भंवर धारा गतिरोधक

भंवर विद्युत धारा ब्रेक, जिसे प्रेरण ब्रेक, विद्युत ब्रेक या विद्युत मंदक के रूप में भी जाना जाता है, एक उपकरण है जिसका उपयोग भंवर धाराओं को उत्पन्न करके गतिमान वस्तु को धीरे करने या रोकने के लिए किया जाता है और इस प्रकार इसकी गतिज ऊर्जा को ऊष्मा के रूप में क्षयी कर देता है। घर्षण ब्रेक के विपरीत, जहां गतिमान वस्तु को रोकने वाला घर्षण बल एक साथ दाबित किए गए दो सतहों के बीच घर्षण द्वारा प्रदान किया जाता है, भंवर विद्युत धारा ब्रेक में घर्षण बल एक चुंबक और पास की विद्युत चालन वस्तु के बीच एक विद्युत चुम्बकीय बल होता है, जो सापेक्ष गति में होता है। विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के माध्यम से चालक में भंवर धाराएं प्रेरित होती हैं।

फैराडे के प्रेरण के नियम द्वारा वर्णित एक स्थिर चुंबक के पीछे चलने वाली एक प्रवाहकीय सतह चुंबकीय क्षेत्र द्वारा प्रेरित भंवर धाराओं नामक परिपत्र विद्युत धाराओं को विकसित करती है। लेन्ज़ के नियम के अनुसार, परिसंचारी धाराएँ स्वयं के चुंबकीय क्षेत्र का निर्माण करती हैं जो चुंबक के क्षेत्र का प्रतिरोध करता है। इस प्रकार गतिमान चालक चुंबक से एक घर्षण बल का अनुभव करता है जो इसकी गति का प्रतिरोध करता है, इसके वेग के समानुपाती होता है। गतिमान वस्तु की गतिज ऊर्जा चालक के विद्युत प्रतिरोध के माध्यम से प्रवाहित धारा द्वारा ऊष्मा के रूप में क्षयित हो जाती है।

एक भंवर विद्युत धारा ब्रेक में चुंबकीय क्षेत्र एक स्थायी चुंबक या एक विद्युत चुंबक द्वारा बनाया जा सकता है। विद्युत चुंबक प्रणाली के साथ, वैद्युतचुंबक कुंडलन में विद्युत प्रवाह को परिवर्ती ब्रेकिंग बल को प्रारंभ और बंद (या विविध) किया जा सकता है। एक अन्य लाभ यह है कि क्योंकि ब्रेक घर्षण द्वारा काम नहीं करता है, विघर्षण के लिए कोई ब्रेक शु सतह नहीं होती है, जिससे घर्षण ब्रेक के साथ प्रतिस्थापन समाप्त हो जाता है। एक हानि यह है कि क्योंकि ब्रेकिंग बल ब्रेक के सापेक्ष वेग के समानुपाती होता है, गतिमान वस्तु के स्थिर होने पर ब्रेक में कोई धारण बल नहीं होता है, जैसा कि घर्षण ब्रेक में स्थिर घर्षण द्वारा प्रदान किया जाता है, इसलिए वाहनों में इसे घर्षण ब्रेक द्वारा पूरक किया जाना चाहिए।

तीव्र-गति ट्रेनों और रोलर कॉस्टर को धीरे करने के लिए भंवर विद्युत धारा ब्रेक का उपयोग किया जाता है, अर्द्ध ट्रेलर ट्रकों में घर्षण ब्रेक के पूरक के रूप में ब्रेक विघर्षण और अधितापन को रोकने में सहायता करने के लिए, बिजली बंद होने पर बिजली के उपकरणों को जल्दी से रोकने के लिए, और विद्युत उपयोगिताओं द्वारा विद्युत मीटरों में उपयोग किए जाते है।

