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AC संधारित्र विद्युत ऊर्जा को संग्रहीत करके और छोड़कर काम करते हैं, जिससे मोटर टोक़ को शुरूआत के समय और नियमित संचालन के दौरान बढ़ाने में मदद मिलती है। एकल-चरण मोटर्स के लिए, ये घटक विभिन्न वाइंडिंग्स के बीच आवश्यक चरण विस्थापन उत्पन्न करते हैं ताकि मोटर ठीक से घूम सके। तीन-चरण प्रणालियाँ भी संधारित्रों से अलग तरीके से लाभान्वित होती हैं, क्योंकि वे शक्ति गुणक में सुधार करने और उन परेशान करने वाले आघाती विरूपण को कम करने में मदद करते हैं। उच्च गुणवत्ता वाले फिल्म संधारित्रों का कमरे के तापमान पर विलोपन गुणांक लगभग 0.1 प्रतिशत के आसपास होता है, जिससे वे ऊर्जा को कुशलता से स्थानांतरित करने के लिए उत्तम होते हैं और मोटर वाइंडिंग्स को नुकसान पहुँचाने वाले वोल्टेज स्पाइक्स को रोकते हैं। सही आकार के एसी संधारित्रों से लैस मोटर्स आमतौर पर उचित सुधार न होने वाली मोटर्स की तुलना में लगभग 12 से 15 प्रतिशत कम ऊर्जा का उपभोग करते हैं, जो विशेष रूप से औद्योगिक अनुप्रयोगों में जहाँ मोटर्स लगातार चलती हैं, समय के साथ वास्तविक अंतर बनाता है।
जब एसी संधारित्र प्रेरक भारों में प्रतिक्रियाशील शक्ति की भरपाई करते हैं, तो वे लाइन धारा की आवश्यकता में लगभग 30% तक की कमी कर सकते हैं। इससे चालकों में होने वाले उन तकलीफ देने वाले I वर्ग R नुकसान को कम करने में मदद मिलती है। इस तरह से संतुलन बनाए रखने से वोल्टेज सामान्य के ±5% की सीमा के भीतर ही रहता है। अब अप्रत्याशित उपकरण ट्रिप या तब वोल्टेज के ढहने की चिंता नहीं रहती जब सब कुछ बहुत अस्थिर हो जाता है। औद्योगिक सुविधाओं से वास्तविक संख्याओं को देखते हुए जिन्होंने शक्ति गुणक सुधार प्रणाली लागू की है, अधिकांश को उनके उपयोगिता बिल में काफी कमी देखने को मिलती है। 2023 के हालिया ग्रिड नियमों के अनुसार, खराब शक्ति गुणक प्रदर्शन के लिए अतिरिक्त शुल्कों पर खर्च किए गए पैसे में 18% से 22% तक की कमी हो रही है।
जब धारिता मान ठीक से मेल नहीं खाते हैं, तो घटक कमरे के तापमान से कम से कम 10 डिग्री सेल्सियस अधिक गर्म होने लगते हैं, जिससे अंततः इन्सुलेशन सामग्री का विघटन हो सकता है। वोल्टेज रेटिंग में कमी वाले घटक आमतौर पर स्थापना के छह से अठारह महीने के भीतर कहीं न कहीं परावैद्युत समस्याओं के कारण विफल हो जाते हैं। पिछले वर्ष के शोध में एचवीएसी प्रणाली विफलताओं के संबंध में कुछ दिलचस्प आंकड़े दिखाए गए थे। इन समस्याओं में से लगभग 41 प्रतिशत समस्याएं उन एल्यूमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक संधारित्रों से जुड़ी थीं जो उच्च आर्द्रता के स्तर के संपर्क में आने पर निम्नीकृत हो गई थीं। इसकी तुलना उसी परिस्थिति में पॉलीप्रोपिलीन फिल्म संधारित्रों में केवल 9 प्रतिशत विफलता दर से करें। किसी भी घटक के चयन को अंतिम रूप देने से पहले यह जांचना महत्वपूर्ण है कि क्या तापमान सीमा विनिर्देश (आमतौर पर मानक विकल्पों के लिए शून्य से घटाकर 40 से धनात्मक 85 डिग्री सेल्सियस तक) वास्तव में उस उपकरण द्वारा सामान्य संचालन के दौरान अनुभव की जाने वाली परिस्थितियों से मेल खाते हैं।
