ideal transformer in Hindi - हिंदी इलेक्ट्रिकल डायरी

 Ideal transformer किसे कहते है?

ideal transformer को हिंदी में आदर्श ट्रांसफार्मर कहा जाता है। यह एक ऐसा ट्रांसफार्मर होता है जिसमे किसी भी प्रकार के विधुत उर्जा का ह्रास (loss of electrical energy) नहीं होता है। अर्थात यह एक ऐसा ट्रांसफार्मर होता है जिसमे Leakage ,Core loss ,eddy current loss आदि प्रकार के loss नहीं होते है। यह एक हानि रहित ट्रांसफार्मर होता है और हानि रहित ट्रांसफार्मर की दक्षता 100 प्रतिशत होती है। वैसे यह एक काल्पनिक ट्रांसफार्मर होता है क्योकि दुनिया में ऐसी कोई भी मशीन नहीं है जिसमे किसी प्रकार की हानि नहीं होती है। 

ideal Transformer के गुण 

ideal ट्रांसफार्मर के निम्न गुण होते है :-

• इसके प्राइमरी तथा सेकेंडरी वाइंडिंग के प्रतिरोध (Resistance) नगण्य होते है। 
• इसके कोर की चुंबकशीलता अनंत होती है। 
• चुंबक शीलता अनंत होने की वजह से इसके कोर में चुंबकीय फ्लक्स प्रवाहित करने के लिए एमएमएफ उत्पन्न करने की जरुरत नहीं होती है। 
• इसके वाइंडिंग में प्रयुक्त Coil की Inductance शून्य होता है। इसलिए पूरा का पूरा चुंबकीय फ्लक्स कोर से लिंक हो जाता है। 
• चूँकि ट्रांसफार्मर में किसी भी प्रकार की हानि नहीं होती है इसलिए ट्रांसफार्मर की दक्षता 100 प्रतिशत होती है। 

किसी ideal ट्रांसफार्मर में विधुत उर्जा का ह्रास शून्य होता है इसलिए हम कह सकते है की ट्रांसफार्मर के प्राइमरी वाइंडिंग को जितनी विधुत उर्जा दी जाती है उतनी ही विधुत उर्जा ट्रांसफार्मर के सेकेंडरी वाइंडिंग से बाहर निकाली  भी जा सकती है। अर्थात 

(प्राइमरी वाइंडिंग को दी जाने वाली विधुत उर्जा) = (सेकेंडरी वाइंडिंग से प्राप्त कुल विधुत उर्जा)

इस प्रकार ऊपर प्राप्त किए गए समीकरण को ट्रांसफार्मर का emf समीकरण कहा जाता है। जिसमे 

E₁ = प्राइमरी वाइंडिंग में सेल्फ इंडक्शन के कारण उत्पन्न वोल्टेज है। 

E₂ = सेकेंडरी वाइंडिंग में इंडक्शन के कारण उत्पन्न वोल्टेज है। 

I₁= प्राइमरी वाइंडिंग में प्रवाहित विधुत धारा है। 

I₂ = सेकेंडरी वाइंडिंग में प्रवाहित विधुत धारा है। 

CosΦ = ट्रांसफार्मर का शक्ति गुणांक (Power factor)

ideal ट्रांसफार्मर कैसे कार्य करता है?

एक ideal ट्रांसफार्मर के सर्किट डायग्राम को निचे दिखाया गया है। इस ट्रांसफार्मर के उभयनिष्ट चुंबकीय  कोर के दोनों तरफ प्राइमरी तथा सेकेंडरी वाइंडिंग को चढाया गया है। प्राइमरी वाइंडिंग को वोल्टेज V₁तथा सेकेंडरी वाइंडिंग को लोड Z₁ से जोड़ा गया है। 