प्रक्रिया और सिद्धांत
एक भंवर विद्युत धारा ब्रेक में धातु का एक प्रवाहकीय टुकड़ा होता है, या तो एक सीधी पट्टी या एक डिस्क होती है, जो चुंबक के चुंबकीय क्षेत्र, या तो एक स्थायी चुंबक या एक विद्युत चुंबक के माध्यम से चलती है। जब यह स्थिर चुम्बक से आगे बढ़ता है, चुम्बक धातु पर एक घर्षण बल लगाता है जो चुंबकीय क्षेत्र द्वारा धातु में प्रेरित गोलाकार विद्युत धाराओं जिसे भंवर धारा कहा जाता है, के कारण इसकी गति का प्रतिरोध करता है। ध्यान दें कि प्रवाहकीय परत लौह या स्टील जैसे लौह-चुंबकीय धातु से नहीं बनी है; सामान्यतः तांबे या एल्यूमीनियम का उपयोग किया जाता है, जो चुंबक से आकर्षित नहीं होती हैं। चुंबक के लिए लोहचुंबकीय धातु के साधारण आघर्षण से ब्रेक काम नहीं करता है।

आरेख को दाईं ओर देखें। यह एक धातु की चादर (C) को एक चुंबक के नीचे दाहिनी ओर बढ़ते हुए दिखाता है। चुंबक के उत्तरी ध्रुव N का चुंबकीय क्षेत्र ( B, हरा तीर ) चादर से नीचे की ओर उतीर्ण होता है। क्योंकि धातु गतिमान है, चादर के माध्यम से चुंबकीय प्रवाह बदल रहा है। चुंबक के अग्रगामी कोर के नीचे चादर के हिस्से में (बाईं ओर) चादर के माध्यम से चुंबकीय क्षेत्र बढ़ रहा है क्योंकि यह चुंबक के निकट आता है। फैराडे के प्रेरण के नियम से, यह क्षेत्र चादर में विद्युत धारा ( I, red ) के वामावर्त प्रवाह को प्रेरित करता है। यह भंवर धारा है। इसके विपरीत, चुंबक (दाईं ओर) के अनुगामी कोर पर चादर के माध्यम से चुंबकीय क्षेत्र ह्रासमान रहा है, जिससे चादर में दक्षिणावर्त भंवर का प्रवाह होता है।

क्रिया को समझने का एक अन्य मार्ग यह देखना है कि धातु की चादर में निःशुल्क आवेश वाहक (इलेक्ट्रॉन) दाईं ओर जा रहे हैं, इसलिए चुंबकीय क्षेत्र लोरेंत्ज़ बल के कारण उन पर पार्श्व बल लगाता है। क्योंकि आवेशों का वेग 'v' दाहिनी ओर है और चुंबकीय क्षेत्र 'B' नीचे की ओर निर्देशित है, दाएँ हाथ के नियम से सकारात्मक आवेशों पर लोरेंत्ज़ बल q'v'×'B' आरेख में पीछे की ओर है (बाईं ओर जब चादर की गति की दिशा में सामना करना पड़ रहा है) यह चुंबक के नीचे/पीछे की ओर एक धारा का कारण बनता है, जो चुंबकीय क्षेत्र के बाहर चादर के हिस्सों के चारों ओर चक्कर लगाता है, दक्षिणावर्त दाईं ओर और वामावर्त बाएँ, फिर से चुंबक के सामने हैं। धातु में गतिशील आवेश वाहक, इलेक्ट्रॉन, वास्तव में एक ऋणात्मक आवेश रखते हैं, इसलिए उनकी गति दिखाई गई पारंपरिक धारा की दिशा के विपरीत होती है।

