रोटरी अवस्था परिवर्त्तक
रोटरी अवस्था परिवर्त्तक, संक्षिप्त आरपीसी, विद्युत मशीन है जो विद्युत को बहुरोटरी प्रणाली से दूसरे में परिवर्तित करती है एवं गति के माध्यम से भी परिवर्तित करती है। विशिष्ट रूप से, एकल-रोटरी विद्युत शक्ति का उपयोग स्थानीय स्तर पर त्रि रोटरी विद्युत शक्ति का उत्पादन करने के लिए किया जाता है, जहां केवल एकल-रोटरी उपलब्ध है।
ऑपरेशन
आधारभूत त्रि रोटरी प्रेरण मोटर में त्रि वाइंडिंग होते है, प्रत्येक अंश टर्मिनलों से जुड़ा होता है, जो सामान्यतः (आशा नुसार रूप से) L1, L2, एवं L3 एवं कभी-कभी T1, T2, T3 के रूप में गिने जाते हैं।
त्रि -रोटरी प्रेरण मोटर को दो-तिहाई मूल्यांकन अश्वशक्ति पर किया जा सकता है, जो एकल घुमाव पर प्रारम्भ एकल-रोटरी शक्ति पर होता है, कई बार कुछ प्रविधियों से घूमता है। रोटरी पर चलने वाली त्रि रोटरी मोटर स्वयं को प्रारम्भ नहीं कर सकती है क्योंकि इसमें अन्य रोटरी की कमी होती है, जो स्वयं में घुमाव बनाने के लिए होती है, अत्यधिक क्रैंक के रूप में जो मृत केंद्र पर होता है।
टर्मिनल L1 एवं L2 में प्रारम्भ एकल-रोटरी शक्ति के अनुसार घूमने वाली त्रि -रोटरी प्रेरण मोटर, L1 एवं L2 के संबंध में टर्मिनल L3 में विद्युत क्षमता (वोल्टेज) उत्पन्न करती है। चूँकि, L1 से L3 एवं L2 से L3 इनपुट विद्युत दाब के साथ 120 डिग्री फेज से बाहर होंगे, इस प्रकार त्रि रोटरी की शक्ति का निर्माण होता है। चूँकि, वर्तमान अन्तक्षेपण के बिना, विशेष विनियमन के अन्य साधन, भार प्रारम्भ होने पर विद्युत दाब शिथिल हो जाएगा।
आरपीसी (RPC) का चयन करते समय शक्ति का कारक सुधार अत्यधिक महत्वपूर्ण विचार है। यह वांछनीय है क्योंकि आरपीसी जिसमें ऊर्जा घटक सुधार होते है, फेज परिवर्तन एवं उसके भार को शक्ति सप्लाई करने वाली सिंगल-फेज सेवा से अल्प धारा का व्यय करता है।
त्रि रोटरी शक्ति का साथ विशाल विचार यह है कि प्रत्येक रोटरी समान विद्युत दाब पर होते है। रोटरी के मध्य विसंगति को रोटरी असंतुलन के रूप में जाना जाता है। सामान्य दिशानिर्देश के रूप में, असंतुलित त्रि रोटरी की शक्ति जो विद्युत दाब भिन्नता में 4% से अधिक होती है, उस उपकरण को हानि पहुंचा सकती है जो इसे संचालित करने के लिए है।
इतिहास
20 वीं दशक के प्रारम्भ में, विद्युत रेलवे ट्रैक्शन धारा प्रणाली के दो मुख्य सिद्धांत थे:
- डीसी प्रणाली
- 16⅔ हर्ट्ज सिंगल फेज़ प्रणाली
इन प्रणालियों में यूनिवर्सल मोटर श्रृंखला का उपयोग किया गया था। उन सभी को मानक 50 Hz विद्युत नेटवर्क से विद्युत लेने के लिए भिन्न आपूर्ति प्रणाली की आवश्यकता थी।
कांडो तुल्यकालिक रोटरी परिवर्त्तक
काल्मन कांडो ने माना कि विद्युत कर्षण प्रणाली को मानक विद्युत नेटवर्क से एकल रोटरी 50 हर्ट्ज शक्ति द्वारा आपूर्ति की जानी चाहिए, एवं इसे स्वचालित यंत्र में कर्षण मोटर्स के लिए त्रि रोटरी शक्ति में परिवर्तित किया जाना चाहिए। उन्होंने विद्युत मशीन बनाई जिसे सिंक्रोनस फेज परिवर्त्तक कहा जाता है, जो सिंगल-फेज सिंक्रोनस मोटर एवं कॉमन स्टेटर एवं रोटरी के साथ थ्री-फेज सिंक्रोनस जनरेटर था।
