विद्युत् यंत्र

विद्युत अभियन्त्रण में, इलेक्ट्रिक  मशीन   विद्युत  चुंबकत्व का उपयोग करने वाली मशीनों के लिए एक सामान्य शब्द है, जैसे कि  बिजली की मोटर ्स,  बिजली पैदा करने वाला  और अन्य। वे इलेक्ट्रोमैकेनिकल एनर्जी कन्वर्टर्स हैं: एक इलेक्ट्रिक मोटर बिजली को यांत्रिक शक्ति में परिवर्तित करती है जबकि एक इलेक्ट्रिक जनरेटर यांत्रिक शक्ति को बिजली में परिवर्तित करता है। एक मशीन में चलने वाले हिस्से घूर्णन (घूर्णन मशीन) या रैखिक (रैखिक मशीन) हो सकते हैं। मोटर्स और जेनरेटर के अलावा, एक तीसरी श्रेणी अक्सर शामिल  ट्रांसफार्मर  होती है, हालांकि उनके पास कोई चलने वाले हिस्से नहीं होते हैं, ऊर्जा कन्वर्टर्स भी होते हैं, जो एक वैकल्पिक प्रवाह के  वोल्टेज  स्तर को बदलते हैं। इलेक्ट्रिक मशीनें, जनरेटर के रूप में, पृथ्वी पर लगभग सभी विद्युत शक्ति का उत्पादन करती हैं, और इलेक्ट्रिक मोटर्स के रूप में उत्पादित सभी विद्युत शक्ति का लगभग 60% उपभोग करती हैं। 19वीं सदी के मध्य में इलेक्ट्रिक मशीनों का विकास शुरू हुआ और उस समय से बुनियादी ढांचे का एक सर्वव्यापी घटक रहा है। किसी भी वैश्विक संरक्षण, हरित ऊर्जा  या  वैकल्पिक ऊर्जा  रणनीति के लिए अधिक कुशल विद्युत मशीन प्रौद्योगिकी का विकास महत्वपूर्ण है।

जेनरेटर


एक विद्युत  जनरेटर एक उपकरण है जो यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। एक जनरेटर  इलेक्ट्रॉनों  को बाहरी  विद्युत सर्किट  के माध्यम से प्रवाहित करने के लिए मजबूर करता है। यह कुछ हद तक पानी के पंप के समान है, जो पानी का प्रवाह बनाता है लेकिन पानी को अंदर नहीं बनाता है। यांत्रिक ऊर्जा का स्रोत, विक्षनरी: प्राइम मूवर, एक प्रत्यागामी या टर्बाइन  भाप का इंजन, जलविद्युत के माध्यम से गिरने वाला पानी, एक  आंतरिक दहन इंजन , एक पवन टरबाइन, एक हाथ  क्रैंक (तंत्र) ,  संपीड़ित हवा  या कोई अन्य स्रोत हो सकता है। मेकेनिकल ऊर्जा।

विद्युत मशीन के दो मुख्य भागों को या तो यांत्रिक या विद्युत शब्दों में वर्णित किया जा सकता है। यांत्रिक शब्दों में, रोटर (बिजली)  घूमने वाला हिस्सा है, और  स्टेटर  एक इलेक्ट्रिकल मशीन का स्थिर हिस्सा है। विद्युत के संदर्भ में, आर्मेचर बिजली पैदा करने वाला घटक है और क्षेत्र एक विद्युत मशीन का  चुंबकीय क्षेत्र  घटक है। आर्मेचर या तो रोटर या स्टेटर पर हो सकता है। चुंबकीय क्षेत्र या तो रोटर या स्टेटर पर लगे विद्युत चुम्बकों या स्थायी चुम्बकों द्वारा प्रदान किया जा सकता है। जनरेटर को दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता है,  एसी जनरेटर  और  डीसी जनरेटर ।

एसी जनरेटर
एक एसी जनरेटर यांत्रिक ऊर्जा को एसी बिजली  में परिवर्तित करता है। क्योंकि फील्ड सर्किट में स्थानांतरित शक्ति आर्मेचर सर्किट में स्थानांतरित शक्ति से बहुत कम है, एसी जनरेटर में लगभग हमेशा रोटर पर फील्ड वाइंडिंग और स्टेटर पर आर्मेचर वाइंडिंग होती है।

