डीसी जनरेटर कैसे काम करता है?
डीसी जनरेटर की परिभाषा
डीसी जनरेटर एक उपकरण है जो इलेक्ट्रोमैग्नेटिक प्रेरण के सिद्धांत का उपयोग करके यांत्रिक शक्ति को सीधी विद्युत शक्ति में परिवर्तित करता है।
फैराडे का नियम
यह नियम बताता है कि जब एक चालक चुंबकीय क्षेत्र में गति करता है, तो वह चुंबकीय बल रेखाओं को काटता है, जिससे चालक में इलेक्ट्रोमैग्नेटिक बल (EMF) प्रेरित होता है।
प्रेरित EMF का परिमाण चालक के साथ चुंबकीय प्रवाह की लिंकेज की परिवर्तन की दर पर निर्भर करता है। यदि चालक सर्किट बंद है, तो यह EMF धारा को प्रवाहित करेगा।
जनरेटर के दो सबसे महत्वपूर्ण भाग हैं:
चुंबकीय क्षेत्र
चुंबकीय क्षेत्र के अंदर गति करने वाले चालक।
अब जब हमने बुनियादी जानकारी समझ ली है, तो हम डीसी जनरेटर के कार्य के सिद्धांत पर चर्चा कर सकते हैं। आपको डीसी जनरेटर के प्रकारों के बारे में भी जानना उपयोगी हो सकता है।
एकल-लूप संचालन
एकल-लूप डीसी जनरेटर में, लूप की चुंबकीय क्षेत्र में घूमने से EMF प्रेरित होता है, और धारा की दिशा फ्लेमिंग के दाहिने हाथ के नियम द्वारा निर्धारित होती है।
ऊपर दिए गए चित्र में, आयताकार आकार के एक चालक का एकल लूप चुंबक के दो विपरीत ध्रुवों के बीच रखा गया है।
चुंबकीय क्षेत्र के अंदर अपने अक्ष ab के आसपास घूमने वाले चालक ABCD के आयताकार लूप पर विचार करें।
जब लूप अपने ऊर्ध्वाधर स्थिति से अपनी अनुप्रस्थ स्थिति में घूमता है, तो वह क्षेत्र की फ्लक्स रेखाओं को काटता है। इस गति के दौरान, लूप की दो भुजाएँ, अर्थात् AB और CD, फ्लक्स रेखाओं को काटती हैं, जिससे लूप की दोनों भुजाओं (AB और BC) में EMF प्रेरित होता है।
जब लूप बंद होता है, तो लूप में धारा प्रवाहित होती है। धारा की दिशा फ्लेमिंग के दाहिने हाथ के नियम द्वारा निर्धारित की जा सकती है।
यह नियम कहता है कि यदि आप अपने दाहिने हाथ की अंगूठी, तर्जनी और मध्यमांगुली को एक दूसरे के लंबवत फैलाते हैं, तो अंगूठी चालक की गति की दिशा दर्शाती है, तर्जनी चुंबकीय क्षेत्र की दिशा, अर्थात् N - ध्रुव से S - ध्रुव, और मध्यमांगुली चालक में धारा की प्रवाह की दिशा दर्शाती है।
अब यदि हम इस दाहिने हाथ के नियम को लागू करते हैं, तो हम देखेंगे कि लूप की इस अनुप्रस्थ स्थिति में, धारा बिंदु A से B तक प्रवाहित होगी और लूप के दूसरी भुजा पर, धारा बिंदु C से D तक प्रवाहित होगी।
अब यदि हम लूप को आगे बढ़ने देते हैं, तो वह फिर से अपनी ऊर्ध्वाधर स्थिति में आ जाएगा, लेकिन अब लूप की ऊपरी भुजा CD होगी, और निचली भुजा AB (पिछली ऊर्ध्वाधर स्थिति के विपरीत)।
इस स्थिति में, लूप की भुजाओं की स्पर्शरेखीय गति क्षेत्र की फ्लक्स रेखाओं के समानांतर है। इसलिए फ्लक्स काटने का प्रश्न नहीं होगा, और इसके परिणामस्वरूप लूप में कोई धारा नहीं होगी।
