उत्तेजन प्रणाली

प्रेरण प्रणाली

परिभाषा

प्रेरण प्रणाली समन्वित मशीनों का एक महत्वपूर्ण घटक है, जिसका कार्य रोटर वाइंडिंग को आवश्यक क्षेत्र धारा प्रदान करना है। सरल शब्दों में, यह फील्ड वाइंडिंग में विद्युत धारा पास करके चुंबकीय प्रवाह उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। आदर्श प्रेरण प्रणाली को परिभाषित करने वाले मुख्य गुणों में सभी संचालन परिदृश्यों में अचल विश्वसनीयता, सरल नियंत्रण तंत्र, रखरखाव की सुगमता, स्थिरता और त्वरित अस्थायी प्रतिक्रिया शामिल हैं।

एक समन्वित मशीन द्वारा आवश्यक प्रेरण का परिमाण कई कारकों पर निर्भर करता है, जैसे लोड धारा, लोड पावर फैक्टर और मशीन की घूर्णन गति। बड़ी लोड धाराओं, निम्न गति, और पीछे रहने वाले पावर फैक्टरों के कारण प्रणाली में उच्च स्तर की प्रेरण की आवश्यकता होती है।

एक प्रेरण सेटअप में, प्रत्येक एल्टरनेटर आमतौर पर अपने खुद के प्रेरक के साथ आता है, जो एक जनरेटर के रूप में कार्य करता है। एक केंद्रीकृत प्रेरण प्रणाली में, दो या अधिक प्रेरक बस-बार को ऊर्जा प्रदान करने के लिए इस्तेमाल किए जाते हैं। यद्यपि यह केंद्रीकृत दृष्टिकोण लागत-कुशल है, परन्तु प्रणाली में दोष का पावर प्लांट में संचालन कर रहे एल्टरनेटरों पर नकारात्मक प्रभाव पड़ सकता है।

प्रेरण प्रणाली के प्रकार

प्रेरण प्रणाली आमतौर पर कई प्रकारों में विभाजित की जा सकती है, जिनमें निम्नलिखित तीन सबसे महत्वपूर्ण हैं: डीसी प्रेरण प्रणाली, एसी प्रेरण प्रणाली, और स्थैतिक प्रेरण प्रणाली। इसके अलावा, रोटर प्रेरण प्रणाली और ब्रशलेस प्रेरण प्रणाली जैसे उप-प्रकार भी हैं, जिनका विस्तार से वर्णन नीचे किया जाएगा।

डीसी प्रेरण प्रणाली

डीसी प्रेरण प्रणाली में दो प्रेरक शामिल होते हैं: एक मुख्य प्रेरक और एक पायलट प्रेरक। एक स्वचालित वोल्टेज रेगुलेटर (AVR) इस प्रणाली में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जो प्रेरकों के आउटपुट को समायोजित करके एल्टरनेटर के आउटपुट टर्मिनल वोल्टेज को सटीक रूप से नियंत्रित करता है। AVR को करंट ट्रांसफॉर्मर से इनपुट मिलता है, जो दोष स्थितियों में एल्टरनेटर करंट को सीमित रखने के लिए एक सुरक्षा उपाय के रूप में कार्य करता है।

जब फील्ड ब्रेकर खुले स्थिति में होता है, तो फील्ड वाइंडिंग पर एक फील्ड डिस्चार्ज रेझिस्टर को जोड़ा जाता है। फील्ड वाइंडिंग के उच्च इंडक्टिव व्यक्तित्व के कारण, यह रेझिस्टर भंडारित ऊर्जा को विसर्जित करने के लिए आवश्यक है, जिससे प्रणाली के घटकों को उत्पन्न वोल्टेज के कारण संभावित नुकसान से बचा जा सके।

डीसी प्रेरण प्रणाली (आगे)

मुख्य और पायलट प्रेरक दोनों को दो तरीकों से ऊर्जा दी जा सकती है: या तो सीधे समन्वित मशीन के मुख्य शाफ्ट द्वारा या बाह्य मोटर द्वारा स्वतंत्र रूप से। सीधे चालित प्रेरक अक्सर पसंदीदा चुनाव होते हैं। इसका कारण यह है कि वे इकाई की संचालन प्रणाली की अखंडता को बनाए रखते हैं, जिससे बाहरी विघटनों से प्रेरण प्रक्रिया अप्रभावित रहती है।