स्टार्टिंग कैपेसिटर उच्च टोक़ (आमतौर पर लगभग 250 से 400 माइक्रोफैराड) प्रदान करते हैं, जो कंप्रेसर और पंपों को स्थिर स्थिति से चलाने के लिए आवश्यक होता है, जिसके बाद वे सेंट्रीफ्यूगल स्विच के कारण बाहर हो जाते हैं। दूसरी ओर, रन कैपेसिटर संचालन के दौरान 5 से 50 माइक्रोफैराड की बहुत कम क्षमता पर लगातार सक्रिय रहते हैं। इनका कार्य मोटर्स को दक्षतापूर्वक चलाने और पूर्ण गति पर चलने के दौरान उचित पावर फैक्टर बनाए रखना होता है। यदि गलत स्टार्टिंग कैपेसिटर लगाया जाता है, तो भविष्य में गंभीर ओवरहीटिंग की समस्या हो सकती है। और यदि रन कैपेसिटर का आकार उचित नहीं है, तो समय के साथ 12 से लेकर 18 प्रतिशत तक की दक्षता में कमी की अपेक्षा करें।
| विशेषता | स्टार्टिंग कैपेसिटर | रन कैपेसिटर |
|---|---|---|
| जीवनकाल | 10,000–15,000 चक्र | 60,000+ घंटे |
| वोल्टेज रेंज | 250–440 वी | 370–440 वी |
| सामान्य लोड | एयर कंडीशनर कंप्रेसर | HVAC ब्लोअर मोटर |
ये संधारित्र निर्माण उपकरणों में प्रेरक भार का विरोध करते हैं, जिससे प्रतिक्रियाशील शक्ति की खपत में 30% तक की कमी आती है। औद्योगिक व्यवस्थाएँ 0.95 से ऊपर शक्ति गुणक बनाए रखने के लिए स्वचालित नियंत्रकों के साथ 25–100 kVAR के संधारित्र बैंक का उपयोग करती हैं। इस खंड में धातुकृत पॉलीप्रोपीलीन फिल्म डिज़ाइन प्रभावी हैं क्योंकि इनमें स्व-उपचार गुण और 100,000 घंटे की संचालन आयु होती है।
उच्च तापमान पर संचालन के मामले में, फिल्म संधारित्र 100 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान पर भी अत्यधिक अच्छा प्रदर्शन करते हैं, जिसमें आमतौर पर प्रति वर्ष उनकी धारिता का 1% से भी कम नुकसान होता है। इससे इन घटकों को चर आवृत्ति ड्राइव प्रणालियों में उपयोग के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाया जाता है, जहां स्थिरता सबसे महत्वपूर्ण होती है। दूसरी ओर, एल्युमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक संधारित्र प्रति इकाई आयतन में बेहतर धारिता प्रदान करते हैं और आमतौर पर प्रारंभिक लागत कम होती है, हालांकि समय के साथ नमी के संपर्क में आने पर वे लगभग तीन गुना तेजी से खराब हो जाते हैं। फिल्म संधारित्र का एक अन्य महत्वपूर्ण लाभ जिसकी ओर ध्यान देने योग्य है, औद्योगिक मोटर ड्राइव अनुप्रयोगों में समान आकार के इलेक्ट्रोलाइटिक संधारित्रों को क्षतिग्रस्त करने वाले वोल्टेज स्पाइक्स की लगभग 2.5 गुना संख्या को संभालने की उनकी क्षमता है।
अर्ली 2022 में, एक बड़े भंडारगृह में औद्योगिक HVAC प्रणाली पर काम करने वाले तकनीशियनों ने अपने मौजूदा संधारित्रों में नियमित रूप से विफलता की महत्वपूर्ण समस्याओं को देखा। उन्होंने मानक एल्यूमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक रन संधारित्रों को 440 वोल्ट और 60 हर्ट्ज़ पर काम करने वाले नए मेटलाइज्ड पॉलिएस्टर फिल्म मॉडल्स से बदलने का फैसला किया। कई इकाइयों में यह परिवर्तन करने के बाद, उन्होंने नाटकीय सुधार देखा। विफलता की दर प्रति वर्ष प्रत्येक 5 प्रणालियों में से लगभग 1 से घटकर केवल 3% रह गई। इसके अलावा, ऊर्जा के अपव्यय में भी महसूस करने योग्य कमी आई—लगभग कुल मिलाकर 14%। ये परिणाम दर्शाते हैं कि विद्युत प्रणालियों में विश्वसनीयता और दक्षता दोनों के लिए उचित संधारित्र विशिष्टताओं का इतना महत्व क्यों है।
