मोटर थर्मल ओवरलोड सुरक्षा
प्रेरित मोटर में मोटर थर्मल ओवरलोड सुरक्षा को समझने के लिए, हम तीन फेज प्रेरित मोटर के कार्यात्मक सिद्धांत पर चर्चा कर सकते हैं। इसमें एक बेलनाकार स्टेटर होता है और स्टेटर के आंतरिक परिधि में तीन फेज वाइंडिंग सममित रूप से वितरित होती है। ऐसे सममित वितरण के कारण, जब तीन फेज विद्युत आपूर्ति को स्टेटर वाइंडिंग पर लगाया जाता है, तो एक घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है। यह क्षेत्र संक्रमण गति पर घूमता है। रोटर प्रेरित मोटर में मुख्य रूप से ठोस तांबे की छड़ों से बना होता है, जो दोनों सिरों पर ऐसे तरीके से शॉर्ट किए जाते हैं कि वे एक बेलनाकार केज जैसी संरचना बनाते हैं। इसी कारण इस मोटर को स्क्वायर केज प्रेरित मोटर भी कहा जाता है। अब तीन फेज प्रेरित मोटर के मूल बिंदु पर आइए - जो हमें मोटर थर्मल ओवरलोड सुरक्षा के बारे में स्पष्ट रूप से समझने में मदद करेगा।
जैसे-जैसे घूर्णन चुंबकीय फ्लक्स प्रत्येक रोटर बार चालक को काटता है, रोटर बार चालकों में प्रवाहित होने वाली विद्युत धारा उत्पन्न होती है। शुरुआत में रोटर ठहरा रहता है और स्टेटर क्षेत्र संक्रमण गति पर घूमता है, घूर्णन क्षेत्र और रोटर के बीच सापेक्ष गति अधिकतम होती है। इसलिए, रोटर बारों के साथ फ्लक्स की कटाई की दर अधिकतम होती है, और इस स्थिति में उत्पन्न धारा अधिकतम होती है। लेकिन जैसे-जैसे उत्पन्न धारा का कारण सापेक्ष गति है, रोटर इस सापेक्ष गति को कम करने की कोशिश करेगा और इसलिए घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में घूमना शुरू कर देगा ताकि संक्रमण गति प्राप्त कर सके। जैसे ही रोटर संक्रमण गति पर पहुंच जाएगा, रोटर और घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र के बीच की सापेक्ष गति शून्य हो जाएगी, इसलिए फ्लक्स की कटाई और उत्पन्न धारा रोटर बारों में नहीं होगी। जैसे-जैसे उत्पन्न धारा शून्य हो जाती है, रोटर और घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र के बीच शून्य सापेक्ष गति बनाए रखने की आवश्यकता नहीं रहेगी, इसलिए रोटर की गति गिर जाएगी।
जैसे-जैसे रोटर की गति गिरती है, रोटर और घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र के बीच सापेक्ष गति फिर से गैर-शून्य मान प्राप्त कर लेती है, जो रोटर बारों में फिर से उत्पन्न धारा का कारण बनती है, फिर रोटर फिर से संक्रमण गति प्राप्त करने की कोशिश करेगा और यह जब तक मोटर चालू रहेगा, तब तक यह जारी रहेगा। इस परिघटना के कारण रोटर संक्रमण गति प्राप्त नहीं कर पाएगा और न ही सामान्य संचालन के दौरान रुक पाएगा। प्रेरित मोटर के संक्रमण गति और रोटर गति के बीच का अंतर, प्रेरित मोटर के स्लिप के रूप में वर्णित किया जाता है।
सामान्य रूप से चल रहे प्रेरित मोटर में स्लिप आमतौर पर 1% से 3% तक बदलता है, जो मोटर की लोडिंग स्थिति पर निर्भर करता है। अब हम प्रेरित मोटर के गति-धारा विशेषताओं को खींचने की कोशिश करेंगे - आइए एक बड़े बायलर फैन का उदाहरण लें।
विशेषताओं में Y अक्ष को सेकंड में समय और X अक्ष को स्टेटर धारा के % के रूप में लिया गया है। जब रोटर ठहरा होता है, अर्थात् शुरुआती स्थिति में, स्लिप अधिकतम होता है, इसलिए रोटर में उत्पन्न धारा अधिकतम होती है और ट्रांसफॉर्मेशन कार्य के कारण, स्टेटर आपूर्ति से भारी धारा खींचता है और यह लगभग 600% रेटेड फुल लोड स्टेटर धारा के बराबर होता है। जैसे-जैसे रोटर तेज होता जाता है, स्लिप कम होता जाता है, इसलिए रोटर धारा और स्टेटर धारा 12 सेकंड में लगभग 500% फुल लोड रेटेड धारा तक गिर जाती है, जब रोटर गति संक्रमण गति का 80% प्राप्त कर लेती है। उसके बाद स्टेटर धारा तेजी से रेटेड मान तक गिर जाती है, जैसे-जैसे रोटर अपनी सामान्य गति प्राप्त कर लेता है।