जैसा कि एम्पीयर के परिपथीय नियम द्वारा वर्णित है, इनमें से प्रत्येक वृत्ताकार धारा एक विपरीत चुंबकीय क्षेत्र ( नीला तीर ) बनाती है, जो लेंज़ के नियम के अनुसार चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन का प्रतिरोध करती है, जिसके कारण चादर पर खिंचाव बल जो ब्रेक द्वारा लगाया गया ब्रेकिंग बल है। दाहिने हाथ के नियम द्वारा चुंबक (बाईं ओर) के अग्रणी कोर पर वामावर्त धारा चुंबक के क्षेत्र का प्रतिरोध करते हुए ऊपर की ओर अंकित एक चुंबकीय क्षेत्र बनाती है, जिससे चादर और चुंबक के अग्रणी कोर के बीच एक प्रतिकारक बल उत्पन्न होता है। इसके विपरीत, अनुगामी कोर (दाईं ओर) पर, दक्षिणावर्त धारा एक चुंबकीय क्षेत्र को नीचे की ओर अंकित करती है, उसी दिशा में जैसे चुंबक का क्षेत्र, चादर और चुंबक के अनुगामी कोर के बीच एक आकर्षक बल बनाता है। ये दोनों बल चादर की गति का प्रतिरोध करते हैं। इस घर्षण बल पर काबू पाने वाली गतिज ऊर्जा धातु के विद्युत प्रतिरोध के माध्यम से बहने वाली धाराओं द्वारा गर्मी के रूप में क्षयी हो जाती है, इसलिए धातु चुंबक के नीचे उष्ण हो जाती है।

भंवर विद्युत धारा ब्रेक का ब्रेकिंग बल वेग V के समानुपाती होता है, इसलिए यह एक तरल में चिपचिपा घर्षण के समान कार्य करता है। वेग कम होने पर ब्रेकिंग बल कम हो जाता है। जब प्रवाहकीय चादर स्थिर होती है, तो इसके प्रत्येक भाग के माध्यम से चुंबकीय क्षेत्र स्थिर होता है, समय के साथ नहीं बदलता है, इसलिए कोई भंवर धाराएं प्रेरित नहीं होती हैं, और चुंबक और चालक के बीच कोई बल नहीं होता है। इस प्रकार एक भंवर विद्युत धारा ब्रेक में कोई धारण बल नहीं होता है।

भंवर विद्युत धारा ब्रेक दो ज्यामिति में आते हैं: भौतिक कार्य सिद्धांत दोनों के लिए समान है।
 * एक रैखिक भंवर विद्युत धारा ब्रेक में, प्रवाहकीय टुकड़ा एक सीधी रेल या ट्रैक है जो चुंबक के साथ चलता है।
 * एक गोलाकार, डिस्क या चक्रीय भंवर विद्युत धारा ब्रेक में, चालक एक समतल डिस्क घूर्णक होता है जो चुंबक के ध्रुवों के बीच घूमता है।

डिस्क भंवर विद्युत धारा ब्रेक
डिस्क विद्युत चुम्बकीय ब्रेक का उपयोग ट्रेनों जैसे वाहनों और विद्युत उपकरण जैसे गोल आरी में किया जाता है, अतः बिजली बंद होने पर ब्लेड को जल्दी से विराम किया जा सके। एक डिस्क भंवर विद्युत धारा ब्रेक में एक चालकीय गैर लौह-चुंबकीय धातु डिस्क (रोटर) होता है जो वाहन के पहिए के एक्सल से जुड़ा होता है, डिस्क के प्रत्येक तरफ इसके ध्रुवों के साथ स्थित एक विद्युत चुम्बक होता है, इसलिए चुंबकीय क्षेत्र से होकर उतीर्ण होता है। विद्युत चुम्बक ब्रेकिंग बल को विविध होने की अनुमति देता है। जब विद्युत चुम्बक की कुंडलन से कोई विद्युत धारा से नहीं उतीर्ण होता है, तो कोई ब्रेकिंग बल नहीं होता है। जब चालक ब्रेक पैडल पर कदम रखता है, तो विद्युत चुम्बकीय कुंडलन्स के माध्यम से विद्युत धारा को प्रवाहित होता है, जिससे एक चुंबकीय क्षेत्र निर्माण होता है। कुंडलन में जितना अधिक विद्युत धारा होती है, भंवर की धारा उतनी ही अधिक होती है और ब्रेकिंग बल उतना ही मजबूत होता है। बिजली उपकरण ब्रेक स्थायी चुम्बक का उपयोग करते हैं, जो बिजली बंद होने पर एक सहलग्नता द्वारा डिस्क से संलग्न हुए होते हैं। डिस्क के प्रतिरोध से गुजरने वाली भंवर धाराओं द्वारा वाहन की गति की गतिज ऊर्जा को जूल ऊष्मा में क्षयित कर दिया जाता है, इसलिए पारंपरिक घर्षण डिस्क ब्रेक की तरह, डिस्क उष्ण हो जाती है। नीचे दिए गए रैखिक ब्रेक के विपरीत, डिस्क की धातु चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से बार-बार उतीर्ण होती है, इसलिए डिस्क भंवर के विद्युत धारा ब्रेक रैखिक भंवर विद्युत धारा ब्रेक की तुलना में अधिक उष्ण होते हैं।