मुख्य प्रेरक का आमतौर पर लगभग 400 वोल्ट का वोल्टेज रेटिंग होता है, और इसकी क्षमता एल्टरनेटर की क्षमता का लगभग 0.5% होती है। टर्बो-एल्टरनेटर में, हालांकि, प्रेरकों से संबंधित मुद्दे सामान्य हैं। इन मशीनों की उच्च घूर्णन गति के कारण अधिक पहनावा और टूटाव होता है, जिससे प्रेरक अधिक विफल होने की प्रवत्ति रखते हैं। इस समस्या को दूर करने के लिए, अलग से मोटर-चालित प्रेरकों को बैकअप इकाइओं के रूप में स्थापित किया जाता है, जो मुख्य प्रेरकों के किसी विफलता की स्थिति में उनका काम लेने के लिए तैयार रहते हैं।

एसी प्रेरण प्रणाली

एसी प्रेरण प्रणाली में एक एल्टरनेटर और एक थाय्रिस्टर रेक्टिफायर ब्रिज शामिल होता है, दोनों सीधे मुख्य एल्टरनेटर शाफ्ट से जुड़े होते हैं। इस प्रणाली के मुख्य प्रेरक दो तरीकों से कार्य कर सकते हैं: स्व-प्रेरण, जहां यह अपना चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करके विद्युत आउटपुट उत्पन्न करता है, या अलग प्रेरण, जो बाह्य ऊर्जा स्रोत पर निर्भर करता है ताकि प्रेरण प्रक्रिया शुरू हो सके। एसी प्रेरण प्रणाली को दो विशिष्ट श्रेणियों में आगे विभाजित किया जा सकता है, जिनके अपने अद्वितीय विशेषताएं होती हैं, जो नीचे विस्तार से विवेचित की जाएंगी।

घूर्णन थाय्रिस्टर प्रेरण प्रणाली

साथ दिए गए चित्र में दिखाया गया है, घूर्णन थाय्रिस्टर प्रेरण प्रणाली में एक स्पष्ट रूप से परिभाषित घूर्णन खंड होता है, जिसे एक डैशड लाइन द्वारा निर्दिष्ट किया गया है। यह प्रणाली एक एसी प्रेरक, एक स्थिर क्षेत्र, और एक घूर्णन आर्मेचर से गठित है। एसी प्रेरक से आउटपुट पूर्ण-तरंग थाय्रिस्टर ब्रिज रेक्टिफायर सर्किट द्वारा रेक्टीफिकेशन ग्रहण करता है। यह रूपांतरित सीधे-धारा आउटपुट फील्ड वाइंडिंग को दिया जाता है, जिससे एल्टरनेटर के संचालन के लिए आवश्यक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है।

घूर्णन थाय्रिस्टर प्रेरण प्रणाली में, एल्टरनेटर के फील्ड वाइंडिंग को एक अतिरिक्त रेक्टिफायर सर्किट द्वारा भी ऊर्जा दी जाती है। प्रेरक अपने अवशिष्ट चुंबकीय प्रवाह का उपयोग करके अपने वोल्टेज स्थापित कर सकता है। पावर सप्लाई यूनिट, रेक्टिफायर नियंत्रण तंत्र के साथ, तीव्रता से नियंत्रित ट्रिगरिंग सिग्नल उत्पन्न करता है। स्वचालित संचालन मोड में, एल्टरनेटर वोल्टेज सिग्नल पहले औसतित किया जाता है और फिर सीधे ऑपरेटर-सेट वोल्टेज रेगुलेशन मूल्य के साथ तुलना की जाती है। इसके विपरीत, मैनुअल संचालन मोड में, एल्टरनेटर की प्रेरण धारा एक अलग, मैनुअल रूप से समायोजित वोल्टेज संदर्भ के साथ तुलना की जाती है।

ब्रशलेस प्रेरण प्रणाली

ब्रशलेस प्रेरण प्रणाली नीचे दिए गए चित्र में दिखाई गई है, जिसमें इसके घूर्णन घटक स्पष्ट रूप से डैशड-लाइन आयताकार में रखे गए हैं। यह उन्नत प्रणाली एक एल्टरनेटर, एक रेक्टिफायर, एक मुख्य प्रेरक, और एक स्थायी चुंबक जनरेटर एल्टरनेटर से गठित है। मुख्य और पायलट प्रेरक दोनों मशीन के मुख्य शाफ्ट द्वारा चलाए जाते हैं। मुख्य प्रेरक में एक स्थिर क्षेत्र और एक घूर्णन आर्मेचर होता है। घूर्णन आर्मेचर का आउटपुट सिलिकॉन रेक्टिफायरों के माध्यम से सीधे मुख्य एल्टरनेटर के फील्ड वाइंडिंग से जुड़ा होता है, जिससे विद्युत ऊर्जा का ब्रश-मुक्त स्थानांतरण सुनिश्चित होता है।