इसकी दो स्वतंत्र इकाई घुमावदार थीं:
- बाहरी घुमावदार एकल-रोटरी तुल्यकालिक मोटर है। मोटर अतिरिक्त रेखा से विद्युत लेती है।
- आंतरिक घुमावदार त्रि रोटरी (या चर-रोटरी ) तुल्यकालिक जनरेटर है, जो त्रि (या अधिक) रोटरी कर्षण मोटर्स के लिए शक्ति प्रदान करता है।
एकल-रोटरी की आपूर्ति
मानक विद्युत नेटवर्क से प्रत्यक्ष प्रणाली को पूर्व की प्रणालियों की तुलना में अल्प जटिल बना देता है एवं सरल स्वस्थता को संभव बनाता है।
सिंगल-फेज फीड सिंगल ओवरहेड लाइन का उपयोग करना संभव बनाता है। अधिक ओवरहेड लाइनें वित्त में वृद्धि करती हैं, एवं ट्रेनों की अधिकतम गति को सीमित करती हैं।
गति नियंत्रण
एसिंक्रोनस ट्रैक्शन मोटर फीडिंग धारा की आवृत्ति एवं लोडिंग टॉर्क द्वारा निर्धारित एकल आरपीएम (RPM) पर चलाई जा सकती है।
समाधान रोटरी अवस्था परिवर्त्तक पर अधिक माध्यमिक वाइंडिंग का उपयोग करना था, एवं मोटर पर अधिक वाइंडिंग चुंबकीय ध्रुवों की विभिन्न संख्या का उपयोग करना था।
प्रकार
रोटरी फेज परिवर्त्तक (RPC) को मोटर जनरेटर उपसमुच्चय के रूप में बनाया जा सकता है। ये सिंगल-फेज सप्लाई से भार को पूर्ण रूप से भिन्न कर देते हैं एवं संतुलित थ्री-फेज आउटपुट देते हैं। चूँकि, वजन, वित्त एवं दक्षता संबंधी विचार के कारण, अधिकांश आरपीसी इस रूप में नहीं बनाए जाते हैं।
इसके अतिरिक्त, वे त्रि रोटरी प्रेरण मोटर या जनरेटर से निर्मित होते हैं, जिसे आइडलर कहा जाता है, जिस पर दो टर्मिनल (आइडलर इनपुट) एकल-रोटरी लाइन से संचालित होते हैं। मोटर में चुंबकीय प्रवाह तीसरे टर्मिनल पर विद्युत दाब उत्पन्न करता है। तीसरे टर्मिनल में विद्युत दाब प्रेरित होता है जो पूर्व के दो टर्मिनलों के मध्य विद्युत दाब से स्थानांतरित होता है। त्रि घुमावदार मोटर में, दो घुमाव मोटर के रूप में कार्य कर रहे हैं, एवं तीसरी घुमावदार जनरेटर के रूप में कार्य कर रही है। चूंकि दो आउटपुट एकल रोटरी इनपुट के समान हैं, उनका रोटरी संबंध 180 डिग्री है। यह इनपुट टर्मिनलों से संश्लेषित रोटरी को +/- 90 ° त्याग देता है। इस गैर-आदर्श रोटरी संबंध को इस प्रकार के रोटरी अवस्था परिवर्त्तक द्वारा संचालित मोटरों की थोड़ी शक्ति डी-रेटिंग की आवश्यकता होती है। इसके अतिरिक्त, तीसरे, संश्लेषित रोटरी को अन्य दो से भिन्न उपाय से संचालित किया जाता है, भार परिवर्तन के प्रति इसकी प्रतिक्रिया भिन्न हो सकती है, जिससे यह रोटरी भार के अनुसार अधिक शिथिल हो जाता है। चूंकि प्रेरण मोटर्स विद्युत दाब असंतुलन के प्रति संवेदनशील हैं, यह इस प्रकार के रोटरी अवस्था परिवर्त्तक द्वारा संचालित मोटरों की डी-रेटिंग का अन्य कारक है। उदाहरण के लिए, रोटरी विद्युत दाब में अर्घ्य से 5% असंतुलन के लिए मोटर रेटेड शक्ति में 24% की कमी की आवश्यकता होती है।[1] इस प्रकार अधिकतम भार के अनुसार समान रोटरी विद्युत दाब के लिए रोटरी अवस्था परिवर्त्तक परिपथ को ट्यूनिंग करना अधिक महत्वपूर्ण हो सकता है।
