विद्युत् यंत्र

विद्युत अभियन्त्रण में, विद्युत मशीन विद्युत चुम्बकीय बलों का उपयोग करने वाली मशीनों के लिए एक सामान्य शब्द है। वे विद्युत-यांत्रिक ऊर्जा परिवर्तक हैं: एक विद्युत मोटर विद्युत को यांत्रिक शक्ति में परिवर्तित करती है जबकि एक विद्युत जनरेटर यांत्रिक शक्ति को बिजली में परिवर्तित गतिशील भाग नहीं है, ऊर्जा परिवर्तक भी हैं, जो एक वैकल्पिक धारा के वोल्टेज स्तर को बदलते हैं। देता है। एक मशीन में गतिशील भाग घूम सकते हैं (घूर्णन मशीन) या रैखिक (लिनियर मशीन)। मोटर और जेनरेटर के अलावा, एक तीसरी श्रेणी में अक्सर ट्रांसफार्मर शामिल होते हैं, जो हालांकि उनके पास कोई गतिशील भाग नहीं है, ऊर्जा परिवर्तक भी हैं, जो एक वैकल्पिक प्रवाह के वोल्टेज स्तर को बदलते हैं। विद्युत मशीनें, जेनरेटर के रूप में, पृथ्वी पर लगभग सभी विद्युत ऊर्जा का उत्पादन करती हैं, और विद्युत मोटर्स के रूप में उत्पादित सभी बिजली का लगभग 60% उपभोग करती हैं। 19वीं शताब्दी के मध्य में विद्युत मशीनें विकसित की गई थीं और उस समय से बुनियादी ढांचे का 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
विद्युत जनरेटर एक युक्ति है जो यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करती है। एक जनरेटर इलेक्ट्रॉनों को एक बाहरी विद्युत सर्किट के माध्यम से प्रवाह करने के लिए मजबूर करता है। यह कुछ हद तक पानी के पंप के अनुरूप है, जो पानी का प्रवाह बनाता है लेकिन अंदर पानी नहीं बनाता है। यांत्रिक ऊर्जा का स्रोत, प्राइम मूवर, एक पारस्परिकता या टरबाइन भाप का इंजन हो सकता है, टरबाइन या जलविद्युत के माध्यम से गिरने वाला पानी, एक आंतरिक दहन इंजन, एक पवन टरबाइन, एक क्रैंक (तंत्र), संपीड़ित हवा या यांत्रिक ऊर्जा का कोई अन्य स्रोत हो सकता है।

एक विद्युत मशीन के दो मुख्य भागों को यांत्रिक या विद्युत शब्दों में वर्णित किया जा सकता है। यांत्रिक शब्दों में, रोटर (बिजली) घूर्णन भाग है, और स्टेट। 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 सकर एक विद्युतल मशीन का स्थिर हिस्सा है। विद्युत के संदर्भ में, आर्मेचर शक्ति-उत्पादक घटक है और क्षेत्र एक विद्युत मशीन का चुंबकीय क्षेत्र घटक हैता है। जेनरेटर दो प्रकार के होते हैं, एसी जनरेटर और डीसी जनरेटर।

एसी जनरेटर
एक एसी जनरेटर यांत्रिक ऊर्जा को एसी बिजली में परिवर्तित करता है। क्योंकि क्षेत्र सर्किट में स्थानांतरित की गई शक्ति आर्मेचर सर्किट में स्थानांतरित की गई 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 मैग्नेटिक फ्लक्स रोटर में धाराओं को प्रेरित करता है। इसके बाद प्राइम मॉवर घूर्णक को तुल्यकालिक गति से ऊपर ले जाता है, जिससे विरोधी रोटर फ्लक्स स्टेटर कॉयल में सक्रिय धारा का उत्पादन करने वाले स्टेटर कॉयल को काट देता है, इस प्रकार बिजली को विद्युत ग्रिड में वापस भेज देता है। एक प्रेरण जनरेटर संयुक्त प्रणाली से प्रतिक्रियाशील शक्ति खींचता है और इसलिए शक्ति का एक अलग 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।      एक तुल्यकालिक जनरेटर (वैकल्पिक) में, चुंबकीय क्षेत्र के लिए वर्तमान एक अलग डीसी करंट स्रोत द्वारा प्रदान किया जाता है।  डीसी जेनरेटर