एसी जनरेटर को कई प्रकारों में वर्गीकृत किया गया है।
 * एक प्रेरण जनरेटर  में, स्टेटर चुंबकीय प्रवाह रोटर में धाराओं को प्रेरित करता है। प्राइम मूवर तब रोटर को सिंक्रोनस गति से ऊपर चलाता है, जिससे विरोधी रोटर फ्लक्स स्टेटर कॉइल में सक्रिय करंट पैदा करने वाले स्टेटर कॉइल को काट देता है, इस प्रकार बिजली को विद्युत ग्रिड में वापस भेज देता है। एक इंडक्शन जनरेटर कनेक्टेड सिस्टम से प्रतिक्रियाशील शक्ति खींचता है और इसलिए यह शक्ति का एक पृथक स्रोत नहीं हो सकता है।
 * एक आवर्तित्र  में। सिंक्रोनस जनरेटर (अल्टरनेटर), चुंबकीय क्षेत्र के लिए करंट एक अलग  उत्तेजना (चुंबकीय)  द्वारा प्रदान किया जाता है।

डीसी जनरेटर
एक डीसी जनरेटर एक मशीन है जो यांत्रिक ऊर्जा को डायरेक्ट करंट विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। एक डीसी जनरेटर में आम तौर पर एक प्रत्यावर्ती धारा के बजाय प्रत्यक्ष धारा उत्पन्न करने के लिए स्प्लिट रिंग के साथ एक कम्यूटेटर होता है।

मोटर


एक विद्युत मोटर विद्युत ऊर्जा  को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करती है। विद्युत जनरेटर की रिवर्स प्रक्रिया, अधिकांश  विद्युत मोटर्स   चुंबकीय क्षेत्र  और विद्युत कंडक्टर के माध्यम से काम करते हैं | घूर्णी बल उत्पन्न करने के लिए वर्तमान-वाहक कंडक्टर। मोटर्स और जनरेटर में कई समानताएं हैं और कई प्रकार के इलेक्ट्रिक मोटर्स को जनरेटर के रूप में चलाया जा सकता है और इसके विपरीत। इलेक्ट्रिक मोटर्स औद्योगिक पंखे, ब्लोअर और पंप, मशीन टूल्स, घरेलू उपकरण, बिजली उपकरण और हार्ड ड्राइव  जैसे विविध अनुप्रयोगों में पाए जाते हैं। वे प्रत्यक्ष धारा या प्रत्यावर्ती धारा द्वारा संचालित हो सकते हैं जो दो मुख्य वर्गीकरणों की ओर जाता है:  एसी मोटर ्स और  डीसी यंत्र ्स।

एसी मोटर
एक एसी मोटर प्रत्यावर्ती धारा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करती है। इसमें आमतौर पर दो मूल भाग होते हैं, एक बाहरी स्थिर स्टेटर जिसमें घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र का उत्पादन करने के लिए वैकल्पिक प्रवाह के साथ कॉइल्स की आपूर्ति होती है, और आउटपुट शाफ्ट से जुड़ा एक आंतरिक रोटर होता है जिसे घूर्णन क्षेत्र द्वारा टोक़ दिया जाता है। दो मुख्य प्रकार के एसी मोटरों को इस्तेमाल किए गए रोटर के प्रकार से अलग किया जाता है।
 * इंडक्शन मोटर | इंडक्शन (एसिंक्रोनस) मोटर, रोटर चुंबकीय क्षेत्र एक  इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन  करंट द्वारा बनाया जाता है। प्रेरित धारा प्रदान करने के लिए रोटर को स्टेटर चुंबकीय क्षेत्र की तुलना में थोड़ा धीमा (या तेज) मुड़ना चाहिए। तीन प्रकार के प्रेरण मोटर रोटर हैं, जो  गिलहरी-पिंजरे रोटर,  घाव रोटर मोटर  और  ठोस कोर रोटर  हैं।
 * तुल्यकालिक मोटर, यह इंडक्शन पर निर्भर नहीं करती है और इसलिए सप्लाई फ्रीक्वेंसी या सब-मल्टीपल पर बिल्कुल घूम सकती है। रोटर का चुंबकीय क्षेत्र या तो पर्ची के छल्ले (उत्तेजना (चुंबकीय)) या स्थायी चुंबक द्वारा वितरित प्रत्यक्ष वर्तमान द्वारा उत्पन्न होता है।

