আইপিএস তৈরীর প্রচেষ্টা

ভূমিকা:

আসছে গরমের দিন, বৈদ্যূতিক লোডশেডিং হবে নিত্যসঙ্গী। এমন সময় স্কুল কলেজ খোলা থাকবে কিন্তু রাতে বিদ্যূৎ সরবরাহ না থাকার কারণে যথারীতি স্কুলের পড়া হবেনা। অসুবিধা!! এই অসুবিধা দুর করতে আপনারা বাজার থেকে কিনে থাকেন আইপিএস নামক যন্ত্র, যার মাধ্যমে ব্যাটারীতে সঞ্চিত শক্তিকে কাজে লাগিয়ে বৈদ্যূতিক বাতি, পাখা চালানো হয়। লোডশেডিংয়ের অসুবিধা কিছুটা হলেও দুর হয়। আজ আপনাদের জন্য এমন একটি যন্ত্রের কার্যনীতি ব্যাখ্যা করবো যাতে আপনারা আইপিএস কিভাবে কাজ করে তা বুঝতে পারেন। আমি বলছিনা এই পোষ্টটি পড়লে আপনারা সবাই আইপিএস বানানো শিখে ফেলবেন, না তা কখনোই নয়। তবে হ্যাঁ এই যন্ত্রটির ভেতরের মূল কার্যনীতি বুঝতে পারবেন এতটুকু আশা করি, আর যারা ইলেকট্রনিক্স বিষয়ের ছাত্র এবং প্রজেক্ট তৈরী করার অভ্যাস আছে এরকম সৃজনশীল মেধার অধিকারী হলে তৈরী করে ফেলতে পারেন সন্দেহ নেই। এই পোষ্টটি থেকে ইলেকট্রনিক্সের শিক্ষার্থীরা বেশী উপকৃত হতে পারবেন।

পরিচয়:

IPS এর অর্থ Instant Power Supply, অর্থাত এটি এমন একটি ইলেকট্রনিক বৈদ্যূতিক ব্যবস্থা যার মাধ্যমে লোডে নিরবিচ্ছিন্নভাবে জরুরী বিদ্যূত সরবরাহ করা যায়। এই পদ্ধতিতে ব্যাটারীতে সঞ্চিত ডিসি শক্তিকে এসি প্রবাহে রূপান্তর করে বৈদ্যূতিক লোড যেমন বাতি, পাখা ইত্যাদি চালানো যায়। যখন বিদ্যূৎ সরবরাহ থাকে তখন চার্জারের মাধ্যমে ব্যাটারীকে চার্জ করে বিদ্যূৎ শক্তি সঞ্চয় করা হয় আর যখন বিদ্যূৎ সরবরাহ বন্ধ হয়ে যায় তখন উপযুক্ত যন্ত্রাংশের মাধ্যমে ব্যাটারী হতে সঞ্চিত শক্তিকে প্রয়োজনীয় রূপে পরিবর্তন করে বৈদ্যূতিক লোড চালনা করা হয়। এই যন্ত্রের নাম আইপিএস। তো এবার প্রোজেক্টের উদ্দেশ্য জেনে নিই।

উদ্যেশ্য:

1. লজিক ফ্যামিলি সম্পর্কে জানা
2. ট্রান্সফর্মারের একটি ব্যবহার শেখা
3. ফিল্ড ইফেক্ট ট্রানজিষ্টরের ব্যবহার শেখা
4. চার্জার সার্কিট সম্পর্কে জানা
5. ইনভার্টারের কার্যপ্রণালী ও সর্বোপরি আইপিএসের কৌশল জানা

মূলনীতি:

আইপিএসের মূলনীতি হলো নিম্ন বিভব পার্থক্যের ডিসি ভোল্টেজকে উচ্চ বিভব পার্থক্যের এসি ভোল্টেজের রূপান্তর করা। এই কাজটি একটি বৈদ্যূতিক ইনভার্টারের সাহায্যে করা হয়, অর্থাত ইনভার্টারের কার্যপ্রণালী বুঝলে আইপিএসের কার্যপ্রণালী বুঝা যাবে।

বুঝার সুবিধার জন্য এই কার্যনীতিকে পাঁচটি ব্লকে ভাগ করেছি, (১) ব্যাটারী চার্জার অংশ (২) সঞ্চিত শক্তি অংশ (৩) মাল্টিভাইব্রেটর অংশ (৪) ট্রান্সফর্মার ড্রাইভার অংশ (৫) ষ্টেপ আপ ট্রান্সফর্মার অংশ। এবার আসুন প্রত্যেক ব্লকের কার্যপদ্ধতি বুঝি।