चूँकि ideal ट्रांसफार्मर के प्राइमरी तथा सेकेंडरी वाइंडिंग का प्रतिरोध शून्य होता है इसलिए ट्रांसफार्मर के प्राइमरी वाइंडिंग में स्वप्रेरण (Self Induction) के कारण उत्पन्न emf  (E₁) का परिमाण बाह्य आरोपित वोल्टेज(V₁) के बराबर होगा और इसी प्रकार सेकेंडरी वाइंडिंग में इंडक्शन के कारण उत्पन्न emf(E₂) ,सेकेंडरी वाइंडिंग के टर्मिनल वोल्टेज(V₂) के बराबर होगा। 

जब ट्रांसफार्मर के प्राइमरी वाइंडिंग को बाह्य विधुत श्रोत वोल्टेज से जोड़ा जाता है वैसे ही एक प्राइमरी वाइंडिंग में एक विधुत धारा का प्रवाह होने लगता है। इस विधुत धारा का एक भाग ,ट्रांसफार्मर के कोर को चुम्बकित करने में लग जाता है जिसे magnetizing component कहा जाता है तथा विधुत धारा का दूसरा भाग वाइंडिंग में चुंबकीय फ्लक्स उत्पन्न करने लगता है। चूँकि ideal ट्रांसफार्मर के कोर की चुंबकशीलता अनंत होती है इसलिए प्राइमरी वाइंडिंग में उत्पन्न चुंबकीय फ्लक्स का पूरा भाग ट्रांसफार्मर के सेकेंडरी वाइंडिंग से लिंक हो जाता है। जिससे ट्रांसफार्मर के सेकेंडरी वाइंडिंग में emf उत्पन्न हो जाता है। 

ideal ट्रांसफार्मर का Phasor डायग्राम

लेन्ज के नियम के अनुसार ट्रांसफार्मर के प्राइमरी वाइंडिंग में उत्पन्न emf  (E₁) परिमाण में प्राइमरी वाइंडिंग में आरोपित वोल्टेज(V₁) के बराबर परन्तु इसकी दिशा आरोपित वोल्टेज के विपरीत होती  है। चूँकि प्राइमरी तथा सेकेंडरी वाइंडिंग में एक ही प्रकार का चुंबकीय फ्लक्स विद्यमान रहता है इसलिए इससे इंडक्शन के कारण प्राइमरी तथा सेकेंडरी वाइंडिंग में उत्पन्न emf की दिशा एक ही होगी परन्तु इनका परिमाण अलग हो सकता है।

चूँकि ट्रांसफार्मर के प्राइमरी वाइंडिंग में प्रवाहित विधुत धारा का एक भाग (Iμ) कोर को चुम्बकित कर उसमे चुंबकीय फ्लक्स संचालित करने में उपयोग होता है इसलिए विधुत धारा का यह भाग आरोपित वोल्टेज से V₁ 90 डिग्री पिछड़ (lag) जाता है। चूँकि विधुत धारा का यह भाग चुंबकीय फ्लक्स को कोर में संचालित करता है इसलिए इसे चुंबकीय फ्लक्स(Φ_m) के दिशा में दिखाया जाता है। 

दोनों वाइंडिंग में उत्पन्न emf ( E₁ तथा E₂) चुंबकीय फ्लक्स (Φ_m) से 90 डिग्री पीछे (lag) होता है। इसलिए फेज़र डायग्राम में इसे निचे के तरफ दिखाया जाता है। सेकेंडरी वाइंडिंग में उत्पन्न emf तथा टर्मिनल वोल्टेज का सामान होता है अर्थात ( E₂= V₂) जैसे की निचे फेज़र डायग्राम मी दिखाया गया है। 

ट्रांसफार्मर फेज़र डायग्राम 

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BLDC Motor क्या होता है?

