प्रेरण जनित्र (इंडक्शन जेनरेटर)

प्रेरण जनरेटर या अतुल्यकालिक जनरेटर एक प्रकार का प्रत्यावर्ती धारा (एसी) विद्युत जनरेटर है जो विद्युत शक्ति का उत्पादन करने के लिए प्रेरण मोटर्स के सिद्धांतों का उपयोग करता है। प्रेरण जनरेटर तुल्‍यकालिक गति की तुलना में यांत्रिक रूप से अपने रोटर्स को तेजी से घुमाते हुए काम करते हैं। नियमित एसी प्रेरण मोटर को प्रायः बिना किसी आंतरिक संशोधन के जनरेटर के रूप में प्रयोग किया जा सकता है। क्योंकि वे अपेक्षाकृत सरल नियंत्रणों के साथ ऊर्जा की वसूली कर सकते हैं, प्रेरण जनरेटर मिनी हाइड्रो पावर प्लांट, पवन चक्की, या उच्च दाब गैस धाराओं को कम दाब में कम करने जैसे अनुप्रयोगों में उपयोगी होते हैं।

प्रेरण जनरेटर बाहरी स्रोत से प्रतिक्रियाशील उत्तेजना धारा खींचता है। प्रेरण जनरेटर में एक एसी रोटर होता है और तुल्‍यकालिक मशीनों के रूप में विऊर्जायन वितरण प्रणाली को ब्लैक स्टार्ट करने के लिए अवशिष्ट चुंबकीयकरण का उपयोग करके बूटस्ट्रैप नहीं कर सकता है। परिवर्तनीय प्रतिक्रियाशील उत्तेजना विद्युत की निरंतर मात्रा को निष्प्रभाव करने के लिए संधारित्र को सही करने वाले पावर कारक को बाह्य रूप से जोड़ा जा सकता है। प्रेरण जनरेटर प्रारम्भ करने के बाद प्रतिक्रियाशील उत्तेजना विद्युत का उत्पादन करने के लिए संधारित्र बैंक का उपयोग कर सकता है, लेकिन पृथक बिजली व्यवस्था के वोल्टेज और आवृत्ति स्व-विनियमन नहीं कर रहे हैं और आसानी से अस्थिर हो जाते हैं।

संचालन का सिद्धांत
प्रेरण जनरेटर विद्युत शक्ति का उत्पादन करता है जब उसका रोटर तुल्‍यकालिक गति से तेज हो जाता है। 60 हर्ट्ज स्रोत द्वारा संचालित चार-ध्रुव मोटर (स्थिरक पर ध्रुवों के दो जोड़े) के लिए, तुल्यकालिक गति 1800 घूर्णन प्रति मिनट (आरपीएम) और 1500 आरपीएम 50 हर्ट्ज पर संचालित होती है। मोटर हमेशा तुल्यकालिक गति से थोड़ी धीमी गति से घूमती है। तुल्यकालिक और संचालन गति के बीच के अंतर को "विसर्पण (स्लिप)" कहा जाता है और इसे प्रायः तुल्यकालिक गति के प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जाता है। उदाहरण के लिए, 1500 आरपीएम (RPM) की तुल्यकालिक गति वाले 1450 आरपीएम (RPM) पर चलने वाली मोटर +3.3% की विसर्पण पर चल रही है।

मोटर के रूप में संचालन में, स्थिरक प्रवाह घूर्णन तुल्यकालिक गति पर होता है, जो घूर्णक गति से तेज होता है। यह स्थिरक प्रवाह को स्थिरक और घूर्णक के बीच पारस्परिक अधिष्ठापन के माध्यम से घूर्णक विद्युत को प्रेरित करने वाली विसर्पण आवृत्ति पर चक्र का कारण बनता है। प्रेरित धारा स्थिरक के विपरीत चुंबकीय ध्रुवीयता के साथ एक घूर्णक प्रवाह बनाती है। इस तरह, घूर्णक को स्थिरक प्रवाह के पीछे खींचा जाता है, घूर्णक में धाराओं के साथ विसर्पण आवृत्ति पर प्रेरित किया जाता है। मोटर उस गति से चलती है जहां प्रेरित घूर्णक धारा पिच्छाक्ष भार के बराबर बल आघूर्ण उत्पन्न करता है।

