालु और सौम्य तरीका है।

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

इसके अतिरिक्त लाभ भी हैं: प्री-चार्जिंग से विद्युत संबंधी खतरे कम हो जाते हैं जो हार्डवेयर क्षति या विफलता के कारण सिस्टम की अखंडता से समझौता होने पर उत्पन्न हो सकते हैं। हाई वोल्टेज डीसी सिस्टम को शॉर्ट सर्किट या ग्राउंड फॉल्ट में या बिना सोचे-समझे कर्मियों और उनके उपकरणों में सक्रिय करने से अवांछित प्रभाव हो सकते हैं। यदि प्री-चार्ज फ़ंक्शन उच्च वोल्टेज पावर-अप के सक्रियण समय को धीमा कर देता है तो वेल्डिंग की रोशनी कम हो जाएगा। धीमे प्री-चार्ज से दोषपूर्ण सर्किट में वोल्टेज भी कम हो जाएगा जो सिस्टम डायग्नोस्टिक्स के ऑन-लाइन होने पर बनता है। यह सबसे खराब स्थिति में गलती का पूरी तरह से एहसास होने से पहले डायग्नोस्टिक को बंद करने की अनुमति देता है।

ऐसे मामलों में जहां स्रोत परिपथ वियोजक  को ट्रिप करने के लिए असीमित इनरश करंट काफी बड़ा है, उपद्रव ट्रिप से बचने के लिए धीमी गति से प्रीचार्ज की भी आवश्यकता हो सकती है।

प्री-चार्जिंग का उपयोग आमतौर पर बैटरी इलेक्ट्रिक वाहन अनुप्रयोगों में किया जाता है। मोटर में करंट को एक नियंत्रक द्वारा नियंत्रित किया जाता है जो इसके इनपुट सर्किट में बड़े कैपेसिटर को नियोजित करता है। ऐसे सिस्टम में आमतौर पर संपर्ककर्ता (एक उच्च-वर्तमान रिले) होते हैं जो निष्क्रिय अवधि के दौरान सिस्टम 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 इनरश करंट एक संक्षिप्त विद्युत चाप का कारण बन सकता है जो संपर्कों में गड्ढे पैदा कर देगा। नियंत्रक इनपुट कैपेसिटर को प्री-चार्ज करने से (आमतौर पर लागू बैटरी वोल्टेज का 90 से 95 प्रतिशत तक) गड्ढे की समस्या खत्म हो जाती है। चार्ज को बनाए रखने के लिए करंट इतना कम है कि कुछ सिस्टम बैटरी चार्ज करने के अलावा हर समय प्री-चार्ज लागू करते हैं, जबकि अधिक जटिल सिस्टम प्रारंभिक अनुक्रम के हिस्से के रूप में प्री-चार्ज लागू करते हैं और प्री-चार्ज होने तक मुख्य संपर्ककर्ता को बंद करने को स्थगित कर देंगे। चार्ज वोल्टेज स्तर पर्याप्त रूप से उच्च पाया गया है।

उच्च वोल्टेज बिजली प्रणालियों में अनुप्रयोग

 * उच्च वोल्टेज प्रत्यक्ष धारा
 * बैटरी इलेक्ट्रिक वाहन
 * हाइब्रिड वाहन
 * भविष्य की लड़ाकू प्रणाली
 * मोटर चालित साइकिल
 * विद्युत शक्ति-सहायता प्रणाली