जापानी शिंकान्सेन ट्रेनों ने 100 श्रृंखला शिंकानसेन के बाद से ट्रेलर कारों पर परिपत्रक भंवर विद्युत धारा ब्रेक प्रणाली लगाया था। N700 श्रेणी शिंकनसेन ने पुनर्जनक ब्रेक के पक्ष में भंवर विद्युत धारा ब्रेक को छोड़ दिया, क्योंकि ट्रेनसेट में 16 में से 14 कारों में विद्युत् मोटर का उपयोग किया गया था। पुनर्जनक ब्रेक में, पहिया को चलाने वाली मोटर का उपयोग विद्युत प्रवाह उत्पन्न करने के लिए विद्युत जनित्र के रूप में किया जाता है, जिसका उपयोग बैटरी को चार्ज करने के लिए किया जा सकता है, जिससे ऊर्जा का पुन: उपयोग किया जा सकता है।

डायनेमोमीटर भंवर विद्युत धारा अवशोषक
अधिकांश शैसी डायनेमोमीट और कई इंजन डायनोस इंजन पर विद्युत रूप से समायोज्य भार प्रदान करने के साधन के रूप में भंवर-विद्युत धारा ब्रेक का उपयोग करते हैं। ऐसे अनुप्रयोगों में उन्हें प्रायः "अवशोषक" के रूप में संदर्भित किया जाता है।

सस्ते वायुशीतलित संस्करण सामान्यतः शैसी डायनेमोमीटर पर उपयोग किया जाता हैं, जहां उनके स्वाभाविक रूप से उच्च-जड़ता वाले इस्पात रोटर एक दायित्व के अपेक्षा एक संपत्ति होते हैं। इसके विपरीत, निष्पादन इंजन डायनेमोमीटर कम-जड़ता, उच्च आरपीएम, द्रव-शीतित विन्यास का उपयोग करते हैं। महंगे एसी-मोटर आधारित डायनेमोमीटर की तुलना में ऐसे अनुप्रयोगों में भंवर-विद्युत धारा अवशोषक के डाउनसाइड्स, स्टॉल-स्पीड (शून्य आरपीएम) भारण या इंजन को मोटर प्रदान करने में असामर्थ्य है - प्रारम्भ करने या मोटरिंग (ढलान अनुरूपण) के लिए।

क्योंकि वे वास्तव में ऊर्जा को अवशोषित नहीं करते हैं, परीक्षण कोशिका क्षेत्र से उनकी विकिरणित गर्मी को स्थानांतरित करने के प्रावधान प्रदान किए जाने चाहिए या तो एक उच्च-मात्रा वाला वायु-संचार या जल-से-वायु ताप विनिमायक अतिरिक्त लागत और जटिलता जोड़ता है। इसके विपरीत,उच्च अंत एसी-मोटर डायनेमोमीटर साफ-साफ इंजन की शक्ति को ग्रिड में लौटाते हैं।

रैखिक भंवर विद्युत धारा ब्रेक
कुछ रेल वाहनों, जैसे ट्रेनों में रैखिक भंवर के विद्युत धारा ब्रेक का उपयोग किया जाता है। सवारी के अंत में कारों को आसानी से रोकने के लिए रोलर कोस्टर पर उनका उपयोग किया जाता है।