जेनरेटर संचालन में, मुख्य गतिमान (टरबाइन या इंजन) घूर्णक को तुल्यकालिक गति (ऋणात्मक विसर्पण) से ऊपर चलाता है। स्थिरक प्रवाह घूर्णक में धारा को प्रेरित करता है, लेकिन विरोधी घूर्णक प्रवाह अब स्थिरक कुंडली को काट रहा है, स्थिरक कुंडली में धारा को चुम्बकीय धारा के 270 ° पीछे, चुम्बकीय वोल्टेज के साथ चरण में प्रेरित किया जाता है। मोटर बिजली व्यवस्था को वास्तविक (चरणबद्ध) शक्ति प्रदान करता है।

उत्तेजन
घूर्णक में धारा को प्रेरित करने के लिए एक प्रेरण मोटर को स्थिरक कुंडलन में बाहरी रूप से आपूर्ति की जाने वाली धारा की आवश्यकता होती है। क्योंकि प्रेरण में विद्युत समय के संबंध में वोल्टेज का अभिन्न अंग है, ज्यावक्रीय वोल्टेज तरंग के लिए विद्युत वोल्टेज को 90 ° पीछे कर देता है, और प्रेरण मोटर हमेशा प्रतिक्रियाशील शक्ति की खपत करती है, चाहे वह विद्युत शक्ति की खपत कर रहा हो और यांत्रिक शक्ति को मोटर के रूप में वितरित कर रहा हो या यांत्रिक शक्ति की खपत कर रहा हो और प्रणाली को विद्युत शक्ति प्रदान कर रहा हो।

घूर्णक धारा को प्रेरित करने के लिए स्थिरक के लिए प्रवाह (प्रतिक्रियाशील शक्ति) को चुम्बकित करने के लिए उत्तेजना धारा का स्रोत अभी भी आवश्यक है। इसकी आपूर्ति विद्युत ग्रिड से की जा सकती है या, एक बार जब यह धारिता प्रतिघात से बिजली का उत्पादन प्रारम्भ कर देता है। प्रेरण मोटरों के लिए उत्पादन मोड घूर्णक को उत्तेजित करने की आवश्यकता से जटिल होता है, जो वैकल्पिक धारा से प्रेरित होता है, बंद करने पर विचुंबकित होता है, जिसमें प्रारंभन (कोल्ड स्टार्ट) को बूटस्ट्रैप करने के लिए कोई अवशिष्ट चुंबकीकरण नहीं होता है। उत्पादन को आरंभ करने के लिए चुंबकीयकरण के बाहरी स्रोत को जोड़ना आवश्यक है। बिजली की आवृत्ति और वोल्टेज स्व-विनियमन नहीं हैं। जनरेटर कार्यात्मक पृथक बिजली प्रणाली के निर्माण के लिए अधिक बाहरी उपकरणों की आवश्यकता वाले वोल्टेज के साथ विद्युत चरण से बाहर आपूर्ति करने में सक्षम होता है। इसी तरह एक शक्ति कारक प्रतिकारक के रूप में सेवारत एक तुल्यकालिक मोटर के साथ समानांतर में प्रेरण मोटर का संचालन होता है। ग्रिड के समानांतर जेनरेटर मोड में एक विशेषता यह है कि घूर्णक की गति चालन अवस्था की तुलना में अधिक होती है। फिर सक्रिय ऊर्जा ग्रिड को दी जा रही है। प्रेरण मोटर जनरेटर का एक और नुकसान यह है कि यह महत्वपूर्ण चुंबकीयकरण वर्तमान I0 = (20-35)% की खपत करता है।

सक्रिय शक्ति
लाइन को दी गई सक्रिय शक्ति समकालिक गति से ऊपर खिसकने के समानुपाती होती है।

जनरेटर की पूर्ण रेटेड शक्ति बहुत कम पर्ची मूल्यों (मोटर पर निर्भर, आमतौर पर 3%) पर पहुंच जाती है। 1800 rpm की समकालिक गति पर, जनरेटर कोई शक्ति उत्पन्न नहीं करेगा। जब ड्राइविंग गति को बढ़ाकर 1860 rpm कर दिया जाता है (सामान्य उदाहरण), तो पूर्ण आउटपुट पावर उत्पन्न होती है। यदि प्राइम मूवर जनरेटर को पूरी तरह से चलाने के लिए पर्याप्त शक्ति का उत्पादन करने में असमर्थ है, तो गति 1800 और 1860 आरपीएम रेंज के बीच रहेगी।