उचित वोल्टेज रेटिंग के साथ एसी संधारित्र का चयन करने से गंभीर विफलताओं को रोका जा सकता है। अपनी रेटेड क्षमता से अधिक वोल्टेज के संपर्क में आने पर संधारित्रों में परावैद्युत भंजन होता है, जिससे उनके संचालन के जीवनकाल में 40–60% की कमी आ जाती है। इंजीनियरों को मोटर स्टार्ट-अप अनुक्रमों में वोल्टेज स्पाइक्स को ध्यान में रखना चाहिए, जो क्षणिक रूप से नाममात्र प्रणाली वोल्टेज से 30% अधिक हो सकते हैं।
2024 विद्युत घटक सर्वेक्षण में पता चला है कि 81% औद्योगिक रखरखाव टीमें एचवीएसी और विनिर्माण उपकरणों के लिए ताप-स्थिर संधारित्रों को प्राथमिकता देती हैं। पॉलीप्रोपिलीन फिल्म संधारित्र 85°C पर 95% धारिता संधारण बनाए रखते हैं, जबकि विद्युतअपघट्य प्रकार उच्च आर्द्रता वाले वातावरण में 20% तेजी से घटते हैं।
समतुल्य श्रेणी प्रतिरोध (ESR) और प्रेरकत्व (ESL) सीधे ऊर्जा हानि को प्रभावित करते हैं। मोटर त्वरण के दौरान 50 µF के कैपेसिटर में 50 mΩ ESR से वोल्टेज में 12% की गिरावट आती है। उपयोगिता-पैमाने की प्रणालियों में कम-ESR डिज़ाइन (<10 mΩ) शक्ति गुणक सुधार दक्षता को 18–22% तक बढ़ा देते हैं।
डेटाशीट तरंग धारा सहनशीलता (कंप्रेसर अनुप्रयोगों के लिए ≥1.5× नामित धारा) और सहनशीलता घंटे (औद्योगिक ड्राइव के लिए ≥100,000) जैसे महत्वपूर्ण मापदंड प्रदान करते हैं। इनकी IEEE 18-2020 स्थिरता मानकों के साथ तुलना करने से सर्ज सुरक्षा उपकरणों और वोल्टेज नियंत्रकों के साथ संगतता सुनिश्चित होती है।
जब एसी संधारित्र अत्यधिक तापमान या बदलते विद्युत भार का सामना करते हैं, तो उनका प्रदर्शन काफी भिन्न हो सकता है। उदाहरण के लिए फिल्म संधारित्र लें, जो पॉलीप्रोपिलीन के गर्म होने पर स्थिर होने के कारण 85 डिग्री सेल्सियस पर भी लगभग 92% दक्षता बनाए रखते हैं। इसकी तुलना एल्युमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक संधारित्रों से करें, जो उन्हीं गर्म स्थितियों में अपनी धारिता का 15 से 20% तक खो देते हैं। एचवीएसी कंप्रेसर जैसे उपकरण जो बहुत सारे स्टार्ट-स्टॉप चक्रों से गुजरते हैं, उनके लिए यह बहुत महत्वपूर्ण है कि संधारित्र कम से कम 1 लाख चार्ज और डिस्चार्ज चक्रों को सहन कर सकें, इससे पहले कि वे खराब हो जाएँ। अन्यथा इन प्रणालियों का जीवन उतना लंबा नहीं होगा जितना होना चाहिए।
इलेक्ट्रोलाइटिक संधारित्र फिल्म संधारित्रों की तुलना में लगभग ढाई गुना तेजी से खराब हो जाते हैं, क्योंकि समय के साथ उनका इलेक्ट्रोलाइट कम होता जाता है। इलेक्ट्रोलाइटिक का औसत जीवनकाल लगभग सात से दस वर्ष होता है, जबकि धातुलित फिल्म वाले संस्करणों का पंद्रह से पच्चीस वर्ष तक होता है। जब संधारित्र अपनी निर्धारित क्षमता के सत्तर प्रतिशत से अधिक पर काम करते हैं, तो उनके ESR मान तेजी से बढ़ने लगते हैं, जिससे अधिकांश मामलों में प्रतिवर्ष लगभग आठ प्रतिशत तक दक्षता कम हो जाती है। रखरखाव दलों को नियमित रूप से तापीय स्कैन करना एक मानक प्रथा बना लेना चाहिए, क्योंकि इन स्कैन से गर्म स्थलों का पता चलता है जो अक्सर घटक के आंतरिक डाइलेक्ट्रिक सामग्री के खराब होने के संकेत देते हैं। इस विधि द्वारा समय रहते पता लगाने से भविष्य में होने वाली कई परेशानियों से बचा जा सकता है।