रैखिक भंवर विद्युत धारा ब्रेक में रेल के साथ स्थित विद्युत कॉइल के साथ एक चुंबकीय योजक होता है, जिसे दक्षिण और उत्तर चुंबकीय ध्रुवों के रूप में बारी-बारी से चुंबकित किया जाता है। यह चुंबक रेल को नहीं छूता है, लेकिन लगभग 7 mm की रेल से लगातार छोटी दूरी पर रखा जाता है (भंवर विद्युत धारा ब्रेक को किसी अन्य उपकरण, चुंबकीय ब्रेक के साथ अस्पष्ट नहीं होना चाहिए, जो रेल के साथ ब्रेक शू के घर्षण द्वारा ब्रेकिंग बल को बढ़ाता है)। (यांत्रिक ब्रेक के विपरीत, जो घर्षण और गतिज ऊर्जा पर आधारित होते हैं, भंवर विद्युत धारा ब्रेक वस्तुओं को गतिमान से रोकने के लिए विद्युत चुम्बकि पर निर्भर होते हैं।) यह चालकीय रेल में भंवर विद्युत धारा के बंद लूप को प्रेरित करके डिस्क भंवर विद्युत धारा ब्रेक के समान काम करता है। प्रवाहकीय रेल में विद्युत धारा, जो विपरीत चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है जो ट्रेन की गति का प्रतिरोध करता है।

गतिमान वाहन की गतिज ऊर्जा रेल के विद्युत प्रतिरोध के माध्यम से प्रवाही भंवर धारा द्वारा ऊष्मा में परिवर्तित हो जाती है, जिससे रेल का ताप बढ़ जाता है। रैखिक ब्रेक का एक लाभ यह है कि रेल का प्रत्येक खंड ब्रेक के चुंबकीय क्षेत्र से केवल एक बार उतीर्ण होता है, डिस्क ब्रेक के विपरीत जिसमें डिस्क का प्रत्येक खंड ब्रेक के माध्यम से बार-बार उतीर्ण होता है, रेल डिस्क की तरह ऊष्म नहीं होता है, इसलिए रैखिक ब्रेक अधिक ऊर्जा को क्षयित कर सकता है और डिस्क ब्रेक की तुलना में उच्च शक्ति को अनुमतांकन प्राप्त कर सकता है।

भंवर विद्युत धारा ब्रेक का रेल के साथ कोई यांत्रिक संपर्क नहीं होता है, इस प्रकार कोई घिसाव नहीं होता है, और न तो आवाज़ करता है और न ही गंध। भंवर विद्युत धारा ब्रेक कम गति पर अनुपयोगी है, लेकिन आपातकालीन ब्रेकिंग और सर्विस ब्रेकिंग के लिए उच्च गति पर इसका उपयोग किया जा सकता है।

ट्रांस-यूरोपियन हाई-स्पीड रेल के लिए यूरोपीय संघ के टीएसआई ( इंटरऑपरेबिलिटी के लिए तकनीकी विनिर्देश ) अनुशंसा करता है कि सभी नव निर्मित हाई-स्पीड लाइनों को एडी वर्तमान ब्रेक संभव बनाना चाहिए।

इस तरह के ब्रेकिंग सिस्टम का उपयोग करने वाली व्यावसायिक परिसंचरण में पहली ट्रेन सीमेंस वेलारो रही है।

आधुनिक रोलर कोस्टर इस प्रकार की ब्रेकिंग का उपयोग करते हैं। बिजली आउटेज से उत्पन्न जोखिम से बचने के लिए, वे विद्युत चुम्बकों के बजाय स्थायी चुम्बकों का उपयोग करते हैं, इस प्रकार बिजली की आपूर्ति की आवश्यकता नहीं होती है। इस एप्लिकेशन में ब्रेकिंग स्ट्रेंथ को इलेक्ट्रोमैग्नेट्स की तरह आसानी से एडजस्ट करने की संभावना नहीं है।

लैब प्रयोग
भौतिकी शिक्षा में कभी-कभी एड़ी धाराओं और चुंबकीय ब्रेकिंग के पीछे के सिद्धांत को स्पष्ट करने के लिए एक सरल प्रयोग किया जाता है। जब एक मजबूत चुंबक को एक ऊर्ध्वाधर, गैर-लौह, प्रवाहकीय पाइप में गिराया जाता है, तो पाइप में एड़ी की धाराएं प्रेरित होती हैं, और ये चुंबक के नीचे उतरने को धीमा कर देती हैं, इसलिए यह मुक्त रूप से गिरने की तुलना में धीमी गति से गिरती है। जैसा कि लेखकों के एक समूह ने समझाया

{{quote|If one views the magnet as an assembly of circulating atomic currents moving through the pipe, [then] Lenz’s law implies that the induced eddies in the pipe wall counter circulate ahead of the moving magnet and co-circulate behind it. But this implies that the moving magnet is repelled in front and attracted in rear, hence acted upon by a retarding force.