BLDC Motor का पूरा नाम Brushless Direct Current Motor होता है। जैसे नाम से ही ज्ञात होता है की इस प्रकार के मोटर में आर्मेचर में विधुत धारा प्रवाहीत करने के लिए किसी भी प्रकार के ब्रश का उपयोग नहीं किया जाता है। इस प्रकार के मोटर में विधुत धारा इलेक्ट्रॉनिक सर्किट द्वारा कण्ट्रोल कर दिया जाता है। इसलिए इसे Electronically Commuted मोटर भी कहा जाता है। इस इलेक्ट्रॉनिक सर्किट को कंट्रोलर कहा जाता है। कंट्रोलर द्वारा नियंत्रित पल्स को मोटर के स्टेटर में भेजा जाता है जिससे मोटर की गति(speed) तथा बल आघूर्ण (Torque) को नियंत्रित किया जाता है। 

इस मोटर को अलग अलग speed पर संचालित कर विभिन्न प्रकार का बलाघूर्ण(Torque) उत्पन्न किया जा सकता है। BLDC मोटर के रोटर में एक स्थायी चुंबक लगा रहता है जो एक फिक्स्ड आर्मेचर के चारो तरफ घूमता रहता है।रोटर में स्थाई चुंबक होने के वजह से रोटर को अलग से विधुत धारा सप्लाई करने की जरुरत नहीं पड़ती है। 

BLDC मोटर कैसे कार्य करता है?

BLDC मोटर कैसे कार्य करता है यह जानने से पहले यह जान लेते है की नार्मल ब्रश वाला मोटर कैसे कार्य करता है। साधारण ब्रश वाले मोटर के स्टेटर में स्थायी चुंबक लगाया जाता है जो मोटर के अन्दर चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करते है।

 इस चुंबकीय क्षेत्र के अन्दर रोटर को लगाया जाता है और इस रोटर पर वाइंडिंग की जाती है। जब इस वाइंडिंग में ब्रश के मदद से बाहर से विधुत धारा प्रवाहित की  जाती है तब यह रोटर एक विधुत चुंबक (Electromagnet) बन जाता है और स्थायी चुंबक के कारण उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र से दूर भागने की कोशिश करने लगता है और स्टेटर के अन्दर घुमने लगता है। 

एक साधारण ब्रश मोटर तथा Brushless DC motor दोनों का कार्य सिधांत एक जैसे ही है। दोनों में अंतर बस इतना है की साधारण ब्रश मोटर में चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए स्टेटर में स्थाई चुंबक लगाया जाता है और आर्मेचर घूमता है जबकि BLDC मोटर में स्थाई चुंबक को रोटर में लगाया जाता है तथा आर्मेचर को स्टेटर में लगाया जाता है और सॉलिड स्टेट इलेक्ट्रॉनिक्स सर्किट के मदद से विधुत धारा को आर्मेचर में दिया जाता है। 

BLDC मोटर कितने प्रकार के होते है?

सामान्यतः BLDC मोटर को उसके रोटर के पोजीशन के आधार पर दो वर्गों में डिजाईन किया जाता है :-

• Inner Rotor Design
• Outer Rotor Design

Inner Rotor Design क्या होता है?

इस प्रकार के मोटर में रोटर को स्टेटर के बीच में रखा जाता है तथा रोटर के चारो तरफ से स्टेटर के वाइंडिंग होती है। चूँकि रोटर पर स्थायी चुंबक होता है जिससे रोटर में किसी भी प्रकार का उष्मीय उर्जा उत्पन्न नहीं होती है। और यह स्टेटर में उत्पन उष्मीय उर्जा को अवशोषित भी नहीं करता है इसलिए गर्म भी नहीं होता है Inner Rotor design मोटर में उत्पन्न बल आघूर्ण का परिमाण ज्यादा होता है। 

Outer Rotor Design क्या होता है?

इस प्रकार के मोटर में स्टेटर को रोटर  के बीच में रखा जाता है तथा रोटर के बीच में स्टेटर की वाइंडिंग की जाती है।  चूँकि स्टेटर रोटर के बीच में इंस्टाल किया जाता है इसलिय स्टेटर में उत्पन्न उष्मीय उर्जा की वजह से रोटर गर्म हो जाता है जिससे रोटर में लगे चुंबक का चुंबकीय प्रभाव थोडा कम हो जाता है। और इसी वजह से इस मोटर में उत्पन्न बलआघूर्ण थोडा कमजोर होता है। 