आवश्यक समाई
स्टैंड-अलोन मोड में उपयोग किए जाने पर एक संधारित्र बैंक  को मोटर को प्रतिक्रियाशील शक्ति की आपूर्ति करनी चाहिए। आपूर्ति की गई प्रतिक्रियाशील शक्ति उस प्रतिक्रियाशील शक्ति के बराबर या उससे अधिक होनी चाहिए जो जनरेटर सामान्य रूप से मोटर के रूप में काम करते समय खींचती है।

टॉर्क बनाम स्लिप
प्रेरण जनरेटर का मूल मौलिक यांत्रिक ऊर्जा से विद्युत ऊर्जा में रूपांतरण है। इसके लिए रोटर पर लगाए गए बाहरी टॉर्क को समकालिक गति से तेज गति से घुमाने की आवश्यकता होती है। हालाँकि, अनिश्चित काल तक बढ़ते टॉर्क से बिजली उत्पादन में अनिश्चितकालीन वृद्धि नहीं होती है। आर्मेचर से उत्तेजित घूमने वाला चुंबकीय क्षेत्र टॉर्क रोटर की गति का मुकाबला करने और विपरीत दिशा में प्रेरित गति के कारण ओवर स्पीड को रोकने का काम करता है। जैसे ही मोटर की गति बढ़ती है, काउंटर टॉर्क टॉर्क (ब्रेकडाउन टॉर्क) के अधिकतम मूल्य तक पहुंच जाता है, जो ऑपरेटिंग परिस्थितियों के अस्थिर होने से पहले तक काम कर सकता है। आदर्श रूप से, प्रेरण जनरेटर नो-लोड स्थिति और अधिकतम टोक़ क्षेत्र के बीच स्थिर क्षेत्र में सबसे अच्छा काम करते हैं।

रेटेड वर्तमान
जनरेटर के रूप में संचालित एक इंडक्शन मोटर द्वारा उत्पादित अधिकतम शक्ति जनरेटर की वाइंडिंग के रेटेड वर्तमान द्वारा सीमित होती है।

ग्रिड और स्टैंड-अलोन कनेक्शन
इंडक्शन जेनरेटर में, एयर गैप मैग्नेटिक फ्लक्स को स्थापित करने के लिए आवश्यक प्रतिक्रियाशील शक्ति मशीन से जुड़ी एक पावर फैक्टर करेक्शन यूनिट  द्वारा प्रदान की जाती है, जो स्टैंड-अलोन सिस्टम के मामले में होती है और ग्रिड कनेक्शन के मामले में इसे बनाए रखने के लिए ग्रिड से प्रतिक्रियाशील शक्ति खींचती है। एयर गैप फ्लक्स। ग्रिड से जुड़े सिस्टम के लिए, मशीन पर फ्रीक्वेंसी और वोल्टेज इलेक्ट्रिक ग्रिड द्वारा तय किए जाएंगे, क्योंकि यह पूरे सिस्टम की तुलना में बहुत छोटा है। स्टैंड-अलोन सिस्टम के लिए, आवृत्ति और वोल्टेज मशीन पैरामीटर, उत्तेजना के लिए उपयोग की जाने वाली क्षमता, और भार मान और प्रकार के जटिल कार्य हैं।

उपयोग करता है
अलग-अलग रोटर गति पर उपयोगी शक्ति का उत्पादन करने की उनकी क्षमता के कारण प्रेरण जनरेटर अक्सर पवन टर्बाइनों और कुछ सूक्ष्म जल प्रतिष्ठानों में उपयोग किए जाते हैं। इंडक्शन जनरेटर अन्य जनरेटर प्रकारों की तुलना में यंत्रवत् और विद्युत रूप से सरल होते हैं। वे अधिक ऊबड़-खाबड़ भी हैं, जिनमें ब्रश या कम्यूटेटर (विद्युत) की आवश्यकता नहीं होती है।

