विधुत सबस्टेशन में आइसोलेटर क्या होते है तथा कितने प्रकार के होते है।

डीसी जनरेटर का वर्गीकरण

डीसी सीरीज जनरेटर

डीसी सीरीज जनरेटर : परिभाषा , कार्य सिद्धांत , कंस्ट्रक्शन तथा उपयोग - हिंदी इलेक्ट्रिकल डायरी

जनवरी 17, 2024 Pintu Prasad 3-Semester, Machine, RGPV Diploma No comments

डीसी सीरीज जनरेटर क्या है ?

डीसी श्रेणी जनरेटर एक विधुत मशीन है जो यांत्रिक ऊर्जा को दिष्ट धारा (DC) के रूप मे विधुत ऊर्जा मे परिवर्तित करता है। इसकी विशेषता यह है कि इसके आर्मेचर कुंडली और चुंबकीय क्षेत्र कुंडली दोनों सीरीज में जुडी हुई होती है। इसका मतलब है कि दोनों कुंडलियो से समान धारा प्रवाहित होती है। डीसी जनरेटर के समतुल्य परिपथ को निचे चित्र में दिखाया गया है।

डीसी सीरीज जनरेटर का कंस्ट्रक्शन

डीसी श्रेणी जनरेटर के मुख्य भाग है:

आर्मेचर: यह जनरेटर का घूमने वाला बेलनाकार भाग है जिस पर तारो की कुंडली बनी होती है। आर्मेचर में ही विधुत धारा उत्पन्न होती है।
क्षेत्र चुम्बक: यह जनरेटर के आंतरिक भाग में लगा हुआ होता है जिसमे कुंडली लपेटी हुई होती है यह आर्मेचर के चारों तरफ एक मजबूत चुम्बकीय क्षेत्र पैदा करता है।
कम्यूटेटर: यह धातु के खंडों का एक रिंग होता है जो आर्मेचर की कुंडलियो से जुड़ा होता है। कम्यूटेटर का काम आर्मेचर में उत्पन्न हुई विधुत धारा को दिष्ट धारा में परिवर्तित करना होता है।
ब्रश: ये स्थिर संपर्क हैं जो कम्यूटेटर से जुड़े होते है और बाहरी परिपथ को धारा पहुंचाते हैं.

डीसी सीरीज जनरेटर का कार्य सिद्धांत

डीसी श्रेणी जनरेटर का कार्य सिद्धांत फैराडे के विधुतचुम्बकीय प्रेरण सिद्धांत पर आधारित है। जनरेटर में जब आर्मेचर घूमता है तब यह चुम्बकीय क्षेत्र को कटता है। इससे आर्मेचर की कुंडलियो मे वोल्टेज प्रेरित होता है और धारा प्रवाहित होने लगती है। यह धारा आर्मेचर से कम्यूटेटर तक जाती है जहां ब्रश के माध्यम से बाहरी परिपथ मे पहुंचती है।कम्यूटेटर का काम है कि घूमने के दौरान धारा की दिशा को बदल दे जिससे बाहरी परिपथ में एकदिशीय धारा प्राप्त हो सके।

डीसी सीरीज जनरेटर के उपयोग

डीसी सीरीज जनरेटर का उपयोग निम्न स्थानों पर किया जाता है :

डीसी श्रृंखला जनरेटर का उपयोग लेड एसिड बैटरिय को चार्ज करने के लिए किया जाता है जो वाहनों और अन्य अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से उपयोग की जाती हैं। यह हाई-करंट चार्जिंग के लिए उपयुक्त है जिससे बैटरी को तेजी से चार्ज करने मे मदद कमिलती है।
आर्क वेल्डिंग के लिए एक स्थिर करंट की आवश्यकता होती है जिसे डीसी सीरीज जनरेटर द्वारा प्रदान किया जा सकता है।
डीसी सीरीज जनरेटर का उपयोग पुराने विधुत प्रकाश व्यवस्था में किया जाता था।
डीसी सीरीज जनरेटर का उपयोग लंबी डीसी लाइनों में वोल्टेज ड्रॉप की भरपाई के लिए बूस्टर के रूप में किया जाता है।
कुछ पुराने रेलवे सिग्नलिंग सिस्टम में डीसी सीरीज जनरेटर का उपयोग किया जाता है।
रिओस्टेट, जोकी करंट को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किए जाते है। अक्सर डीसीसीरीज जनरेटर का उपयोग करते है।

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डीसी शंट जनरेटर क्या है ?