डीसी मोटर
ब्रश डीसी इलेक्ट्रिक मोटर आंतरिक कम्यूटेशन, स्थिर स्थायी मैग्नेट और रोटेटिंग इलेक्ट्रिकल मैग्नेट का उपयोग करके मोटर को आपूर्ति की गई डीसी पावर से सीधे टॉर्क उत्पन्न करती है। ब्रश और स्प्रिंग  कम्यूटेटर (बिजली)  से मोटर के अंदर रोटर के स्पिनिंग वायर वाइंडिंग तक विद्युत प्रवाह ले जाते हैं।  ब्रशलेस डीसी मोटर  रोटर में घूर्णन स्थायी चुंबक और मोटर आवास पर स्थिर विद्युत चुंबक का उपयोग करते हैं। एक मोटर नियंत्रक डीसी को प्रत्यावर्ती धारा में परिवर्तित करता है। यह डिज़ाइन ब्रश्ड मोटरों की तुलना में सरल है क्योंकि यह मोटर के बाहर से कताई रोटर तक बिजली स्थानांतरित करने की जटिलता को समाप्त करती है। ब्रशलेस, सिंक्रोनस डीसी मोटर का एक उदाहरण एक स्टेपर मोटर  है जो पूर्ण घुमाव को बड़ी संख्या में चरणों में विभाजित कर सकता है।

अन्य विद्युत चुम्बकीय मशीनें
अन्य इलेक्ट्रोमैग्नेटिक मशीनों में एम्प्लिडाइन,  सिंक्रो ,  मेटाडाइन , एडजस्टेबल-स्पीड ड्राइव#एडी करंट ड्राइव,  एड़ी वर्तमान ब्रेक , डायनेमोमीटर#एडी करंट टाइप एब्जॉर्बर, डायनेमोमीटर#हिस्टैरिसीस डायनेमोमीटर,  रोटरी कनवर्टर  और  वार्ड लियोनार्ड नियंत्रण  शामिल हैं। एक रोटरी कन्वर्टर मशीनों का एक संयोजन है जो मैकेनिकल रेक्टिफायर, इन्वर्टर या फ्रीक्वेंसी कन्वर्टर के रूप में कार्य करता है। वार्ड लियोनार्ड सेट गति नियंत्रण प्रदान करने के लिए उपयोग की जाने वाली मशीनों का एक संयोजन है। अन्य मशीन संयोजनों में क्रेमर और शेरबियस सिस्टम शामिल हैं।

ट्रांसफार्मर


एक ट्रांसफॉर्मर एक स्थिर उपकरण है जो आवृत्ति को बदले बिना एक वाल्ट ेज स्तर से दूसरे स्तर (उच्च या निम्न), या समान स्तर पर प्रत्यावर्ती धारा को परिवर्तित करता है। एक ट्रांसफार्मर विद्युत ऊर्जा को एक  विद्युत नेटवर्क  से दूसरे विद्युत नेटवर्क में  आगमनात्मक युग्मन  कंडक्टरों-ट्रांसफार्मर के कॉइल के माध्यम से स्थानांतरित करता है। पहली या प्राथमिक वाइंडिंग में एक भिन्न  विद्युत प्रवाह  ट्रांसफॉर्मर के कोर में एक भिन्न  चुंबकीय प्रवाह  बनाता है और इस प्रकार द्वितीयक वाइंडिंग के माध्यम से एक भिन्न चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। यह अलग-अलग चुंबकीय क्षेत्र विद्युत चुम्बकीय प्रेरण एक अलग  वैद्युतवाहक बल  | इलेक्ट्रोमोटिव बल (ईएमएफ) या द्वितीयक घुमाव में वोल्टेज। इस प्रभाव को पारस्परिक प्रेरण कहा जाता है।