डीसी जनरेटर
डीसी जनरेटर एक मशीन है जो यांत्रिक ऊर्जा को प्रत्यक्ष विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करती है। एक डीसी जनरेटर आम तौर पर एक विभाजित रिंग के साथ एक दिक्परिवर्तक होता है जो एक प्रत्यावर्ती धारा के बजाय एक प्रत्यक्ष धारा का उत्पादन करता है।

मोटर
एक विद्युत मोटर विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है। विद्युत जनरेटर की रिवर्स प्रक्रिया, अधिकांश विद्युत मोटर्स अंत:क्रिया चुंबकीय क्षेत्र और वर्तमान-चालक के माध्यम से घूर्णी बल उत्पन्न करने के लिए संचालित होते हैं। मोटर और जेनरेटर में कई समानताएं हैं और कई प्रकार के विद्युत मोटर को जनरेटर के रूप में चलाया जा सकता है, और इसके विपरीत। विद्युत मोटर्स औद्योगिक प्रशंसकों, ब्लोअर और पंपों, मशीन टूल्स, घरेलू उपकरणों, बिजली उपकरणों और हार्ड ड्राइव जैसे विविध अनुप्रयोगों में पाए जाते हैं। उन्हें प्रत्यक्ष धारा द्वारा या वैकल्पिक धारा द्वारा संचालित किया जा सकता है जो दो मुख्य वर्गीकरण की ओर ले जाता है: एसी मोटर्स और डीसी यंत्र ।

एसी मोटर
एक एसी मोटर वैकल्पिक धारा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है। इसमें आम तौर पर दो बुनियादी भाग होते हैं, एक बाहरी स्थिर स्टेटर जिसमें कॉयल होते हैं जो एक घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र का उत्पादन करने के लिए वैकल्पिक प्रवाह  की आपूर्ति करते हैं, और आउटपुट शाफ्ट से जुड़े एक आंतरिक रोटर जो घूर्णन क्षेत्र द्वारा एक टॉर्क प्रदान करता है। दो मुख्य प्रकार के एसी मोटर्स इस्तेमाल किए जाने वाले रोटर के प्रकार से अलग होते हैं।
 * प्रेरण ( अतुल्यकालिक) मोटर, रोटर चुंबकीय क्षेत्र एक इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन धारा द्वारा बनाया जाता है। रोटर को प्रेरित धारा प्रदान करने के लिए स्टेटर चुंबकीय क्षेत्र की तुलना में थोड़ा धीमा (या तेज) होना चाहिए। इसमें तीन प्रकार के प्रेरण मोटर घूर्णक होते हैं, जो गिलहरी-पिंजरे रोटर, घाव रोटर मोटर और ठोस कोर रोटर होते हैं।
 * तुल्यकालिक मोटर, यह प्रेरण पर निर्भर नहीं करता है और इसलिए आपूर्ति आवृत्ति या उप-मल पर बिल्कुल घुमा सकता है। रोटर का चुंबकीय क्षेत्र या तो स्लिप रिंग्स (ऊतक) के माध्यम से या स्थायी चुंबक द्वारा वितरित प्रत्यक्ष धारा द्वारा उत्पन्न होता है।