Image credit:https://www.flickr.com/photos/kasparsdambis/28137980911

BLDC मोटर के लाभ 

• इस मोटर की दक्षता अन्य मोटर की तुलना में बहुत ज्यादा होती है। 
• इस मोटर की गति को आरोपित वोल्टेज की जगह ,वोल्टेज की आवृति (Frequency) से नियंत्रित की जाती है। 
• चूँकि मोटर में ब्रश का उपयोग नहीं किया जाता है इसलिए यांत्रिक उर्जा का ह्रास नहीं होता है। 
• इस मोटर को किसी भी गति पर घुमाया जा सकता है। 
• ब्रश नहीं  होने के कारण यह आवाज़ नहीं करता है। 
• इस मोटर की बलआघूर्ण (Torque) उत्पन्न क्षमता उच्च होती है। 

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 चालक (Conductor) क्या होता है?

Conductor को हिंदी में चालक कहा जाता है। यह ऐसा पदार्थ होता है जो अपने अन्दर से होकर विधुत धारा (Electric Current) को प्रवाहित होने देता है। दैनिक जीवन  में विधुत धारा प्रवाहित के लिए उपयोग किए जाने वाले चालक के ऊपर एक कुचालक (Insulator) की एक परत चढ़ा दी जाती है जिससे की इसे छूने वाले जीव जंतु को किसी भी प्रकार का विधुत का झटका ना लगे। चालक के ऊपर इस प्रकार लगे हुए कुचालक के परत वाले चालक को इंसुलेटेड कंडक्टर कहा जाता है। चालक में विधुत चालन की क्षमता विधुत चालकता कहलाती है जिसे अंग्रेजी  में Conductivity कहते है। 

दुनिया में उपयोग होने वाले अधिक चालकता (Conductivity) वाले चालक 

दुनिया में उपयोग होने वाले अधिक चालकता वाले चालक निम्न है :-

• चांदी (Silver)
• तांबा (Copper)
• सोना (Gold)
• एल्युमीनियम (Aluminium)

चालक के गुण 

एक अच्छे चालक के पास निम्न गुण होने चाहिए :-

• यांत्रिक रूप (Mechanically) से मजबूत होना चाहिए 
• इसका गलनांक (melting Point) उच्च होनी चाहिए 
• चालकता  (Conductivity) अधिक होनी चाहिए 
• प्रतिरोधकता(Resistivity) कम होनी चाहिए 
• सस्ता (Cheap) होना चाहिए 
• तन्यता (Tensile) होनी चाहिए 
• जंग (Corrosion) के प्रभाव से मुक्त होना चाहिए 

Semiconductor क्या होता है?

चालक के अलवा एक प्रकार का ऐसा पदार्थ भी पाया जाता है जिसमे विधुत धारा चालन की क्षमता चालक से कम परन्तु कुचालक पदार्थ से ज्यादा होती है। ऐसे पदार्थ को अंग्रेजी में सेमीकंडक्टर तथा हिंदी में अर्द्धचालक कहा जाता है। अर्द्धचालक में विधुत चालन की क्षमता चालक तथा कुचालक के मध्यतर (intermediate) होता है। अर्द्धचालक की विधुत चालन क्षमता तापमान पर निर्भर करता है। अर्द्धचालक के अगल बगल के पर्यावरण के तापमान में परिवर्तन होने की वजह से इसकी चालकता बदलती रहती है। यह तापमान बढ़ने से बढ़ती है तथा तापमान घटने से घटती है।  

अर्द्धचालक के गुण  

एक अर्द्धचालक के पास निम्न गुण होते है :-

• अर्द्धचालक की प्रतिरोधकता बहुत कम होती है। 
• अर्द्धचालक हल्के होते है। 
• इस पर जंग का प्रभाव बहुत कम पड़ता है। 
• अर्द्धचालक की दक्षता (efficiency) अधिक होती है। 

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 Synchronous मोटर क्या होता है?