ट्रांसफार्मर तीन प्रकार के होते हैं
 * 1) आगे आना परिवर्तक
 * 2) ट्रांसफार्मर नीचे कदम
 * 3)  अलग ट्रांसफॉर्मर

संरचना के आधार पर ट्रांसफार्मर चार प्रकार के होते हैं
 * 1) कोर प्रकार
 * 2) खोल प्रकार
 * 3) शक्ति प्रकार
 * 4) साधन प्रकार

विद्युत चुम्बकीय-रोटर मशीन
इलेक्ट्रोमैग्नेटिक-रोटर मशीनें रोटर में किसी प्रकार की विद्युत धारा वाली मशीनें होती हैं जो एक चुंबकीय क्षेत्र बनाती हैं जो स्टेटर वाइंडिंग के साथ इंटरैक्ट करती हैं। रोटर करंट एक स्थायी चुंबक (पीएम मशीन) में आंतरिक करंट हो सकता है, रोटर को ब्रश (ब्रश मशीन) के माध्यम से आपूर्ति की जाने वाली करंट या एक अलग चुंबकीय क्षेत्र (इंडक्शन मशीन) द्वारा बंद रोटर वाइंडिंग में करंट सेट किया जा सकता है।

स्थायी चुंबक मशीनें
पीएम मशीनों के रोटर में स्थायी चुम्बक होते हैं जो एक चुंबकीय क्षेत्र स्थापित करते हैं। एक पीएम में मैग्नेटोमोटिव बल (संरेखित स्पिन के साथ इलेक्ट्रॉनों की कक्षा के कारण) आम तौर पर तांबे के तार में जितना संभव हो उतना अधिक होता है। हालाँकि, कॉपर कॉइल को फेरोमैग्नेटिक मैटेरियल से भरा जा सकता है, जो कॉइल को बहुत कम चुंबकीय अनिच्छा  देता है। अभी भी आधुनिक पीएम ( नेओद्यमिउम मगनेट ) द्वारा बनाया गया चुंबकीय क्षेत्र अधिक मजबूत है, जिसका अर्थ है कि पीएम मशीनों में निरंतर संचालन के तहत रोटर कॉइल वाली मशीनों की तुलना में बेहतर टॉर्क/वॉल्यूम और टॉर्क/वजन अनुपात होता है। रोटर में सुपरकंडक्टर्स की शुरूआत के साथ यह बदल सकता है।

चूंकि पीएम मशीन में स्थायी चुम्बक पहले से ही काफी चुंबकीय रिलक्टेंस पेश करते हैं, इसलिए एयर गैप और कॉइल्स में रिलक्टेंस कम महत्वपूर्ण हैं। पीएम मशीन डिजाइन करते समय यह काफी स्वतंत्रता देता है।

बिजली की मशीनों को थोड़े समय के लिए ओवरलोड करना आम तौर पर तब तक संभव है जब तक कि कॉइल में मौजूद करंट मशीन के कुछ हिस्सों को ऐसे तापमान तक गर्म न कर दे जिससे नुकसान हो। पीएम मशीनें कम हद तक इस तरह के अधिभार के अधीन हो सकती हैं क्योंकि कॉइल में बहुत अधिक धारा एक चुंबकीय क्षेत्र बना सकती है जो मैग्नेट को डीमैग्नेटाइज करने के लिए पर्याप्त मजबूत हो।

ब्रश की गई मशीनें
ब्रश्ड मशीनें ऐसी मशीनें होती हैं जहां रोटर कॉइल को ब्रश के माध्यम से उसी तरह से करंट की आपूर्ति की जाती है, जिस तरह इलेक्ट्रिक स्लॉट कार  ट्रैक में कार को करंट की आपूर्ति की जाती है। अधिक टिकाऊ ब्रश ग्रेफाइट या तरल धातु से बनाए जा सकते हैं। रोटर और स्टेटर के एक हिस्से का उपयोग ट्रांसफॉर्मर के रूप में ब्रश मशीन में ब्रश को खत्म करना भी संभव है जो टॉर्क बनाए बिना करंट ट्रांसफर करता है। ब्रश को कम्यूटेटर के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए। अंतर यह है कि ब्रश केवल विद्युत प्रवाह को गतिमान रोटर में स्थानांतरित करते हैं जबकि एक कम्यूटेटर वर्तमान दिशा का स्विचिंग भी प्रदान करता है।