डीसी मोटर
ब्रश डीसी विद्युत मोटर आंतरिक कम्यूटेशन, स्थिर स्थायी मैग्नेट और घूर्णन विद्युत चुम्बकों का उपयोग करके मोटर को आपूर्ति की गई डीसी शक्ति से सीधे टॉर्क उत्पन्न करता है। ब्रश और स्प्रिंग्स विद्युत धारा को कम्यूटेटर (बिजली) से मोटर के अंदर घूर्णक के कताई तार वाइंडिंग तक ले जाते हैं। ब्रशलेस डीसी मोटर रोटर में एक स्थायी चुंबक का उपयोग करते हैं, और मोटर आवास पर स्थिर विद्युत चुम्बकों का उपयोग करते हैं। एक मोटर नियंत्रक डीसी को एसी में परिवर्तित करता है। यह डिजाइन ब्राइड मोटर्स की तुलना में सरल है क्योंकि यह मोटर के बाहर से स्पिनिंग रोटर में बिजली स्थानांतरित करने की जटिलता को समाप्त करता है। ब्रशलेस, तुल्यकालिक डीसी मोटर का एक उदाहरण एक स्टीपर मोटर है जो एक पूर्ण रोटेशन को बड़ी संख्या में चरणों में विभाजित कर सकता है।

अन्य विद्युत चुम्बकीय मशीनें
अन्य विद्युतचुम्बकीय मशीनों में शामिल हैं एम्प्लिडाइन, सिंक्रो, मेटाडाइन, एडडी करंट क्लच, एडडी करंट ब्रेक, एडी करंट डायनेमोमीटर, हाइस्ट्रेसिस डायनेमोमीटर, रोटरी कनवर्टर औरवार्ड लियोनार्ड नियंत्रण। रोटरी कन्वर्टर उन मशीनों का संयोजन है जो एक यांत्रिक सुधारक, इनवर्टर या आवृत्ति परिवर्तक के रूप में कार्य करते हैं। वार्ड लियोनार्ड सेट, गति नियंत्रण प्रदान करने के लिए उपयोग की जाने वाली मशीनों का एक संयोजन है। अन्य मशीन संयोजनों में क्रैमर और स्केर्बियस प्रणाली शामिल हैं।

ट्रांसफार्मर
एक ट्रांसफॉर्मर एक स्थिर उपकरण है जो आवृत्ति को बदले बिना एक वोल्टेज  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। प्रथम या प्राथमिक वाइंडिंग में एक अलग-अलग विद्युत धारा ट्रांसफार्मर के कोर में एक अलग-अलग चुंबकीय प्रवाह बनाती है और इस प्रकार द्वितीयक वाइंडिंग के माध्यम से एक अलग-अलग चुंबकीय क्षेत्र बनाती है। यह अलग-अलग चुंबकीय क्षेत्र द्वितीयक वाइंडिंग में एक अलग-अलग  वैद्युतवाहक बल (ईएमएफ) या वोल्टेज को प्रेरित करता है। 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
विद्युतचुम्बकीय-रोटर मशीनें, रोटर में किसी प्रकार की विद्युत धारा वाली मशीनें होती हैं, जो एक चुंबकीय क्षेत्र बनाती हैं जो स्टेटर वाइंडिंग के साथ अंतःक्रिया करती हैं। घूर्णक धारा एक स्थायी चुंबक (पीएम मशीन) में आंतरिक धारा हो सकती है, एक धारा जो ब्रश (शराब मशीन) के माध्यम से रोटर को आपूर्ति की जाती है या एक अलग चुंबकीय क्षेत्र (प्रेक्शन मशीन) द्वारा बंद रोटर वाइंडिंग में स्थापित एक करंट।