यदि लूप आगे घूमता है, तो वह फिर से अनुप्रस्थ स्थिति में आता है। लेकिन अब, लूप की AB भुजा N ध्रुव के सामने आती है, और CD S ध्रुव के सामने आता है, अर्थात् पिछली अनुप्रस्थ स्थिति के विपरीत जैसा कि चित्र में दिखाया गया है।
यहाँ लूप की भुजाओं की स्पर्शरेखीय गति फ्लक्स रेखाओं के लंबवत है; इसलिए यहाँ फ्लक्स काटने की दर अधिकतम है, और फ्लेमिंग के दाहिने हाथ के नियम के अनुसार, इस स्थिति में धारा बिंदु B से A तक प्रवाहित होगी और दूसरी भुजा पर बिंदु D से C तक प्रवाहित होगी।
अब यदि लूप अपने अक्ष के आसपास घूमता रहता है, तो हर बार जब भुजा AB S ध्रुव के सामने आती है, तो धारा बिंदु A से B तक प्रवाहित होती है। फिर, जब यह N ध्रुव के सामने आता है, तो धारा बिंदु B से A तक प्रवाहित होती है।
इसी तरह, हर बार जब भुजा CD S ध्रुव के सामने आती है, तो धारा बिंदु C से D तक प्रवाहित होती है। जब भुजा CD N ध्रुव के सामने आती है, तो धारा बिंदु D से C तक प्रवाहित होती है।
यदि हम इस घटना को अलग तरह से देखें, तो हम निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि जब लूप की प्रत्येक भुजा N ध्रुव के सामने आती है, तो उस भुजा में धारा एक ही दिशा में प्रवाहित होती है, अर्थात् रेफरेंस तल से नीचे की ओर।
इसी तरह, जब लूप की प्रत्येक भुजा S ध्रुव के सामने आती है, तो उस भुजा में धारा एक ही दिशा में प्रवाहित होती है, अर्थात् रेफरेंस तल से ऊपर की ओर। इससे हम डीसी जनरेटर के सिद्धांत की ओर जाएंगे।
अब लूप को खोला जाता है और नीचे दिए गए चित्र की तरह एक स्प्लिट रिंग से जोड़ा जाता है। स्प्लिट रिंग, जो एक चालक बेलन से बनाया गया होता है, दो आधे या खंडों में काटा जाता है जो एक दूसरे से अलग होते हैं।
हम बाहरी लोड टर्मिनल को दो कार्बन ब्रश से जोड़ते हैं, जो इन स्प्लिट स्लिप रिंग खंडों पर रहते हैं।
कम्यूटेटर और ब्रश
स्प्लिट रिंग (कम्यूटेटर) और कार्बन ब्रश लूप के घूमने के साथ कनेक्शन को उलट देकर धारा को एक दिशा में बनाए रखने की सुनिश्चितता करते हैं।
ब्रश की स्थिति
ब्रश इस तरह से स्थित होते हैं कि जब कोइल चुंबकीय क्षेत्र के लंबवत होता है, तो EMF शून्य होता है, जिससे धारा का निर्विघ्न प्रवाह होता है।
डीसी जनरेटर का कार्य सिद्धांत
हम देख सकते हैं कि आधे चक्कर में धारा हमेशा ABLMCD के साथ प्रवाहित होती है, अर्थात् ब्रश नंबर 1 सेगमेंट a से संपर्क में होता है। अगले आधे चक्कर में, चित्र में, कोइल में प्रेरित धारा की दिशा उलट जाती है। लेकिन इसी समय सेगमेंट a और b की स्थिति भी उलट जाती है, जिसका परिणाम यह होता है कि ब्रश नंबर 1 सेगमेंट b से संपर्क में आता है।