स्टेटर कॉइल्स के पीछे काले लोहे के अलावा स्टेटर कॉइल्स के बीच रोटर कॉइल्स और लोहे के दांतों के बीच लोहे (आमतौर पर ट्रांसफार्मर # शीट धातु से बना निर्माण) होता है। रोटर और स्टेटर के बीच की खाई को भी यथासंभव छोटा बनाया जाता है। यह सब चुंबकीय सर्किट  की चुंबकीय अनिच्छा को कम करने के लिए किया जाता है जिसके माध्यम से रोटर कॉइल्स द्वारा बनाए गए चुंबकीय क्षेत्र यात्रा करते हैं, जो इन मशीनों को अनुकूलित करने के लिए महत्वपूर्ण है।

बड़ी ब्रश वाली मशीनें जो डीसी के साथ स्टेटर वाइंडिंग्स में सिंक्रोनस गति से चलती हैं, बिजली संयंत्र ों में सबसे आम जनरेटर हैं, क्योंकि वे ग्रिड को प्रतिक्रियाशील शक्ति भी प्रदान करते हैं, क्योंकि उन्हें टरबाइन द्वारा शुरू किया जा सकता है और क्योंकि इस प्रणाली में मशीन कर सकती है नियंत्रक के बिना निरंतर गति से बिजली उत्पन्न करें। इस प्रकार की मशीन को अक्सर साहित्य में सिंक्रोनस मशीन के रूप में जाना जाता है।

इस मशीन को स्टेटर कॉइल को ग्रिड से जोड़कर और इन्वर्टर से एसी के साथ रोटर कॉइल की आपूर्ति करके भी चलाया जा सकता है। लाभ यह है कि मशीन की घूर्णन गति को आंशिक रेटेड इन्वर्टर से नियंत्रित करना संभव है। इस तरह से चलाने पर मशीन को डबल फेड इलेक्ट्रिक मशीन#डबल फेड इंडक्शन जनरेटर|ब्रश्ड डबल फीड इंडक्शन मशीन के रूप में जाना जाता है। इंडक्शन भ्रामक है क्योंकि इंडक्शन द्वारा स्थापित मशीन में कोई उपयोगी करंट नहीं है।

प्रेरण मशीनें
इंडक्शन मोटर में शॉर्ट सर्कुलेट रोटर कॉइल होते हैं जहां इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन द्वारा एक करंट सेट और मेंटेन किया जाता है। इसके लिए आवश्यक है कि रोटर सिंक्रोनस गति के अलावा अन्य गति से घूमता है, ताकि रोटर कॉइल्स स्टेटर कॉइल्स द्वारा बनाए गए एक अलग चुंबकीय क्षेत्र के अधीन हों। एक प्रेरण मशीन एक अतुल्यकालिक मशीन है।

प्रेरण ब्रश की आवश्यकता को समाप्त करता है जो आमतौर पर एक इलेक्ट्रिक मशीन में एक कमजोर हिस्सा होता है। यह उन डिज़ाइनों की भी अनुमति देता है जो रोटर के निर्माण को बहुत आसान बनाते हैं। एक धातु सिलेंडर रोटर के रूप में काम करेगा, लेकिन दक्षता में सुधार करने के लिए एक गिलहरी पिंजरे रोटर या बंद घुमाव वाले रोटर का आमतौर पर उपयोग किया जाता है। एसिंक्रोनस इंडक्शन मशीनों की गति बढ़े हुए भार के साथ कम हो जाएगी क्योंकि पर्याप्त रोटर करंट और रोटर चुंबकीय क्षेत्र स्थापित करने के लिए स्टेटर और रोटर के बीच एक बड़ा गति अंतर आवश्यक है। एसिंक्रोनस इंडक्शन मशीनें बनाई जा सकती हैं ताकि अगर वे एसी ग्रिड से जुड़े हों तो वे बिना किसी नियंत्रण के शुरू और चलती हैं, लेकिन शुरुआती टॉर्क कम है।