सीमाएं
कैपेसिटर सिस्टम से जुड़ा एक इंडक्शन जनरेटर अपने आप काम करने के लिए पर्याप्त प्रतिक्रियाशील शक्ति उत्पन्न कर सकता है। जब लोड करंट मैग्नेटाइजेशन रिएक्टिव पावर और लोड पावर दोनों की आपूर्ति करने के लिए जनरेटर की क्षमता से अधिक हो जाता है तो जनरेटर तुरंत बिजली उत्पादन बंद कर देगा। दूसरे शब्दों में: नकारात्मक स्लाइड से स्लिप (एस) शून्य (0) में और यह इंडक्शन मशीन को जनरेटर मोड से बाहर निकलने के कगार पर सेट करता है और मोटर मोड में प्रवेश करने के लिए तैयार होता है। इसके अलावा स्लिप (एस) का सकारात्मककरण प्रेरण को चलाता है एसिंक्रोनस मशीन मोटर मोड में। परिणाम: पावर फ्लो स्विच दिशा (भावना!): इंडक्शन मशीन इसे देने के बजाय पावर फॉर्म गर्ड का उपभोग करती है। लोड को हटा दिया जाना चाहिए और इंडक्शन जनरेटर या तो बाहरी डीसी मोटर के साथ फिर से चालू हो जाता है, या यदि मौजूद हो, कोर में अवशिष्ट चुंबकत्व। प्रेरण जनरेटर विशेष रूप से पवन उत्पादन स्टेशनों के लिए उपयुक्त होते हैं क्योंकि इस मामले में गति हमेशा एक चर कारक होती है। तुल्यकालिक मोटर्स के विपरीत, प्रेरण जनरेटर लोड पर निर्भर होते हैं और ग्रिड आवृत्ति नियंत्रण के लिए अकेले उपयोग नहीं किए जा सकते।

उदाहरण आवेदन
एक उदाहरण के रूप में, एसिंक्रोनस जनरेटर के रूप में 10 hp, 1760 r/min, 440 V, तीन-चरण प्रेरण मोटर (एक अतुल्यकालिक जनरेटर व्यवस्था में a.k.a. प्रेरण विद्युत मशीन) के उपयोग पर विचार करें। मोटर का फुल-लोड करंट 10 A है और फुल-लोड पावर फैक्टर 0.8 है।

यदि कैपेसिटर डेल्टा में जुड़े हुए हैं तो प्रति चरण आवश्यक समाई:
 * प्रत्यक्ष शक्ति $$S = \sqrt{3} E I = 1.73 * 440 * 10 = 7612 VA $$
 * सक्रिय शक्ति $$ P = S \cos(\theta) = 7612 * 0.8 = 6090 W $$
 * प्रतिक्रियाशील ऊर्जा $$Q = \sqrt{S^2-P^2} = 4567 VAR $$

एक मशीन को अतुल्यकालिक जनरेटर के रूप में चलाने के लिए, कैपेसिटर बैंक को न्यूनतम 4567/3 चरण = 1523 VAR प्रति चरण की आपूर्ति करनी चाहिए। प्रति कैपेसिटर वोल्टेज 440 V है क्योंकि कैपेसिटर डेल्टा में जुड़े हुए हैं।


 * कैपेसिटिव करंट आईसी = क्यू / ई = 1523/440 = 3.46 ए
 * कैपेसिटिव रिएक्शन प्रति फेज Xc = E/Ic = 127 Ω

प्रति चरण न्यूनतम समाई:
 * C = 1 / (2*π*f*Xc) = 1 / (2 * 3.141 * 60 * 127) = 21 माइक्रोफ़ारड।

यदि लोड भी प्रतिक्रियाशील शक्ति को अवशोषित करता है, तो क्षतिपूर्ति करने के लिए कैपेसिटर बैंक को आकार में बढ़ाया जाना चाहिए।

60 Hz की आवृत्ति उत्पन्न करने के लिए प्राइम मूवर गति का उपयोग किया जाना चाहिए:

आमतौर पर, जब मशीन मोटर के रूप में चल रही हो, तो पर्ची पूर्ण-लोड मान के समान होनी चाहिए, लेकिन नकारात्मक (जनरेटर संचालन):
 * यदि एनएस = 1800, कोई एन = एनएस + 40 आरपीएम चुन सकता है
 * आवश्यक प्राइम मूवर स्पीड N = 1800 + 40 = 1840 rpm।

यह भी देखें

 * बिजली पैदा करने वाला
 * इंडक्शन मोटर

संदर्भ

 * Electrical Machines, Drives, and Power Systems, 4th edition, Theodore Wildi, Prentice Hall, ISBN 0-13-082460-7, pages 311–314.

बाहरी कड़ियाँ

 * Testing of stand-alone and grid connected asynchronous generator