सिंक्रोनस मोटर एक विधुत से संचालित होने वाला मशीन होता है जो विधुत उर्जा को यांत्रिक उर्जा में परिवर्तित करता है। यह मोटर अन्य अन्य मोटर से भिन्न होता है क्योकि इसकी गति सिंक्रोनस स्पीड (Synchronous speed) के बराबर होती है। सिंक्रोनस मोटर की स्पीड इससे जुड़े लोड पर निर्भर नहीं करता है अर्थात लोड बढ़ाने या घटाने से सिंक्रोनस मोटर के स्पीड पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। सिंक्रोनस मोटर AC पॉवर सप्लाई पर संचालित होता है। 

सिंक्रोनस मोटर का प्रकार 

पॉवर सप्लाई द्वारा संचालन के हिसाब से सिंक्रोनस मोटर दो प्रकार के होते है :-

• सिंगल फेज सिंक्रोनस मोटर 
• थ्री फेज सिंक्रोनस मोटर 

सिंगल फेज सिंक्रोनस मोटर क्या होता है?

यह एक् ऐसा सिंक्रोनस मोटर होता है जो सिंगल फेज पॉवर सप्लाई सिस्टम पर संचालित होता है। यह बहुत ही कम उपयोग होने वाला सिंक्रोनस मोटर होता है। 

थ्री फेज सिंक्रोनस मोटर क्या होता है?

यह एक थ्री फेज विधुत सप्लाई पर संचालित होने वाला मोटर होता है। ज्यादातर औद्योगिक क्षेत्र में इलेक्ट्रिकल मशीन के तौर नियत गति के लिए थ्री फेज सिंक्रोनस मोटर का प्रयोग किया जाता है। 

सिंक्रोनस मोटर की संरचना

इंडक्शन मोटर की तरह ही सिंक्रोनस मोटर का भी दो महत्वपूर्ण भाग होता है :-

• रोटर (Rotor)
• स्टेटर (Stator)

स्टेटर क्या होता है?

जैसे नाम से ही ज्ञात होता है की यह मोटर का वह हिस्सा होता है जो Static अर्थात स्थिर रहता है। स्टेटर में बहुत से भाग होते है जैसे फ्रेम , स्टेटर कोर ,स्टेटर वाइंडिंग तथा कुलिंग सिस्टम।  स्टेटर का फ्रेम कास्ट आयरन का बना हुआ होता है। मोटर के कोर में होने वाली eddy current तथा hysteresis loss को कम करने के लिए स्टेटर कोर के निर्माण के लिए उच्च किस्म के सिलिकॉन तथा स्टील के मिश्र धातु से बने हुए Lamination का उपयोग किया जाता है। स्टेटर के आंतरिक भाग में स्थित कोर में Coil को लपेटकर थ्री फेज वाइंडिंग की जाती है। 

Rotor क्या होता है?

रोटर नाम से ही ज्ञात होता है की रोटर किसी भी मशीन का घुमने वाला भाग होता है। इसे दो वर्गों में वर्गीकृत किया जाता है :- 

• Salient Pole Rotor 
• Cylindrical

Salient Pole Rotor क्या होता है?

Sailent Pole रोटर में चुंबकीय पोल ,रोटर के शाफ़्ट से बाहर की तरफ उभरे हुए होते है। जैसे की निचे चित्र में दिखाया गया है। उभरे हुए इन सभी पोल में ही चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए Coil को लपेटा जाता है। बड़े बड़े थ्री फेज मोटर में इन पोल को मोटर के शाफ़्ट में फिट करने से पहले ही Coil को लपेट दिया जाता है फिर उसके बाद इन्हें नट बोल्ट की मदद से मोटर के शाफ़्ट से जोड़ दिया जाता है। शाफ़्ट में लगाये गए Coil को फील्ड वाइंडिंग कहते है। 

image source:https://en.wikipedia.org

Cylindrical Type Rotor क्या होता है?