यह एक प्रकार का सेल्फ एक्ससाइटेड डीसी जनरेटर है जिसमे आर्मेचर में उत्पन्न हुए विधुत धारा का एक हिस्सा फील्ड सिस्टम में चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने करने के लिए उपयोग किया जाता है। इसे डीसी शंट जनरेटर इसलिए कहते है क्योकि इसमें फील्ड COIL आर्मेचर COIL के समांतर क्रम में जुड़ा हुआ होता है। डीसी शंट जनरेटर के समतुल्य सर्किट को निचे चित्र में दिखाया गया है

डीसी जनरेटर का निर्माण

डीसी शंट जनरेटर में निम्नलिखित मुख्य भाग होते है:

आर्मेचर: यह एक बेलनाकार घूर्णन करने वाला हिस्सा है जिसमे चालको का एक सेट होता है। आर्मेचर में प्रेरित विधुत धारा उत्पन्न होती है।
फील्ड फ्रेम: यह चुंबकीय फील्ड सिस्टम के सुपोर्ट के लिए एक स्थिर ढांचा है।
चुंबकीय क्षेत्र कुंडल: ये तांबे के तारो से बने कॉइल होते है जिसमे चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए विधुत धारा प्रवाहित होती है। डीसी शंट जनरेटर मे चुंबकीय क्षेत्र कुंडली आर्मेचर के साथ समांतर क्रम में जुडी हुई होती है।
कम्यूटेटर: यह एक रिंग के आकार का उपकरण है जो आर्मेचर में प्रेरित प्रत्यावर्ती विधुत धारा को दिष्ट धारा में परिवर्तित कर बाहरी सर्किट में प्रवाहित करता है।
ब्रश: ये कंडक्टर है जो कम्यूटेटर के साथ संपर्क बनाते है और आर्मेचर से विधुत धारा को बाहरी सर्किट मे प्रवाहित करते है।

डीसी शंट जनरेटर की कार्य प्रणाली

जब डीसी शंट जनरेटर के आर्मेचर को घुमाया जाता है तो इसमे एक प्रेरित विधुत धारा उत्पन्न हो जाती है। यह विधुत धारा कम्यूटेटर और ब्रश के माध्यम से बाहरी परिपथ में प्रवाहित होती है। आर्मेचर में उत्पन्न विधुत धारा के कुछ भाग फिल्ड सिस्टम में लगे हुए कुंडली में भी जाती है। इस शंट वाली विधुत धारा की वजह से चुंबकीय फ्लक्स उत्पन्न होता है। यह फ्लक्स जब आर्मेचर से इंटरैक्ट करता है तब उसमे विधुत धारा प्रेरित करता है। शंट सर्किट में प्रवाहित होने वाली विधुत धारा के परिमाण बढ़ने से चुंबकीय फ्लक्स का परिमाण भी बढ़ता है। जिससे प्रेरित विधुत धारा का परिमाण भी बढ़ने लगता है।

डीसी शंट जनरेटर की विशेषताएं

रेटेड वोल्टेज: यह जनरेटर का आउटपुट वोल्टेज है जिसके लिए जनरेटर को डिजाइन किया गया है। इसका विशिष्ट मान 12 वोल्ट, 24 वोल्ट और 48 वोल्ट होता है।
रेटेड धारा: यह आउटपुट धारा है जिसे जनरेटर सुरक्षित रूप से संभाल सकता है। यह आमतौर पर एम्पीयर में मापा जाता है।
क्षमता: यह जनरेटर द्वारा उत्पादित कुल शक्ति है। इसे वाट में मापा जाता है।
भ्रमण गति: यह गति है जिस पर आर्मेचर को घूमना चाहिए ताकि रेटेड वोल्टेज और धारा प्राप्त हो सके। इसे आमतौर पर RPM मे मापा जाता है।

डीसी शंट जनरेटर के अनुप्रयोग

डीसी शंट जनरेटर का उपयोग बैटरी चार्जिंग के लिए किया जाता है।
ये छोटे मोटर, सोलनॉइड वाल्व और प्रकाश व्यवस्था को बिजली देने के लिए भी उपयोग किए जाते है।
डीसी शंट जनरेटर का उपयोग वेल्डिंग मशीन और विधुत मोटर मे भी किया जाता है।