विद्युत की गुणवत्ता
आरपीसी या किसी रोटरी अवस्था परिवर्त्तक द्वारा उत्पादित विद्युत की गुणवत्ता का सामान्य उपाय विद्युत दाब संतुलन है, जिसे मापा जा सकता है, जबकि आरपीसी त्रि रोटरी मोटर जैसे संतुलित भार गतिमान कर रहा है। अन्य गुणवत्ता उपायों में उत्पादित शक्ति की हार्मोनिक सामग्री एवं आरपीसी मोटर संयोजन का शक्ति कारक सम्मिलित है जैसा कि उपयोगिता द्वारा दर्शाया गया है। किसी भी अनुप्रयोग के लिए सर्वश्रेष्ठ फेज़ परिवर्त्तक का चयन इन कारकों के प्रति भार की संवेदनशीलता पर निर्भर करता है। त्रि रोटरी प्रेरण मोटर्स विद्युत दाब असंतुलन के प्रति अधिक संवेदनशील हैं।
इस प्रकार के रोटरी अवस्था परिवर्त्तक द्वारा उत्पन्न त्रि रोटरी विद्युत की गुणवत्ता कई कारकों पर निर्भर करती है जिनमें निम्नलिखित सम्मिलित हैI
- रोटरी अवस्था परिवर्त्तक की शक्ति क्षमता (आइडलर हॉर्सशक्ति रेटिंग) होती है।
- आपूर्ति किए जा रहे उपकरणों की विद्युत स्तर की आशा, उदाहरण के लिए, भारी लोड वाली मशीनरी से पंप जैसे हार्ड स्टार्टिंग लोड में समान अश्वशक्ति पर गति किए गए अन्य भारों की तुलना में अधिक आवश्यकताएं हो सकती हैं।
- आपूर्ति किए जा रहे उपकरणों की विद्युत की गुणवत्ता की आशा (चाप वेल्डिंग की तुलना में संख्यात्मक नियंत्रण में अधिक कठोर विद्युत की गुणवत्ता की आवश्यकताएं) हो सकती हैंI
- त्रि पैरों के मध्य विद्युत दाब को संतुलित करने के लिए प्रविधियों का उपयोग करते है।
गुणवत्ता में सुधार
आरपीसी निर्माता इन समस्याओं के निवारण के लिए कई प्रकार की प्रविधियों का उपयोग करते हैं। कुछ प्रविधियों में सम्मिलित हैंI
- विशेष भार पर शक्ति को संतुलित करने के लिए टर्मिनलों के मध्य संधारित्र का सम्मिलन करते है।
- लोड की तुलना में उच्च शक्ति रेटिंग वाले आइडलर्स का उपयोग होता है।
- तीसरे टर्मिनल पर अधिक वाइंडिंग के साथ विशेष आइडलर मोटर्स का निर्माण विद्युत दाब को प्रोत्साहन देने एवं लोड के कारण हुई शिथिलता की आच्छादन करने के लिए होता है।
- लोड के आधार पर प्रारम्भ के समय अन्यथा संधारित्र में परिवर्तित करने के लिए इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग करते है।
- फिल्टर का उपयोग होता है।
उपयोग करता है
सामान्य
थ्री-फेज मोटरों के उपयोग के कारण फेज परिवर्त्तक की आशा बनी हुई है। विद्युत उत्पादन में वृद्धि के साथ, त्रि रोटरी मोटर्स में एकल-रोटरी मोटर्स के लिए उत्तम विशेषताएं हैं, उत्तरार्द्ध आकार में उपलब्ध नहीं है, चूँकि 15 hp (11 kW) उपलब्ध है, संभवता ही कभी इससे बड़ा 5 hp (3.7 kW) दर्शाया गया हो (त्रि रोटरी मोटर्स में उच्च दक्षता, अर्घ्य जटिलता होती है, प्रारम्भ करने के संबंध में, एवं त्रि रोटरी की शक्ति महत्वपूर्ण रूप से उपलब्ध होती है जहां उनका उपयोग किया जाता है।)
विद्युत रेलवे