स्थायी चुंबक मशीनें
पीएम मशीनों में रोटर में स्थायी चुम्बक होते हैं जो एक चुंबकीय क्षेत्र स्थापित करते हैं। एक पीएम (संरेखित स्पिन के साथ इलेक्ट्रॉनों की परिक्रमा करके इस्तेमाल किया गया) में मैग्नेटोम ऑटोमोटिव बल आम तौर पर तांबा कॉइल में संभव से बहुत अधिक है। हालांकि, तांबा कॉयल एक फेरोमैग्नेटिक सामग्री से भरा जा सकता है, जो कॉइल को बहुत कम चुंबकीय अनिच्छा देता है। फिर भी आधुनिक पीएमएस (नेओद्यमिउम मगनेट द्वारा बनाया गया चुंबकीय क्षेत्र मजबूत है, जिसका मतलब है कि पीएम मशीनों के पास निरंतर संचालन के तहत रोटर कॉयल के साथ मशीनों की तुलना में बेहतर टॉर्क/वोल्यूम और टॉर्क/वेट अनुपात है। यह रोटर में सुपरकंडक्टर्स की शुरुआत के साथ बदल सकता है।

चूंकि पीएम मशीन में स्थायी चुंबक पहले से ही पर्याप्त चुंबकीय अनिच्छा का परिचय देते हैं, इसलिए हवा के अंतर और कॉयल में अनिच्छा कम महत्वपूर्ण है। इससे प्रधानमंत्री मशीनों को डिजाइन करते समय काफी स्वतंत्रता मिलती है।

आम तौर पर थोड़ी देर के लिए इलेक्ट्रिक मशीनों को ओवरलोड करना संभव है जब तक कि कॉयल में करंट मशीन के कुछ हिस्सों को एक तापमान तक ले जाता है जो नुकसान का कारण बनता है। पीएम मशीनों को कम मात्रा में इस तरह के ओवरलोड के अधीन किया जा सकता है क्योंकि कॉयल में बहुत अधिक धारा एक चुंबकीय क्षेत्र का निर्माण कर सकती है जो मैग्नेट को डीमैग्नेटाइज करने के लिए पर्याप्त रूप से मजबूत हो सकता है।

ब्रश की गई मशीनें
ब्राइड मशीनें ऐसी मशीनें हैं जहां रोटर कॉइल को ब्रश के माध्यम से विद्युत आपूर्ति की जाती है जैसा कि विद्युत स्लॉट कार ट्रैक में कार को आपूर्ति की जाती है। अधिक टिकाऊ ब्रश ग्रेफाइट या तरल धातु से बनाए जा सकते हैं। एक ब्रश मशीन में ब्रश को खत्म करने के लिए एक ट्रांसफार्मर के रूप में रोटर और स्टेटर के एक हिस्से का उपयोग करके संभव है जो टॉर्क बनाने के बिना करेंट को स्थानांतरित करता है। ब्रश को कम्यूटेटर से भ्रमित नहीं होना चाहिए। अंतर यह है कि ब्रश केवल इलेक्ट्रिक करंट को एक गतिशील रोटर में स्थानांतरित करते हैं, जबकि एक कम्यूटेटर वर्तमान दिशा को स्विच करने का भी प्रावधान करता है।

स्टेटर कॉयल के पीछे काले लोहे के अलावा रोटर कॉयल और लोहे के दांतों के बीच लोहे (आमतौर पर चादर धातु से बने लैमिनेटेड स्टील कोर) होता है। रोटर और स्टेटर के बीच का अंतर भी जितना संभव हो उतना छोटा बना दिया जाता है। यह सब उस चुंबकीय सर्किट की चुंबकीय अनिच्छा को कम करने के लिए किया जाता है जो रोटोर कॉयल द्वारा बनाया गया चुंबकीय क्षेत्र 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 संयंत्रों 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 कॉयल को ग्रिड से जोड़ने और एक इनवर्टर से एसी के साथ रोटर कॉयल की आपूर्ति करके भी चलाया जा सकता है। लाभ यह है कि आंशिक रूप से रेटेड इनवर्टर के साथ मशीन की घूर्णन गति को नियंत्रित करना संभव है। जब इस तरह से चलाने के लिए मशीन को एक ब्रश डबल फीड इंडक्शन मशीन के रूप में जाना जाता है। चालन भ्रामक है क्योंकि मशीन में कोई उपयोगी धारा नहीं है जो प्रेरण द्वारा स्थापित की जाती है।