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विभिन्न प्रकार के डीसी जनरेटर

डीसी जनरेटर दिष्ट धारा के रूप में विधुत ऊर्जा का उत्पादन करते है।डीसी जनरेटर वर्गीकरण Excitation System के आधार पर दो प्रकार से किया जाता है जैसे

सेल्फ एक्साइटेड डीसी जनरेटर
सेपेरेटली एक्साइटेड डीसी जनरेटर

सेपेरेटली एक्साइटेड डीसी जनरेटर

यह ऐसा डीसी जनरेटर है जिसमे विधुत चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए बाहरी किसी दूसरे विधुत ऊर्जा श्रोत की जरुरत पड़ती है। इसके फील्ड वाइंडिंग में बाहर से विधुत धारा प्रवाहित की जाती है। यह स्रोत एक बैटरी, एक अलग डीसी जनरेटर, या एक रेक्टिफायर हो सकता है। इसे हिंदी में अलग से उत्तेजित डीसी जनरेटर कहते है। इसका समतुल्य विधुत परिपथ नीचे दिया गया है।

image credit :https://circuitglobe.com/

सेपेरेटली एक्साइटेड डीसी जनरेटर का कार्य सिद्धांत

बाहरी विधुत ऊर्जा स्रोत(बैटरी , डीसी जनरेटर आदि) से इसके फील्ड वाइंडिंग में एक डीसी विधुत धारा भेजता है जिससे एक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र बनता है। जब आर्मेचर को घुमाया जाता है तब आर्मेचर कंडक्टर इस चुंबकीय क्षेत्र को काटते हैं। विधुत चुम्बकीय प्रेरण के सिद्धांत के अनुसार आर्मेचर कंडक्टरों में विधुत वाहक बल (EMF) उत्पन्न होता है। कम्यूटेटर और कार्बन ब्रश की मदद से इस AC EMF को DC में बदला जाता है और बाहरी सर्किट को में जुड़े हुए लोड में भेजी जाती है।

सेपेरेटली एक्साइटेड डीसी जनरेटर के गुण

फील्ड वाइंडिंग के विधुत धारा से आर्मेचर में उत्पन्न विधुत धारा स्वतंत्र होती है।
फील्ड वाइंडिंग के विधुत धारा बदलकर जनरेटर के वोल्टेज को आसानी से नियंत्रित किया जा सकता है।
उच्च वोल्टेज विनियमन प्रदान करता है।

सेपेरेटली एक्साइटेड डीसी जनरेटर के उपयोग

निम्नांकित स्थान पर इस जनरेटर का उपयोग किया जाता है

प्रयोगशालाओं और उद्योगों में वोल्टेज नियंत्रण के लिए
वेल्डिंग जनरेटर में
डीसी मोटर्स को उत्तेजित करने के लिए
बिजली उत्पादन संयंत्रों में
विधुत वाहन में

सेपेरेटली एक्साइटेड डीसी जनरेटर के गुण एवं अवगुण

सेपेरेटली एक्साइटेड डीसी जनरेटर के उपयोग के गुण एवं अवगुण निम्न है :

गुण

उत्कृष्ट वोल्टेज विनियमन।
इसमें चुंबकीय फ्लक्स को आसानी से नियंत्रित किया जा सकता है।
स्थिर और विश्वसनीय संचालन।

अवगुण

बाहरी विधुत स्रोत की आवश्यकता होती है।
अधिक जटिल निर्माण
यह महंगा होता है।

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कम्यूटेशन क्या होता है ?

कम्यूटेशन का शाब्दिक अर्थ बदलना या रूपान्तरित करना होता है। डीसी जनरेटर में आर्मेचर चुंबकीय क्षेत्र में घूमता है। आर्मेचर चालक चुंबकीय क्षेत्र को काटते है जिससे चालक के सिरों के बीच वोल्टेज (EMF) उत्पन्न हो जाता है। चूँकि आर्मेचर चालक आवर्ती रूप से नार्थ पोल तथा साउथ पोल के बीच घूमते रहते है इसलिए चालक में उत्पन्न विधुत धारा भी आवर्ती रूप से अपनी दिशा बदलती रहती है। अर्थात आर्मेचर में उत्पन्न विधुत धारा DC नहीं AC होती है। AC धारा को डीसी में बदलने की प्रक्रिया कम्यूटेशन कहलाती है।

डीसी जनरेटर में कम्यूटेशन कैसे होता है ?