रेलवे विद्युतीकरण प्रणाली में एकल ओवरहेड कंडक्टर के लिए एकल-रोटरी का उत्पादन करने के लिए रोटरी अवस्था परिवर्त्तक का उपयोग किया जाता है। पांच यूरोपीय देशों (जर्मनी, ऑस्ट्रिया, स्विट्ज़रलैंड, नॉर्वे एवं स्वीडन), जहां विद्युत 50 हेटर्स में त्रि रोटरी एसी है, 15 केवी एसी रेलवे विद्युतीकरण पर एकल-रोटरी एसी पर मानकीकृत किया है, रोटरी परिवर्त्तक का उपयोग रोटरी एवं आवृत्ति परिवर्तक दोनों को परिवर्तित करने के लिए किया जाता है। सोवियत संघ में,कर्षण मोटर कूलिंग ब्लोअर आदि के लिए प्रेरण मोटर्स की गति के लिए एकल रोटरी, 50 Hz से 3-रोटरी में परिवर्तित करने के लिए एसी लोकोमोटिव पर उनका उपयोग किया गया था।[2]
रोटरी परिवर्त्तक के विकल्प
एकल-रोटरी विद्युत आपूर्ति पर त्रि रोटरी उपकरण के संचालन के लिए रोटरी अवस्था परिवर्त्तक के विकल्प उपस्थित हैं।
स्थिर रोटरी परिवर्त्तक
ये विशेष विकल्प हो सकते हैं जहां पॉलीफ़ेज़ शक्ति के स्थान पर हाथ में समस्या मोटर प्रारम्भ कर रही है। स्टैटिक फेज परिवर्त्तक का उपयोग थ्री-फेज मोटर को प्रारम्भ करने के लिए किया जाता है। मोटर तब रोटरी पर संश्लेषित तीसरे ध्रुव के साथ गतिमान करती है। चूँकि, यह शक्ति संतुलन बनाता है, एवं इस प्रकार मोटर दक्षता, अत्यधिक अनच्छ, मोटर को डी-रेटिंग की आवश्यकता होती है (सामान्यतः 60% या उससे अर्घ्य)। ओवरहीटिंग, एवं प्रायः मोटर का क्षय, ऐसा करने में विफल होने का परिणाम होगा। (कई निर्माता एवं डीलर विशेष रूप से कहते हैं कि स्टैटिक परिवर्त्तक का उपयोग करने से कोई भी अश्वस्ति समाप्त हो जाएगी।) ओवरसाइज़्ड स्टैटिक परिवर्त्तक मोटर को डी-रेट करने की आवश्यकता को पृथक कर सकता है, किन्तु वृद्धि हुई वित्त पर करता है।
इन्वर्टर ड्राइव (वीएफडी)
चर आवृत्ति ड्राइव (वीएफडी) की लोकप्रियता पूर्व दशक में बढ़ी है, विशेष रूप से घर-दुकान व्यापार में आदि। यह उनकी अपेक्षाकृत अर्घ्य वित्त एवं एकल रोटरी इनपुट से त्रि रोटरी आउटपुट उत्पन्न करने की क्षमता के कारण है। वीएफडी एसी शक्ति को डीसी में परिवर्तित करता है एवं इसे एच पुल के माध्यम से वापस एसी में परिवर्तित करता है, यह ऐसी प्रविधि है जो परिवर्तित विद्युत आपूर्ति के समान है। चूंकि वीएफडी डीसी बस से स्वयं के एसी आउटपुट को उत्पन्न करता है, इसलिए एकल-रोटरी स्रोत से त्रि -रोटरी मोटर को शक्ति देना संभव है। तत्पश्चात, वाणिज्यिक-ग्रेड वीएफडी का उत्पादन किया जाता है जिसके लिए त्रि रोटरी इनपुट की आवश्यकता होती है, क्योंकि ऐसी प्रबंध के साथ कुछ दक्षता लाभ होते हैं।
पल्स-चौड़ाई मॉडुलन (PWM) के रूप में जाना जाता है के माध्यम से डीसी बस पर विद्युत दाब को विभक्त करने के लिए ट्रांजिस्टर को तीव्र गति से प्रारम्भ एवं बंद करके विशिष्ट वीएफडी कार्य करता है। पीडब्लूएम के उचित उपयोग के परिणाम स्वरूप एसी आउटपुट होगा जिसका विद्युत दाब एवं आवृत्ति अधिक विस्तृत श्रृंखला में भिन्न हो सकती है। प्रेरण मोटर की घूर्णी गति इनपुट आवृत्ति के समानुपाती होती है, वीएफडी की आउटपुट आवृत्ति में परिवर्तन से मोटर की गति परिवर्तित हो जाएगी। विद्युत दाब को इस प्रकार से भी परिवर्तित किया जाता है जिससे मोटर उपयोगी गति सीमा पर अपेक्षाकृत स्थिर अनुमान का उत्पादन करती है।