प्रेरण मशीनें
प्रेरण मशीनों में शॉर्ट सर्किट रोटर कॉयल होते हैं जहां एक धारा स्थापित की जाती है और प्रेरण द्वारा रखरखाव किया जाता है। इसके लिए आवश्यक है कि रोटर तुल्यकालिक गति के अलावा अन्य पर घूमता है, ताकि रोटर कॉयल को स्टेटर कॉयल द्वारा बनाए गए एक अलग चुंबकीय क्षेत्र के अधीन किया जा सके। 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 डिजाइन की भी अनुमति देता है जो रोटर के निर्माण में बहुत आसान बनाता है। एक धातु सिलेंडर रोटर के रूप में काम करेगा, लेकिन दक्षता में सुधार करने के लिए एक रेल पिंजरे रोटर या बंद विंडिंग के साथ एक रोटर आमतौर पर उपयोग किया जाता है। अतुल्यकालिक प्रेरण मशीनों की गति बढ़ी हुई लोड के साथ कम हो जाएगी क्योंकि पर्याप्त रोटर करंट और रोटर मैग्नेटिक फील्ड स्थापित करने के लिए स्टेटर और रोटर के बीच एक बड़ी गति अंतर आवश्यक है। अतुल्यकालिक प्रेरण मशीनों को बनाया जा सकता है ताकि वे नियंत्रण के किसी भी साधन के बिना शुरू और चलाते हैं यदि एक एसी ग्रिड से जुड़ा हुआ है, लेकिन शुरुआती टॉर्क कम है।

एक विशेष मामला रोटर में सुपरकंडक्टर्स के साथ एक प्रेरण मशीन होगा। सुपरकंडक्टर्स में वर्तमान को प्रेरण द्वारा स्थापित किया जाएगा, लेकिन रोटर (rotor) तुल्यकालिक गति से चलेगा क्योंकि स्टेटर (stator) में मैग्नेटिक फील्ड और रोटर करंट को बनाए रखने के लिए रोटर की गति के बीच गति अंतर की आवश्यकता नहीं होगी।

एक अन्य विशेष मामला ब्रशलेस डबल फेड इंडक्शन मशीन होगा, जिसमें स्टेटर में कॉयल का डबल सेट है। चूंकि इसमें स्टेटर में दो गतिशील चुंबकीय क्षेत्र हैं, इसलिए यह तुल्यकालिक या अतुल्यकालिक गति के बारे में बात करने का कोई अर्थ नहीं देता है।

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

इलेक्ट्रोस्टैटिक मशीन
विद्युत-स्थिर मशीनों में, टॉर्क को रोटर और स्टेटर में इलेक्ट्रिक चार्ज के आकर्षण या विकर्षण द्वारा बनाया जाता है।

विद्युत-स्थिर जेनरेटर विद्युत आवेश लगाकर बिजली पैदा करते हैं। प्रारंभिक प्रकार घर्षण मशीन थे, बाद में एक प्रभाव मशीन थे जो इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रेरण द्वारा काम करती थीं।वान डी ग्राफ जनरेटर एक इलेक्ट्रोस्टैटिक जनरेटर है जो आज भी अनुसंधान में उपयोग किया जाता है।

होमोपोलर मशीन
होमोपोलार मशीन वास्तविक डीसी मशीनें हैं जहां ब्रश के माध्यम से एक चरखा को करंट की आपूर्ति की जाती है। चक्र को एक चुंबकीय क्षेत्र में डाला जाता है, और टॉर्क को बनाया जाता है क्योंकि वर्तमान चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से चक्र के केंद्र में किनारे से यात्रा करता है।

विद्युत मशीन सिस्टम
विद्युत मशीनों के अनुकूलित या व्यावहारिक संचालन के लिए, आज की विद्युत मशीन प्रणालियों को इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण के साथ जोड़ा गया है।

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.