जब आर्मेचर को चुंबकीय क्षेत्र में घुमाया जाता है तब विधुत चुम्बकीय प्रेरण सिद्धांत के अनुसार आर्मेचर के कुंडलियों में AC उत्पन्न होती है। यह AC धारा हर आधे घूर्णन के बाद अपनी दिशा बदलती है।
कम्यूटेटर एक तांबे के सिलेंडर पर बने हुए तांबे के खंडों (segments) का एक सेट होता है जो आर्मेचर के शाफ्ट से जुड़ा रहता है। यह आर्मेचर के साथ-साथ घूमता है।
कम्यूटेटर के खंडों से कार्बन ब्रश संपर्क करते हैं। ये ब्रश एक स्थिर स्थिति में रहते हैं और बाहरी सर्किट से जुड़े होते हैं।
कम्यूटेटर खंड इस प्रकार से जुड़े होते हैं कि जब ब्रश एक खंड से दूसरे खंड में जाते हैं तब धारा का प्रवाह उलट जाता है। यह उलटफेर हर आधे घूर्णन पर होता है जिससे AC धारा DC धारा में बदल जाती है।

कम्यूटेशन को बेहतर कैसे बनाया जा सकता है ?

कम्यूटेशन को निम्न तरीके से बेहतर बनाया जा सकता है :

इंटरपोल का उपयोग: इंटरपोल छोटे-छोटे विद्युत चुम्बकीय पोल होते हैं, जिन्हें कम्यूटेटर के पास लगाया जाता है। ये कम्यूटेशन के दौरान उत्पन्न होने वाली स्पार्किंग को कम करने में मदद करते हैं, जिससे जनरेटर की दक्षता बढ़ती है।
कम्पेन्सेटिंग वाइंडिंग का प्रयोग: यह एक विशेष वाइंडिंग होती है, जो आर्मेचर के चुंबकीय क्षेत्र के विपरीत एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है। यह कम्यूटेशन को बेहतर बनाती है और स्पार्किंग को कम करती है।
कम्यूटेटर की नियमित सफाई: कार्बन ब्रश के घर्षण के कारण कम्यूटेटर पर कार्बन जमा हो सकता है, जिससे कम्यूटेशन में बाधा आती है। कम्यूटेटर की नियमित सफाई से इस समस्या से बचा जा सकता है।
ब्रश का रखरखाव: समय-समय पर ब्रशों को भी बदलना पड़ता है, क्योंकि घिसाव के कारण उनका संपर्क कम्यूटेटर से उचित रूप से नहीं हो पाता है।

कम्यूटेशन के गुण एवं अवगुण

गुण (Merits):

यह डीसी जनरेटर को डीसी धारा का उत्पादन करने में सक्षम बनाता है। डीसी धारा कई अनुप्रयोगों में आवश्यक होती है, जैसे कि बैटरी चार्जिंग, डीसी मोटरों को चलाना, और इलेक्ट्रॉनिक सर्किटों को बिजली देना।
कम्यूटेशन के माध्यम से जनरेटर के वोल्टेज को आसानी से नियंत्रित किया जा सकता है। कार्बन ब्रश का उचित रख-रखाव और कम्यूटेटर के उचित रख-रखाव के द्वारा कम्यूटेशन वोल्टेज को नियंत्रित किया जा सकता है।
डीसी जनरेटर का निर्माण अपेक्षाकृत सरल होता है, क्योंकि उनमें कम्यूटेशन के लिए कम्यूटेटर और ब्रश के अलावा कोई अन्य जटिल तंत्र की आवश्यकता नहीं होती है।

अवगुण

कम्यूटेशन के दौरान कम्यूटेटर और ब्रश के बीच स्पार्किंग होती है, जो जनरेटर के पुर्जो को नुकसान पहुंचा सकती है जिससे इसकी दक्षता को कम हो सकती है। हालांकि, इंटरपोल और कम्पेन्सेटिंग वाइंडिंग का प्रयोग करके स्पार्किंग को कम किया जा सकता है।
कम्यूटेटर और ब्रश को नियमित रूप से सफाई और रख-रखाव की आवश्यकता होती है ताकि कम्यूटेशन को सुचारू रूप से चलाया जा सके और स्पार्किंग को कम किया जा सके।
कम्यूटेशन के लिए आवश्यक कम्यूटेटर, ब्रश, और इंटरपोल जनरेटर की लागत को बढ़ाते हैं।

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आर्मेचर वाइंडिंग क्या होती है?