स्थायित्व-महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में फिल्म संधारित्रों का प्रभुत्व निम्न कारणों से है:
सौर इन्वर्टर और औद्योगिक मोटर ड्राइव में मजबूत किनारा संरक्षण वाले पॉलिप्रोपिलीन फिल्म संधारित्र 25+ वर्षों तक सेवा आयु प्रदान करते हैं, जबकि समान परिस्थितियों में एल्यूमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक्स को प्रत्येक 5–7 वर्ष में बदलने की आवश्यकता होती है।
आज के एसी संधारित्र कुछ बहुत ही प्रभावशाली तकनीकी अपग्रेड के साथ आते हैं। इनमें नैनो-डाइलेक्ट्रिक फिल्मों के साथ-साथ कृत्रिम बुद्धिमत्ता द्वारा संचालित प्रदर्शन निगरानी प्रणाली भी शामिल होती है। यह संयोजन स्मार्ट ग्रिड प्रणालियों में फ्लाई पर समायोजन की अनुमति देता है। इन सुधारों से बिजली वितरण नेटवर्क में लगभग 12 से लेकर शायद 18 प्रतिशत तक ऊर्जा की बर्बादी कम होती है, और तनाव के तहत चीजों को ठंडा रखने में भी मदद मिलती है। स्व-उपचार पॉलिमर कोटिंग वाले संधारित्र किनारों पर सुरक्षात्मक परतों के साथ मिलकर काम करते हैं। इन विशेषताओं के कारण इन घटकों का संचालन जीवनकाल 15 वर्ष से भी अधिक तक रह सकता है। ऐसी लंबी आयु उन स्थानों पर बहुत महत्वपूर्ण होती है जहाँ बिजली की मांग कभी नहीं सोती, जैसे लगातार चल रहे विशाल डेटा केंद्र या स्वचालित मशीनरी से भरे कारखाने जिन्हें निरंतर बिजली की आपूर्ति की आवश्यकता होती है।
इलेक्ट्रिक वाहन फास्ट चार्जिंग स्टेशन अब उच्च वोल्टेज DC संधारित्रों पर निर्भर कर रहे हैं जो 1500 वोल्ट तक का भार सहन कर सकते हैं, जिससे 350 kW चार्ज देने के दौरान बिजली स्थिर बनी रहती है। सौर फार्म के लिए, इंजीनियर मॉड्यूलर AC संधारित्र बैंकों की ओर रुख कर रहे हैं जो लगभग 2% वोल्टेज सटीकता बनाए रखते हैं। ये व्यवस्थाएँ पूरे सिस्टम में इन्वर्टर द्वारा उत्पन्न होने वाले उन परेशान करने वाले हार्मोनिक विरूपण के खिलाफ लड़ती हैं। पिछले वर्ष ग्रिड विश्वसनीयता पर हुए हालिया शोध के अनुसार, इस दृष्टिकोण से पुरानी विधियों की तुलना में लगभग एक तिहाई तक रखरखाव खर्च कम हो जाता है। यह बचत उन ऑपरेटरों के लिए बहुत अंतर लाती है जो अपने दीर्घकालिक संचालन बजट को अनुकूलित करना चाहते हैं।
अल्ट्रा-थिन पॉलीप्रोपिलीन फिल्में (≥2µm) अब 0.1% से कम के विलयन गुणांक को बनाए रखते हुए 40% अधिक ऊर्जा घनत्व प्रदान करती हैं। जस्ता-एल्यूमीनियम संकर का उपयोग करके उन्नत धातुकरण तकनीक मानक डिज़ाइन की तुलना में 3 गुना अधिक सर्ज करंट हैंडलिंग सुधारती हैं। उभरती हुई ग्रेफीन-ऑक्साइड परावैद्युत परतें 150°C तक तापमान प्रतिरोध का वादा करती हैं, जो एयरोस्पेस और भूमिगत बिजली प्रणालियों के लिए आदर्श हैं।