ट्रांस-यूरोपियन तीव्र-गति रेल के लिए यूरोपीय संघ के टीएसआई (अंतरप्रचालनीयता के लिए तकनीकी विनिर्देश) अनुशंसा करता है कि सभी नव निर्मित तीव्र-गति लाइनों को भंवर वर्तमान ब्रेक संभव बनाना चाहिए।

इस तरह के ब्रेकिंग प्रणाली का उपयोग करने वाली व्यावसायिक परिसंचरण में पहली ट्रेन आईसीई 3 रही है।

आधुनिक रोलर कोस्टर इस प्रकार की ब्रेकिंग का उपयोग करते हैं। बिजली कटौती से उत्पन्न जोखिम से बचने के लिए, वे विद्युत चुम्बकों के बदले स्थायी चुम्बकों का उपयोग करते हैं, इस प्रकार बिजली की आपूर्ति की आवश्यकता नहीं होती है। इस एप्लिकेशन में ब्रेकिंग प्रबलता को विद्युत चुम्बक की तरह आसानी से नियंत्रित करने की संभावना नहीं है।

प्रयोगशाला प्रयोग
भौतिकी शिक्षा में कभी-कभी भंवर धाराओं और चुंबकीय ब्रेकिंग के पीछे के सिद्धांत को स्पष्ट करने के लिए एक सरल प्रयोग किया जाता है। जब एक प्रबल चुंबक को एक ऊर्ध्वाधर, गैर-लौह, प्रवाहकीय पाइप में गिराया जाता है, तो पाइप में भंवर की धाराएं प्रेरित होती हैं, और ये चुंबक के नीचे उतरने को धीरे कर देती हैं, इसलिए यह मुक्त रूप से गिरने की तुलना में धीमी गति से गिरती है। जैसा कि लेखकों के एक समूह ने समझाया:"यदि कोई चुंबक को पाइप के माध्यम से चलने वाली परमाणु धाराओं के संचलन के एक संयोजन के रूप में देखता है, [तो] लेनज़ के नियम का अर्थ यह है कि पाइप दीवार काउंटर में प्रेरित भंवरज गतिमान चुंबक के आगे घूमते हैं और इसके पीछे सह-परिसंचारित होते हैं। लेकिन इसका तात्पर्य यह है कि गतिमान चुम्बक को आगे की ओर प्रतिकर्षित किया जाता है और पीछे की ओर आकर्षित किया जाता है, इसलिए एक मंदक बल द्वारा कार्य किया जाता है।"विशिष्ट प्रयोगों में, छात्र कार्डबोर्ड ट्यूब की तुलना में तांबे की ट्यूब के माध्यम से चुंबक के गिरने के धीमे समय को मापते हैं, और जब चुंबक गिरता है तो पाइप के चारों ओर तार के लूप में प्रेरित भंवर विद्युत धारा की स्पंद का निरीक्षण करने के लिए आस्टसीलस्कप का उपयोग कर सकते हैं।

यह भी देखें

 * गतिशील ब्रेकिंग- या तो धारा नियंत्रक (ट्रेन के भीतर प्रतिरोधक बैंकों में गर्मी के रूप में ट्रेन की ऊर्जा को क्षयी करना, या पुनर्योजी जहां ऊर्जा विद्युत आपूर्ति प्रणाली में वापस आ जाती है)
 * विद्युत चुम्बकीय ब्रेक (या विद्युत-यांत्रिक ब्रेक)- रेल पर यांत्रिक रूप से ब्रेक दबाने के लिए चुंबकीय बल का उपयोग करें
 * रैखिक प्रेरण मोटर का उपयोग पुनर्योजी ब्रेक के रूप में किया जा सकता है

संदर्भ


Frein à courants de Foucault Wervelstroomrem