यह रोटर Sailent Pole रोटर से बिलकुल भिन्न होता है। इसमें चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने वाला कोई भी पोल बाहर की तरफ निकला नहीं रहता है। यह एक साधारण सा बेलन के आकार जैसा होता है। इसलिए इसे Cylindrical Type Rotor अर्थात बेलनाकार रोटर कहते है। 

यह उच्च किस्म के निकेल क्रोमियम मोलिब्डेनम स्टील के मिश्रधातु से बनाया जाता है। इसके सतह के लगभग 66 प्रतिशत भाग पर एक दुसरे के समान्तर में पतली पतली स्लॉट काटी गयी होती है और इन्ही स्लॉट में फील्ड वाइंडिंग को फिट किया जाता है। चूँकि रोटर का आकार बेलनाकार है इसलिए इसमें उत्पन्न होने वाली चुंबकीय फ्लक्स बराबर रूप से स्टेटर के  Coil से लिंक करती है। 

सिंक्रोनस मोटर का कार्य सिधांत 

सिंक्रोनस मोटर का कार्य सिधांत अन्य मोटर की तुलना में भिन्न होता है। यह मैग्नेटिक लॉकिंग सिधांत पर कार्य करता है। सिंक्रोनस मोटर के रोटर पर स्थायी चुंबक (Permanent Magnet) या विधुत चुम्बक (Electromagnet) का प्रयोग किया जाता है। अधिकांश सिंक्रोनस मोटर में विधुत चुंबक का प्रयोग किया जाता है। रोटर पर लगाये गए वाइंडिंग को  DC सप्लाई से जोड़कर विधुत चुंबक बनाया जाता है। 

जब सिंक्रोनस मोटर के स्टेटर को थ्री फेज AC सप्लाई से जोड़ा जाता है तब स्टेटर के वाइंडिंग में प्रत्यावर्ती विधुत धारा का प्रवाह होने लगता है। इस प्रत्यावर्ती विधुत धारा के वजह से स्टेटर के आंतरिक भाग में एक घुमती हुयी(Rotating Magnetic Flux) चुंबकीय फ्लक्स उत्पन्न हो जाता है। यह चुंबकीय फ्लक्स जिस गति से स्टेटर के अन्दर घूमता है उस गति को Synchronous Speed कहते है। स्टेटर में उत्पन्न चुंबकीय फ्लक्स के गति को निम्न फार्मूला द्वारा ज्ञात किया जाता है। 

इस फार्मूला में f आरोपित AC सप्लाई की आवृति तथा P स्टेटर में पोल की संख्या है। जैसे ही स्टेटर में थ्री फेज सप्लाई को आरोपित किया जाता है वैसे ही चुंबकीय फ्लक्स स्टेटर में बहुत तेजी से घुमने लगता है। चूँकि रोटर में रखा गया Coil एक स्थायी चुंबक बना रहता है जिसकी अपनी उत्तर तथा दक्षिण ध्रुव होते है ,जड़त्व (Inertia) के कारण स्टेटर में तेजी से घुमने वाले चुंबकीय फ्लक्स से लॉक नहीं हो पाते है इसलिए सिंक्रोनस मोटर तुरंत स्टार्ट नहीं हो पाता है अर्थात सिंक्रोनस मोटर Self Starting नहीं होता है।

जब रोटर को किसी बहरी मोटर द्वारा सिंक्रोनस speed से घुमाया जाता है तब रोटर में उत्पन्न चुंबक के ध्रुव,स्टेटर के आंतरिक भाग में उत्पन्न होकर घुमने वाली चुंबकीय ध्रुव के विपरीत ध्रुव से  लॉक हो जाता है और सिंक्रोनस स्पीड से घुमने लगता है। जब रोटर पूर्ण रूप से चुम्बकिय फ्लक्स  से लॉक हो जाता है तब बाहरी मोटर को हटा लेने के बाद यह चुंबकीय फ्लक्स के speed से घुमने लगता है इसलिए इसे सिंक्रोनस मोटर कहा जाता है। 

Synchronous Motor का उपयोग 

• सिंक्रोनस मोटर का उपयोग ऐसे जगह पर किया जाता है जहाँ नियत गति (Constant Speed) की जरुरत होती है। 
• सिंक्रोनस मोटर को कभी कभी पॉवर फैक्टर को बढ़ाने के लिए नो लोड पर उपयोग में लाया जाता है। 
• सिंक्रोनस मोटर का उपयोग प्रेस मिल ,कंप्रेसर आदि में किया जाता है। 

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