मोटरों में ताप उत्पादन में हार्मोनिक विकृतियाँ किस प्रकार की भूमिका निभाती हैं?
हार्मोनिक विकृति पर इंजन की गर्मी का प्रभाव
1. तांबे की हानियों में वृद्धि
सिद्धांत: एक मोटर में, वाइंडिंग प्रतिरोध आधार आवृत्ति पर तांबे की हानियों (प्रतिरोधी हानियों) का कारण बनता है। हालाँकि, जब हार्मोनिक धाराएँ वाइंडिंग से गुजरती हैं, तो उच्च हार्मोनिक आवृत्तियों के कारण स्किन प्रभाव अधिक स्पष्ट होता है। स्किन प्रभाव के कारण धारा चालक की सतह के पास घुसती है, जिससे प्रभावी अनुप्रस्थ क्षेत्रफल कम हो जाता है और प्रतिरोध बढ़ जाता है, जिससे तांबे की हानियाँ बढ़ जाती हैं।
परिणाम: तांबे की हानियों में वृद्धि इंजन वाइंडिंग के तापमान में वृद्धि का प्रत्यक्ष कारण बनती है, जिससे इन्सुलेशन सामग्रियों का विकार तेजी से बढ़ता है और इंजन की लंबाई घट जाती है।
2. लोहे की हानियों में वृद्धि
सिद्धांत: एक मोटर के लोहे के कोर में, हिस्टरीसिस और वेडी करंट हानियाँ, जिन्हें लोहे की हानियाँ के रूप में जाना जाता है, आधार आवृत्ति पर होती हैं। जब हार्मोनिक धाराएँ मोटर से गुजरती हैं, तो चुंबकीय क्षेत्र के परिवर्तन की आवृत्ति बढ़ जाती है, जिससे हिस्टरीसिस और वेडी करंट हानियाँ बढ़ जाती हैं। विशेष रूप से, उच्च-आवृत्ति हार्मोनिक वेडी करंट हानियों को बहुत बढ़ाते हैं क्योंकि ये हानियाँ आवृत्ति के वर्ग के अनुपात में होती हैं।
परिणाम: लोहे की हानियों में वृद्धि लोहे के कोर के तापमान में वृद्धि का कारण बनती है, जो इंजन की कुल गर्मी को और भी बढ़ाती है, कार्यक्षमता और विश्वसनीयता को घटाती है।
3. अतिरिक्त हानियों में वृद्धि
सिद्धांत: तांबे और लोहे की हानियों के अलावा, हार्मोनिक अन्य प्रकार की अतिरिक्त हानियों का कारण बन सकते हैं। उदाहरण के लिए, हार्मोनिक धाराएँ स्टेटर और रोटर के बीच अतिरिक्त विद्युत चुंबकीय बल उत्पन्न कर सकती हैं, जो यांत्रिक दोलन और घर्षण हानियों का कारण बनते हैं। इसके अलावा, हार्मोनिक बेयरिंग और पंख जैसे घटकों में अतिरिक्त यांत्रिक हानियों का कारण बन सकते हैं।
परिणाम: ये अतिरिक्त हानियाँ इंजन की गर्मी उत्पादन में वृद्धि का कारण बनती हैं, जो बेयरिंग के गर्म होने, लब्धिक विफलता और यांत्रिक विफलताओं का कारण बन सकती हैं।
4. असमान तापमान वृद्धि
सिद्धांत: हार्मोनिक धाराओं की उपस्थिति इंजन के अंदर असमान चुंबकीय क्षेत्र वितरण का कारण बन सकती है, जो स्थानीय अतिताप का कारण बनती है। उदाहरण के लिए, वाइंडिंग के कुछ क्षेत्र हार्मोनिक धारा घनत्व को अधिक ले सकते हैं, जिससे उन क्षेत्रों का तापमान अन्य क्षेत्रों की तुलना में बहुत अधिक हो जाता है। यह असमान तापमान वृद्धि स्थानीय इन्सुलेशन सामग्रियों के विकार को तेजी से बढ़ाती है और इंजन की विफलता का जोखिम बढ़ाती है।
परिणाम: स्थानीय अतिताप न केवल इंजन की लंबाई पर प्रभाव डालता है, बल्कि इन्सुलेशन विकार का कारण बनता है, जो गंभीर विद्युत दोषों का कारण बनता है।
5. शीतलन प्रणाली की कार्यक्षमता में कमी
सिद्धांत: एक इंजन की शीतलन प्रणाली (जैसे पंख और हीट सिंक) आमतौर पर आधार आवृत्ति पर ऊष्मीय लोड को संभालने के लिए डिजाइन की जाती है। जब हार्मोनिक धाराएँ इंजन की गर्मी उत्पादन में वृद्धि करती हैं, तो शीतलन प्रणाली की अतिरिक्त गर्मी को विसर्जित करने की क्षमता अपर्याप्त हो सकती है, जिससे इंजन का तापमान लगातार बढ़ता रहता है।