आर्मेचर वाइंडिंग तांबे या अल्लुमिनियम के तारों से बनी कुंडलियों का जटिल नेटवर्क है जो आर्मेचर कोर पर व्यवस्थित रूप से लपेटी हुई होती हैं। जब ये कुंडलियां चुंबकीय क्षेत्र में घूमती हैं तब इनमे विधुत धारा उत्पन्न होती है। आर्मेचर वाइंडिंग के प्रकार और डिजाइन डीसी जनरेटर की वोल्टेज, धारा और अन्य दूसरी विशेषताओं पर निर्भर करता है। डीसी मोटर या जनरेटर , दोनों में दो प्रकार से वाइंडिंग की जाती है।

आर्मेचर वाइंडिंग के प्रकार

डीसी मशीन में होने वाली वाइंडिंग को दो वर्गों में बाटा गया है :

लैप वाइंडिंग (lap Winding)
वेव वाइंडिंग (Wave Winding)
कंपाउंड वाइंडिंग (CompoundWinding)

लैप वाइंडिंग

लैप वाइंडिंग एक विशेष प्रकार की वाइंडिंग है। इस वाइंडिंग में आर्मेचर के स्लॉट में लगे COIL हुए इस प्रकार से जुड़े होते है जैसे की एक दूसरे के गोद में है। इसलिए इसे लैप वाइंडिंग कहते है। इस वाइंडिंग में पहले कुंडली का अंतिम सिरा और उसके बाद वाले कुंडली का पहला सिरा आपस में जुड़कर कम्यूटेटर से जुड़े हुए होते है। दोनों कुंडली में उत्पन्न वोल्टेज की पोलेरिटी सामान होती है। इसके बाद दूसरे कुंडली का अंतिम सिरा तीसरे के पहले से जुड़ा हुआ होता है। इस प्रकार से सभी Coil आपस में जुड़े हुए होते है। जैसे की निचे की चित्र में दिखाया गया है।

चूँकि लैप वाइंडिंग में सभी आर्मेचर COIL एक दूसरे से समांतर रूप से जुड़े हुए होते है। इसलिए सभी COIL में उत्पन्न विधुत धारा एक स्थान पर आकर एकत्रित होती है। लैप वाइंडिंग ऐसे जनरेटर में की जाती है जिसमे लो वोल्टेज तथा हाई विधुत धारा की जरुरत होती है। लैप वाइंडिंग में कुल पोल तथा पैरेलल पाथ की संख्या आपस में बराबर होती है।

वेव वाइंडिंग (WaveWinding)

डीसी जनरेटर में आर्मेचर COIL को कम्यूटेटर सेगमेंट के साथ इस प्रकार से जोड़ा जाता की पॉजिटिव तथा नेगेटिव ब्रश के लिए केवल दो टर्मिनल बने। वेव वाइंडिंग को निचे चित्र में दिखाया गया है। वेव वाइंडिंग में उत्पन्न विधुत धारा की मात्रा कम लेकिन वोल्टेज ज्यादा होता है। इससे उच्च डीसी वोल्टेज उत्पन्न करने के उपयोग किया जाता है।

कंपाउंड वाइंडिंग

जब हाई वोल्टेज तथा हाई डीसी करंट की जरुरत होती है तब डीसी जनरेटर के आर्मेचर पर कंपाउंड वाइंडिंग जाती है। कंपाउंड वाइंडिंग वेव वाइंडिंग तथा लैप वाइंडिंग दोनों का मिश्रण होता है। इस प्रकार की वाइंडिंग बहुत कम देखने को मिलती है। ज्यादातर डीसी जनरेटर में वेव वाइंडिंग ही की जाती है।

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