पायलट प्रेरक एक शाफ्ट-चालित स्थायी चुंबक जनरेटर है। इसमें शाफ्ट पर लगाए गए घूर्णन स्थायी चुंबक और एक तीन-धारा स्थिर आर्मेचर होता है। यह आर्मेचर सिलिकॉन रेक्टिफायरों के माध्यम से मुख्य प्रेरक क्षेत्र को ऊर्जा प्रदान करता है, जो अंततः मुख्य एल्टरनेटर की प्रेरण में योगदान देता है। इसके अलावा, एक अन्य विन्यास में, पायलट प्रेरक, अभी भी एक शाफ्ट-चालित स्थायी चुंबकीय जनरेटर, तीन-धारा पूर्ण-तरंग थाय्रिस्टर ब्रिजों का उपयोग करके मुख्य प्रेरक को फीड करता है।

ब्रशलेस प्रेरण प्रणाली कई उल्लेखनीय लाभ प्रदान करती है। कम्यूटेटर, कलेक्टर, और ब्रश का उपयोग को उन्मूलित करके, यह रखरखाव की आवश्यकताओं को बहुत कम करती है। इसके अलावा, इसका समय नियतांक बहुत छोटा होता है, जिसका प्रतिक्रिया समय 0.1 सेकंड से कम होता है। यह छोटा समय नियतांक प्रणाली की छोटे सिग्नल गतिशील प्रदर्शन को बढ़ाता है, जिससे यह छोटे विद्युत विघटनों पर तेज और सटीक ढंग से प्रतिक्रिया कर सकती है। इसके अलावा, यह ग्रिड स्थिरता को बनाए रखने के लिए आवश्यक अतिरिक्त पावर सिस्टम स्थिरीकरण सिग्नलों के समावेश को सरल बनाता है।

स्थैतिक प्रेरण प्रणाली

स्थैतिक प्रेरण प्रणाली में, विद्युत सप्लाई सीधे एल्टरनेटर से प्राप्त की जाती है। यह एक तीन-धारा स्टार/डेल्टा कनेक्टेड स्टेप-डाउन ट्रांसफॉर्मर के माध्यम से लिया जाता है। इस ट्रांसफॉर्मर की प्राथमिक वाइंडिंग एल्टरनेटर बस से जुड़ी होती है, जबकि द्वितीयक वाइंडिंग कई कार्यों को पूरा करती है। यह रेक्टिफायर को ऊर्जा प्रदान करता है, जो विकल्पी धारा को सीधे धारा में रूपांतरित करता है, जो प्रेरण के लिए उपयोग किया जाता है। इसके अलावा, यह ग्रिड नियंत्रण सर्किट और अन्य संबद्ध विद्युत उपकरणों को विद्युत ऊर्जा प्रदान करता है, जिससे प्रेरण और नियंत्रण प्रणाली का निर्विघ्न संचालन सुनिश्चित होता है।

स्थैतिक प्रेरण प्रणाली का प्रतिक्रिया समय अत्यंत छोटा होता है, जिससे यह विद्युत स्थितियों में परिवर्तनों पर तेजी से प्रतिक्रिया कर सकती है। यह तेज प्रतिक्रिया, अपने पालन में उत्कृष्ट गतिशील प्रदर्शन प्रदान करती है, जिससे प्रणाली चाहे लोड और विद्युत मांग में परिवर्तन हो, स्थिर संचालन बनाए रख सकती है।

इस प्रणाली का एक मुख्य लाभ यह है कि यह संचालन लागत को बहुत कम करती है। पारंपरिक प्रेरकों को दूर करके, यह विंडेज लोस—चलते हुए भागों और आसपास के हवा के बीच घर्षण के कारण उत्पन्न ऊर्जा की व्यर्थ खपत—को उन्मूलित करती है। इसके अलावा, प्रेरक वाइंडिंग के नियमित रखरखाव की आवश्यकता के बिना, रखरखाव की लागत बहुत कम हो जाती है। इन लागत-बचाव विशेषताओं के कारण स्थैतिक प्रेरण प्रणाली विस्तृत अनुप्रयोगों के लिए आर्थिक रूप से आकर्षक विकल्प बन जाती है।