(১) ব্যাটারী চার্জার অংশঃ এই অংশে বাসার ২২০ ভোল্ট বিদ্যূৎ সরবরাহ লাইন হতে একটি চার্জার সার্কিটের মাধ্যমে ব্যাটারীকে চার্জ করা হয়।

(২) সঞ্চিত শক্তি অংশঃ এই অংশের উপাদান হলো একটি ব্যাটারী যার মাধ্যমে শক্তিকে সঞ্চয় করা হবে।

(৩) মাল্টিভাইব্রেটর অংশঃ এই অংশে একটি নির্দিষ্ট ফ্রিকুয়েন্সির স্কয়ার ওয়েভ জেনারেট হবে যার সাহায্যে আমরা ট্রান্সফর্মারকে ড্রাইভ করবো। উল্লেখ্য যে, এই মাল্টিভাইব্রেটর অংশে উৎপন্ন ফ্রিকুন্সির মাধ্যমে আইপিএসের আউটপুট ফ্রেকুয়েন্সি নির্ধারণ হবে।

(৪) ট্রান্সফর্মার ড্রাইভার অংশঃ মাল্টিভাইব্রেটর অংশে উৎপন্ন সিগনাল দ্বারা ট্রান্সফর্মারকে ড্রাইভ করা যাবেনা কারণ ট্রান্সফর্মারকে ড্রাইভ করার জন্য যে পরিমান কারেন্ট দরকার মাল্টিভাইব্রেটরের আউটপুটে তার চেয়ে অনেক কম পরিমান কারেন্ট পাওয়া যায়। এই অংশে দুটি মসফেটের মাধ্যমে উচ্চ কারেন্ট সোর্স সৃষ্টি করা হয় যা মাল্টিভাইব্রেটর সিগনালের সাপেক্ষে সরাসরি ব্যাটারী হতে কারেন্ট নিয়ে ট্রান্সফর্মারকে ড্রাইভ করে।

(৫) ট্রান্সফর্মার অংশঃ এই অংশের মূল উপাদান একটি ষ্টেপ আপ ট্রান্সফর্মার যা নিম্ন ভোল্টেজের এসি পাওয়ার গ্রহণ করে উচ্চ ভোল্টেজের এসি পাওয়ার সরবরাহ করবে। ট্রান্সফর্মারের আউটপুটকে সরাসরি লোডে সরবরাহ করা হবে।

স্ক্যামিটিক ডায়াগ্রাম:

আলোচ্য প্রজেক্টের স্ক্যমিটিক ডায়াগ্রাম নিম্নে দেয়া হলো। বুঝার সুবিধার্থে ডায়াগ্রামটিকে বিভিন্ন অংশে ভাগ করে দেখানো হলো। লাল রঙের ডটেড লাইন দ্বারা সীমাবদ্ধ আয়তক্ষেত্র দ্বারা একেটি সেকশন বা অংশকে উল্লেখ করা হয়েছে এবং উক্ত অংশের মধ্যে অংশের নাম উল্লেখ করা হয়েছে।

সার্কিটের কার্যপ্রণালী:

ইনপুট প্লাগের মাধ্যমে চার্জার সার্কিটে এসি ২২০ ভোল্ট প্রয়োগ করা হয়। চার্জার অংশে একটি ছোট ষ্টেপ ডাউন ট্রান্সফর্মার (২২০/১২-০-১২) এবং দুটি ডায়োডের মাধ্যমে চিত্রের মত সংযোগ করে একটি চার্জার সর্কিট তৈরী করা হয়েছে। এর মাধ্যমে সঞ্চিত শক্তি অংশের ব্যাটারীকে চার্জ করা হয়। সুইচের মাধ্যমে ইনভার্টার সার্কিটকে চালু ও বন্ধ করা হয়। আইসি ৭৮১০ এর মাধ্যমে স্থির মানের ১০ ভোল্ট মাল্টিভাইব্রেটর আইসিতে সরবরাহ করা হয়। উল্লেখ্য যে এখানে ৭৮১০ এর পরিবর্তে ৭৮১২ ব্যবহার করা যাবে।