परिणाम: शीतलन प्रणाली की कार्यक्षमता में कमी इंजन की गर्मी की समस्या को और बढ़ाती है, जो एक दुष्प्रभावी चक्र बनाती है जो अंततः अतिताप संरक्षण तंत्र को सक्रिय कर सकता है या इंजन को जला सकता है।
6. शक्ति गुणांक में कमी
सिद्धांत: हार्मोनिक धाराओं की उपस्थिति इंजन के शक्ति गुणांक को कम करती है क्योंकि हार्मोनिक उपयोगी कार्य में योगदान नहीं देते, बल्कि उत्तेजित शक्ति और हार्मोनिक शक्ति में वृद्धि करते हैं। एक कम शक्ति गुणांक का अर्थ है कि इंजन को ग्रिड से अधिक धारा खींचनी पड़ती है ताकि वह उसी आउटपुट शक्ति को बनाए रख सके, जो लाइन हानियों और ट्रांसफार्मर हानियों में वृद्धि करता है, जिससे इंजन की गर्मी उत्पादन में वृद्धि होती है।
परिणाम: शक्ति गुणांक में कमी न केवल इंजन की गर्मी उत्पादन में वृद्धि करती है, बल्कि शक्ति प्रणाली की कुल कार्यक्षमता को भी कम करती है, जो बिजली की लागत को बढ़ाती है।
हार्मोनिक्स पर इंजन की गर्मी के प्रभाव को कम करने के उपाय
हार्मोनिक्स पर इंजन की गर्मी के प्रभाव को कम करने के लिए, निम्नलिखित उपाय लिए जा सकते हैं:
हार्मोनिक फिल्टर्स स्थापित करें: पशिव या सक्रिय हार्मोनिक फिल्टरों का उपयोग करके प्रणाली में हार्मोनिक धाराओं को अवशोषित या दबाया जा सकता है, जिससे ग्रिड वोल्टेज का साइन वेव आकार बहाल होता है और हार्मोनिक्स का इंजन पर प्रभाव कम होता है।
हार्मोनिक-प्रतिरोधी इंजन चुनें: कुछ इंजन विशेष रूप से हार्मोनिक्स का सामना करने के लिए डिजाइन किए गए होते हैं, जैसे विशेष वाइंडिंग संरचनाओं या कोर सामग्रियों के साथ, जो हार्मोनिक्स के कारण होने वाली अतिरिक्त हानियों और गर्मी को कम करते हैं।
लोड प्रबंधन का अनुकूलन करें: उत्पादन कार्यक्रमों को ऐसे व्यवस्थित करें कि एक साथ बहुत सारे गैर-रैखिक लोड चलाने से बचा जा सके, जिससे हार्मोनिक्स का उत्पादन कम हो।
चर आवृत्ति ड्राइव (VFDs) में कम हार्मोनिक मोड का उपयोग करें: अगर इंजन VFD द्वारा चलाया जा रहा है, तो कम हार्मोनिक विशेषताओं वाले VFDs का चयन करें या VFD पैरामीटर्स को समायोजित करें ताकि हार्मोनिक आउटपुट को कम किया जा सके।
शीतलन प्रणालियों का सुधार करें: हार्मोनिक्स से प्रभावित इंजनों के लिए, शीतलन प्रणाली (जैसे पंख की शक्ति बढ़ाने या हीट सिंक डिजाइन को सुधारने) को सुधार कर गर्मी विसर्जन को बढ़ाया जा सकता है और अतिताप से बचा जा सकता है।
नियमित रखरखाव और मॉनिटरिंग: इंजन की संचालन स्थिति की नियमित जांच करें, तापमान, धारा और शक्ति गुणांक जैसे पैरामीटर्स की निगरानी करें और संभावित समस्याओं को तत्काल संबोधित करें ताकि इंजन का ऑप्टिमल प्रदर्शन सुनिश्चित किया जा सके।
सारांश
हार्मोनिक विकृति इंजन की गर्मी पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालती है, जो मुख्य रूप से तांबे की हानियों, लोहे की हानियों, अतिरिक्त हानियों, असमान तापमान वृद्धि, शीतलन प्रणाली की कार्यक्षमता में कमी और शक्ति गुणांक में कमी के रूप में प्रकट होता है। ये कारक सामूहिक रूप से इंजन के तापमान में वृद्धि, इन्सुलेशन सामग्रियों के विकार, इंजन की लंबाई की कमी, और गंभीर विद्युत और यांत्रिक विफलताओं का कारण बनते हैं। हार्मोनिक्स पर इंजन की गर्मी के प्रभाव को कम करने के लिए, प्रभावी हार्मोनिक नियंत्रण उपायों का उत्तरदायी रूप से उपयोग करना, इंजन का चयन और रखरखाव का अनुकूलन, और शक्ति प्रणाली के स्थिर संचालन की सुनिश्चितता आवश्यक है।
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