गुणवत्ता वीएफडी का उत्पादन कुछ उच्च आवृत्ति वाले सस्वर के साथ साइन तरंग का अनुमान है। हार्मोनिक सामग्री मोटर के तापमान को बढ़ाएगी एवं कुछ निष्ठुर ध्वनि उत्पन्न कर सकती है जो आपत्तिजनक हो सकती है। अवांछित हार्मोनिक्स के प्रभाव को वर्तमान सीमित रिएक्टर की उपेक्षा लाइन रिएक्टर के उपयोग से अल्प किया जा सकता है, जिसे उत्तम गुणवत्ता वाले वीएफडी में सम्मिलित किया गया है। प्रतिक्रियाशील निस्पंदन उच्च आवृत्ति हार्मोनिक सामग्री को बाधित करता है किन्तु मौलिक आवृत्ति पर अत्यधिक प्रभाव पड़ता है जो मोटर की गति को निर्धारित करता है। परिणाम मोटर के लिए आउटपुट है जो आदर्श साइन तरंग के निकट है।
पूर्वकाल में, वीएफडी जिनकी क्षमता 3 hp (2.2 kW) इससे अधिक है, इस प्रकार रोटरी फेज परिवर्त्तक (आरपीसी) को आकर्षक विकल्प बना दिया। चूँकि, आधुनिक वीएफडी की वित्त में अत्यधिक अवनति आई है, जिससे वे तुलनीय आरपीसी की तुलना में अधिक अल्पव्ययी हो गए हैं। वीएफडी के पक्ष में कार्य करना इसकी विद्युत क्षमता के सापेक्ष इसका अधिक ठोस आकार है। A प्लस यह है कि कई वीएफडी मंद प्रकाश प्रभाव उत्पन्न कर सकते हैं (जिसमें धीरे-धीरे मोटर पर शक्ति प्रारम्भ होती है), जो मशीन प्रारम्भ में पर वितरित होने वाली वर्तमान की मात्रा को अल्प कर देता है।
यदि मोटर को ऐसे अनुप्रयोग के लिए दर नहीं किया गया है, तो वीएफडी के उपयोग से मोटर क्षति हो सकती है। क्योंकि यह मुख्य रूप से अधिकांश इंडक्शन मोटर्स द्वारा संचालित पंखे या ब्लोअर द्वारा वायु ठंडी होती हैं। इस प्रकार के मोटर को सामान्य से मंद गति पर चलाने से शीतलन वायु प्रवाहअधिक सीमा तक अल्प हो जाएगा, जिससे ओवरहीटिंग एवं वाइंडिंग की क्षति या विफलता की संभावना बढ़ जाएगी, विशेष रूप से पूर्ण भार पर कार्य करते समय निर्माता वीएफडी द्वारा संचालित मोटर पर अश्वस्ति निरस्त कर सकता है जब तक कि मोटर अंर्तवर्तक मूल्यांकन न किया हो। चूंकि वीएफडी नए वाणिज्यिक प्रतिष्ठानों में मोटरों को शक्ति देने का सबसे लोकप्रिय उपाए है, इसलिए वर्तमान में विक्रय की जाने वाली अधिकांश त्रि -रोटरी मोटरें, वास्तव में, अंर्तवर्तक प्रमाण स्थिर किया गया हैं।
यह भी देखें
- आवृत्ति परिवर्तक
- काल्मन कांडो
- रोटरी अवस्था परिवर्त्तक
- त्रि रोटरी विद्युत शक्ति
संदर्भ
- ↑ "वोल्टेज असंतुलन - पॉलीफ़ेज़ मोटर्स में व्युत्पन्न कारक". engineeringtoolbox.com. The Engineering Toolbox. Retrieved 17 November 2019.
- ↑ Захарченко Д.Д., Ротанов Н.А. "Тяговые электрические машины" (Traction electrical мachinery) Москва, Транспорт, 1991 - 343 p., p.231
- Sitkei Gyula: A magyar elektrotechnika nagy alakjai. (Energetikai Kiadó Kht. 2005)
- "Az egyfázisú, 50 periódusú, fázisváltós vontatási rendszer újabb fejlődése (The newest developments of single-phase 50 Hz traction systems)" (PDF) (in Hungarian).
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