মাল্টিভাইব্রেটর অংশে মাল্টিভাইব্রেটর আইসি হিসাবে ব্যবহার করা হয়েছে IC1 CD4047 যা একটি CMOS লজিক ফ্যামিলিভুক্ত এষ্টেবল/মনোষ্টেবল মাল্টিভাইব্রেটর আইসি। এর দুটি আউটপুট রয়েছে Q এবং $\overline{Q}$ তে যে আউটপুট পাওয়া যায় $\overline{Q}$ এ তার বিপরীত আউটপুট পাওয়া যায় অর্থাৎ Q = 1 হলে $\overline{Q}=0$ হবে। একে এমন ভাবে সংযোগ করা হয়েছে যাতে এষ্টেবল মাল্টিভাইব্রেটর হিসাবে এর Q এবং $\overline{Q}$ আউটপুটে নিরবিচ্ছন্ন ভাবে পরস্পর বিপরীত ষ্টেটে ৫০ হার্জের স্কয়ার ওয়েভ তৈরী হয়। এই সিগনাল দ্বারা মসফেটসমূহকে ট্রীগার করা হবে। মাল্টিভাইব্রেটরের Q এবং $\overline{Q}$ আউটপুটে কত ফ্রেকুয়েন্সি পাওয়া যাবে তা নির্ভর নির্ধারণ করা হবে নিচের সূত্রের মাধ্যমে-

$$f=\frac{1}{8.8\mathrm{RC}}$$

এখানে R হলো ২ ও ৩ নং পিনের মধ্যে স্থাপিত পটেনশিওমিটারের রোধের মান এবং C হলো ১ ও ৩ নং পিনের মধ্যে ক্যাপাসিটরের মান। আলোচ্য সার্কিটে আমরা ক্যাপাসিটরের মান নির্ধারণ করেছি 0.01 µF তাহলে পটেনশিওমিটারের মান কত হলে ৫০ হার্জ উৎপন্ন হবে আসুন হিসাব করি।

এখানে, C = 0.01µF = 0.00000001F এবং f = 50 হার্জ, তাহলে,

$$f=\frac{1}{8.8\mathrm{RC}}$$

$$=\frac{1}{8.8\times \mathrm{50}\times 0\mathrm{.}00000001}$$

$$=\frac{1}{4.4\times {10}^{-6}}\Omega$$

$$=227k\; \Omega$$

অর্থাৎ পটেনশিওমিটারের মান ২২৭ কিলোওহমে সেট করতে পারলে আমরা আইপিএসের আউটপুটে ৫০ হার্জের স্কয়ার ওয়েভ পাব। মাল্টিভাইব্রেটরের Q এবং Q̅ আউটপুট হতে ১০০ ওহম রেজিস্টরের মাধ্যমে ২টি মসফেটের গেটে ট্রিগারিং পালস প্রদান করা হয়েছে যা দ্বারা মসফেটসমূহ ব্যাটারী হতে পাওয়ার নিয়ে ট্রান্সফর্মারের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত করবে।

ট্রান্সফর্মার ড্রাইভার অংশে রয়েছে দুটি মসফেট IRF3205 যা ট্রান্সফর্মারকে ড্রাইভ করবে। মাল্টিভাইব্রেটরের দুটি আউটপুট পরস্পর বিপরীত ধর্মী একটি 1 হলে অপরটি 0 এবং ইহা পরিবর্তনশীল সুতরাং একটি মসফেট যখন কন্ডাকশনে থাকবে তখন অপরটি অফ থাকবে এদের কন্ডিশন প্রতি সাইকেলেই পরিবর্তন হবে। প্রথম মসফেট ট্রান্সফর্মারের মধ্যে দিয়ে যে কোন একটি নির্দিষ্ট দিকে কারেন্ট প্রবাহ করবে, একই সময় দ্বিতীয় মসফেটটি অফ থাকবে আবার দ্বিতীয় মসফেটটি অন হয়ে ব্যাটারী হতে কারেন্টকে প্রথম মসফেটের বিপরীত দিকে ট্রান্সফর্মারের মধ্য দিয়ে প্রবাহ করবে এ সময় প্রথম মসফেটটি অফ থাকবে। ফলে ট্রান্সফর্মারের মধ্য দিয়ে প্রকৃতপক্ষে স্কয়ার ওয়েভ এসি প্রবাহ হবে এবং ট্রান্সফর্মারটি স্টেপ আপ হবার কারনে প্রযুক্ত ১২ ভোল্ট ‌এসি সেকেন্ডারীতে ২৬০ ভোল্ট এসিতে রূপান্তর হবে।

ট্রান্সফর্মার সম্পর্কে কিছু কথা:

এই প্রজেক্টে দুটি ট্রান্সফর্মার আছে একটি চার্জার অংশে T1 এবং আরেকটি আইপিএসের আউটপুট অংশে T2। চার্জারের ট্রান্সফর্মারটি বাজার হতে সাধারণ ২২০/১২-০-১২ ভোল্টের ট্রান্সফর্মার কিনে নিলেই চলবে, কিন্তু T2 আউটপুট ট্রান্সফর্মারটি বাজার হতে সাধারণ ট্রান্সফর্মার কিনে নিলে চলবে না। এটি বিশেষ বৈশিষ্টযুক্ত, কিভাবে তৈরী করতে হবে তা উল্লেখ করা হলো। এই ট্রান্সফর্মারটি তৈরী করতে হলে প্রাইমারীতে (20SWG) ২০ সুপার ওয়্যার গেজ ইনসুলেটেড কেবল দ্বারা ২৫ টি প্যাচ দিয়ে উক্ত স্থান হতে সেন্টার ট্যাপ বের করতে হবে, এবং সেন্টার হতেই পুনরায় ২৫ টি প্যাচ দিয়ে শেষ টার্মিনালটি বের করতে হবে। তাহলে প্রাইমারী তৈরী হলো। সেকেন্ডারীতে কত প্যাচ দিতে হবে তা নির্নয় করি। ধরি সেকেন্ডারীতে আমরা ২৮৫ ভোল্ট চাই। তাহলে,

আমরা জানি,

$$\frac{N_P}{N_S}=\frac{E_P}{E_S}\\$$

$$\Rightarrow \frac{25}{N_S}=\frac{12}{285}$$

$$\Rightarrow N_S=\frac{25\times 285}{12}=593\approx 600$$

তাহলে সেকেন্ডারীতে ৫৯৩ বা প্রায় ৬০০ টি প্যাঁচ দিতে হবে। এবং এজন্য প্রাইমারীর তুলনায় কিছুটা চিকন অর্থাৎ (22SWG) ২২ সুপার ওয়্যার গেজের তার ব্যবহার করতে পারেন। ট্রান্সফর্মারে তার প্যাচানোর জন্য হস্ত চালিত রোটেটিং মেশিনের সাহায্য নিন, শুধু হাত দিয়ে তার প্যাঁচাবেন না এতে করে তার আঁকা বাঁকা হয়ে জড়াবে এবং দক্ষতা হমে যাবে। আর কোর হিসাবে কাঁচা লোহার ৩ ইঞ্চি সাইজের আয়রন শীট ২ ইঞ্চি পুরু করতে যতগুলি দরকার হয় তা লাগাতে পারেন।

আমরা জানি গৃহস্থলীর বৈদ্যূতিক সামগ্রী ২২০ হতে ২৫০ ভোল্টের মধ্যে চলে তাহলে কেন সেকেন্ডারীতে ২৮৫ ভোল্ট চাই? এর কারণ লোডিং ইফেক্ট। নো লোড অবস্থায় যে ভোল্টেজ সেকেন্ডারীতে থাকবে তা লোড চাপানোর ফলে কমে আসবে। এবং তা সাইন ওয়েভের তুলনায় স্কয়ার ওয়েভের ক্ষেত্রে বেশী কমবে। তাই কিছু ভোল্টেজ বেশী ধরা হয়েছে। যাতে ভোল্টেজ কমলেও ২৫০ ভোল্টের কাছাকাছি থাকে। এরূপ একটি ট্রান্সফর্মারের সাহায্যে 80VA পর্যন্ত লোড চালানো যাবে। এর চেয়ে বেশী লোড চালাতে হলে ট্রান্সফর্মারটি তার আরো মোটা ব্যবহার করতে হবে, কোর আরো বড় করতে হবে। যত বেশী লোড তত বড় ট্রান্সফর্মার।

ব্যাটারী সম্পর্কে কিছু কথা:

বলি। ব্যাটারীর AH বলতে কি বুঝায়? AH হলো এম্পিয়ার ও আওয়ারের গুনফল। 6 AH বলতে বুঝায় উক্ত ব্যাটারী ৬ এম্পিয়ার কারেন্ট ১ ঘন্টা ধরে সরবরাহ করে সব চার্জ নিঃশেষ হবে অথবা ১ এম্পিয়ার কারেন্ট ৬ ঘন্টা ধরে সরবরাহ করে সব চার্জ নিঃশেষ হবে অথবা ৩ এম্পিয়ার কারেন্ট ২ ঘন্টা ধরে সরবরাহ করে সব চার্জ নিঃশেষ হবে এরকম। 10 AH বিশিষ্ট একটি পূর্ণ চার্জিত ব্যাটারীর সাহায্যে ৪০ ওয়াটের ২টি টিউব লাইট বিরতিহীন ২ ঘন্টা চালানো যাবে, ১টি লাইট ৪ ঘন্টা চালানো যাবে, ২০ ওয়াটের ১টি লাইট ৮ ঘন্টা চালানো যাবে। অর্থাৎ যত বেশী AH তত বেশী সময় ব্যকআপ। আপনার চাহিদানুযায়ী বেছে নিন আপনার ব্যাটারী।