एक विशेष मामला रोटर में सुपरकंडक्टर के साथ एक इंडक्शन मशीन होगी। सुपरकंडक्टर्स में करंट इंडक्शन द्वारा सेट किया जाएगा, लेकिन रोटर सिंक्रोनस गति से चलेगा क्योंकि रोटर करंट को बनाए रखने के लिए स्टेटर में चुंबकीय क्षेत्र और रोटर की गति के बीच गति अंतर की कोई आवश्यकता नहीं होगी।

एक और विशेष मामला डबल फेड इलेक्ट्रिक मशीन # ब्रशलेस डबल फेड वर्जन होगा, जिसमें स्टेटर में कॉइल का डबल सेट होता है। चूंकि इसके स्टेटर में दो गतिमान चुंबकीय क्षेत्र हैं, यह सिंक्रोनस या एसिंक्रोनस गति के बारे में बात करने का कोई अर्थ नहीं देता है।

अनिच्छा मशीनें
अनिच्छा मोटर में रोटर पर कोई वाइंडिंग नहीं होती है, केवल एक फेरोमैग्नेटिक सामग्री का आकार होता है ताकि स्टेटर में इलेक्ट्रोमैग्नेट्स रोटर में दांतों को पकड़ सकें और इसे थोड़ा आगे बढ़ा सकें। इसके बाद इलेक्ट्रोमैग्नेट को बंद कर दिया जाता है, जबकि रोटर को और आगे ले जाने के लिए इलेक्ट्रोमैग्नेट का एक और सेट चालू किया जाता है। एक अन्य नाम स्टेप मोटर है, और यह कम गति और सटीक स्थिति नियंत्रण के लिए अनुकूल है। प्रदर्शन में सुधार के लिए अनिच्छा मशीनों को स्टेटर में स्थायी चुंबक के साथ आपूर्ति की जा सकती है। कॉइल में एक नकारात्मक धारा भेजकर "इलेक्ट्रोमैग्नेट" को फिर "बंद" कर दिया जाता है। जब करंट सकारात्मक होता है तो चुंबक और करंट एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र बनाने के लिए सहयोग करते हैं जो धाराओं के अधिकतम निरपेक्ष मान को बढ़ाए बिना अनिच्छा मशीन के अधिकतम टॉर्क में सुधार करेगा।

इलेक्ट्रोस्टैटिक मशीन
इलेक्ट्रोस्टैटिक मोटर में, रोटर और स्टेटर में विद्युत आवेश के आकर्षण या प्रतिकर्षण द्वारा टोक़ बनाया जाता है।

इलेक्ट्रोस्टैटिक जनरेटर विद्युत आवेश का निर्माण करके बिजली उत्पन्न करते हैं। शुरुआती प्रकार घर्षण मशीनें थीं, बाद में प्रभावित करने वाली मशीनें थीं जो  इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रेरण  द्वारा काम करती थीं।  वान डी ग्राफ जनरेटर  एक इलेक्ट्रोस्टैटिक जनरेटर है जो आज भी अनुसंधान में प्रयोग किया जाता है।

होमोपोलर मशीन
होमोपोलर मोटर सही डीसी मशीनें हैं जहां ब्रश के माध्यम से चरखा को करंट की आपूर्ति की जाती है। पहिया एक चुंबकीय क्षेत्र में डाला जाता है, और टोक़ बनाया जाता है क्योंकि चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से किनारे से चक्र के केंद्र तक वर्तमान यात्रा होती है।

इलेक्ट्रिक मशीन सिस्टम
इलेक्ट्रिक मशीनों के अनुकूलित या व्यावहारिक संचालन के लिए, आज की इलेक्ट्रिक मशीन सिस्टम इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण से पूरित हैं।

संदर्भ

 * Chapman, Stephen J. 2005. Electrical Machinery Fundamentals. 4th Ed. New York: McGraw Hill.

आगे की पढाई

 * This has a detailed survey of the contemporaneous history and state of electric machines.