পুরো সার্কিটটি তৈরী হলে ব্যাটারী সহ সার্কিটটি একটি কাঠের অথবা ধাতব কন্টেইনারে ভরে সংরক্ষন করুন এতে বৈদ্যূতিক শকের সম্ভবনা থাকবে না।

ইলেকট্রনিক ব্যালাষ্ট সুবিধাজনক:

ইনভার্টারের সাহয্যে টিউব লাইট জালানোর জন্য ইলেকট্রনিক ব্যালাষ্ট ব্যবহার সুবিধাজনক দুটি কারনেঃ (১) চোক কয়েলের মাধ্যমে টিউবকে স্টার্ট করতে প্রথমে ষ্টার্টিং কারেন্ট বেশী প্রয়োজন হয় যা ইনর্ভার্টার হতে নাও পাওয়া যেতে পারে। (২) স্কয়ার ওয়েভ আউটপুটের ক্ষেত্রে চোক কয়েলে লস বেশী হবে ফলে ইলেকট্রনিক ব্যালাষ্ট ব্যবহার সুবিধাজনক।

সেমিকন্ডাকটর কম্পোনেন্টসমূহের প্রয়োজনীয় ডাটা:

প্রয়োজনীয় সরঞ্জামাদীর তালিকা:

		ক্রমিক	পার্টের নাম	পরিমান
		১।	AC 2 পিন প্লাগ	০১ টি
		২।	সেন্টার ট্যাপ ষ্টেপ ডাউন ট্রান্সফর্মার 220/12-0-12	০১ টি
		৩।	ডায়োড 4007	০২ টি
		৪।	ব্যাটারী 12 ভোল্ট 7 থেকে 9 AH	০১ টি
		৫।	সুইচ	০১ টি
		৬।	IC2 7810 অথবা 7812	০১ টি
		৭।	IC1 CD4047	০১ টি
		৮।	মসফেট IRF3205	০২ টি
		৯।	সেন্টার ট্যাপ ষ্টেপ আপ ট্রান্সফর্মার (12-0-12)/250	০১ টি
		১০।	রেজিষ্টর 100 ওহম, পটেনশিওমিটার 300 কিঃওহম	০৩ টি
		১১।	সংযোগকারী ফ্লেক্সিবল তার	৫ গজ
		১২।	সোল্ডার, রজন	পঃমঃ
		১৩।	ক্যাপাসিটর 0.01µF বা EIA Code 103	০১ টি
		১৪।	কন্টেইনার বাক্স	০১ টি

আইপিএসটির বৈদ্যূতিক বৈশিষ্ট:

1. এটি ৮০ ভিএ ক্ষমতার হবে।
2. ২ টি ৪০ ওয়াট টিউব একত্রে জালানো যাবে।
3. আউটপুট স্কয়ার ওয়েভ হবে পিওর সাইন ওয়েভ হবে না।
4. এটি ইউপিএসের মত বিদ্যূৎ চলে গেলে অটো অন অফ হবেনা ম্যানুয়ালী অন অফ করতে হবে।

সাবধানতা:

1. আইপিএস চালু অবস্থায় T2 ট্রান্সফর্মারের সেকেন্ডারীতে কখনোই হাত দিবেন না।
2. ব্যাটারীকে শিশুদের নাগালের বাইরে রাখুন।
3. অনভিজ্ঞরা তৈরীর চেষ্টা করবেন না।
4. মাঝে মাঝে ব্যাটারী চেক করুন ব্যাটারীর পানির লেভেল নিচে নেমে গেলে ডিসট্রিল্ড ওয়াটার দ্বারা পূর্ণ করে দিন।

সূত্র:

1. বাস্তব অভিজ্ঞতা
2. বিভিন্ন আর্টিকেল
3. ইন্টারনেট

[*** পোস্টটি ডাউনলোড করুন এই লিংক থেকে]

---------