अब हम विद्युत मोटर की थर्मल ओवरलोड या विद्युत मोटर की अत्यधिक गर्मी की समस्या और मोटर थर्मल ओवरलोड सुरक्षा की आवश्यकता के बारे में चर्चा करेंगे।
जब हम मोटर की अत्यधिक गर्मी के बारे में सोचते हैं, तो हमारे मन में पहली चीज जो आती है वह है ओवरलोडिंग। मोटर की यांत्रिक ओवरलोडिंग के कारण मोटर आपूर्ति से अधिक धारा खींचता है, जो मोटर की अत्यधिक गर्मी का कारण बनता है। यदि रोटर यांत्रिक रूप से लॉक हो जाता है, अर्थात् किसी बाहरी यांत्रिक बल द्वारा स्थिर हो जाता है, तो मोटर आपूर्ति से अत्यधिक धारा खींचता है, जो विद्युत मोटर की थर्मल ओवरलोड या अत्यधिक गर्मी की समस्या का कारण बनता है। अत्यधिक गर्मी का एक और कारण निम्न आपूर्ति वोल्टेज है। चूंकि मोटर द्वारा आपूर्ति से खींची गई शक्ति मोटर की लोडिंग स्थिति पर निर्भर करती है, निम्न आपूर्ति वोल्टेज के लिए, मोटर मेन्स से अधिक धारा खींचता है ताकि आवश्यक टोक़ बनाया जा सके। सिंगल फेजिंग भी मोटर की थर्मल ओवरलोड का कारण बनता है। जब आपूर्ति का एक फेज सेवा से बाहर हो जाता है, तो शेष दो फेज आवश्यक लोड टोक़ बनाने के लिए अधिक धारा खींचते हैं और यह मोटर की अत्यधिक गर्मी का कारण बनता है। आपूर्ति के तीन फेजों के बीच की असंतुलन स्थिति भी मोटर वाइंडिंग की अत्यधिक गर्मी का कारण बनती है, क्योंकि असंतुलित प्रणाली के परिणामस्वरूप स्टेटर वाइंडिंग में नकारात्मक अनुक्रम धारा होती है। फिर, आपूर्ति वोल्टेज की अचानक खो जाने और फिर से स्थापित होने से भी मोटर की अत्यधिक गर्मी हो सकती है। चूंकि आपूर्ति वोल्टेज की अचानक खो जाने से, मोटर धीमा हो जाता है और आपूर्ति वोल्टेज की अचानक फिर से स्थापित होने से मोटर अपनी रेटेड गति प्राप्त करने के लिए तेज हो जाता है और इसलिए मोटर आपूर्ति से अधिक धारा खींचता है।
चूंकि थर्मल ओवरलोड या अत्यधिक गर्मी से मोटर की इन्सुलेशन विफल हो सकती है और वाइंडिंग की क्षति हो सकती है, इसलिए उचित मोटर थर्मल ओवरलोड सुरक्षा के लिए, मोटर को निम्न स्थितियों से सुरक्षित किया जाना चाहिए
यांत्रिक ओवरलोडिंग,
मोटर षाफ्ट का रुक जाना,
निम्न आपूर्ति वोल्टेज,
आपूर्ति मेन्स का सिंगल फेजिंग,
आपूर्ति मेन्स का असंतुलन,
आपूर्ति वोल्टेज की अचानक खो जाने और फिर से स्थापित होने।
मोटर की सबसे मूल सुरक्षा योजना थर्मल ओवरलोड सुरक्षा है, जो मुख्य रूप से उपरोक्त सभी उल्लिखित स्थितियों की सुरक्षा को कवर करती है। थर्मल ओवरलोड सुरक्षा के मूल सिद्धांत को समझने के लिए, आइए बुनियादी मोटर नियंत्रण योजना के स्कीमेटिक आरेख पर नजर डालें।
ऊपर दिए गए आरेख में, जब START पुश बटन बंद होता है, तो स्टार्टर कोइल ट्रांसफॉर्मर के माध्यम से ऊर्जा देता है। जैसे-जैसे स्टार्टर कोइल ऊर्जा देता है, नियमित रूप से खुला (NO) संपर्क 5 बंद हो जाता है, इसलिए मोटर को इसके टर्मिनल पर आपूर्ति वोल्टेज मिलता है और यह घूमना शुरू कर देता है। यह स्टार्ट कोइल संपर्क 4 भी बंद करता है, जो स्टार्टर कोइल को ऊर्जा देता है, भले ही START पुश बटन संपर्क अपनी बंद स्थिति से रिलीज़ कर दिया गया हो। मोटर को रोकने के लिए स्टार्टर कोइल के सीरीज में कई नियमित रूप से बंद (NC) संपर्क होते हैं, जैसा कि आरेख में दिखाया गया है। उनमें से एक STOP पुश बटन संपर्क है। यदि STOP पुश बटन दबाया जाता है, तो यह बटन संपर्क खुल जाता है और स्टार्टर कोइल सर्किट की निरंतरता टूट जाती है, इसलिए स्टार्टर कोइल ऊर्जा रहित हो जाता है। इसलिए, संपर्क 5 और 4 अपनी नियमित रूप से खुली स्थिति में वापस आ जाते हैं। फिर, मोटर टर्मिनल पर वोल्टेज की अनुपस्थिति में यह अंततः रोक दिया जाएगा। इसी तरह, यदि स्टार्टर कोइल के सीरीज में जोड़े गए अन्य NC संपर्क (1, 2 और 3) में से कोई खुल जाता है, तो यह भी मोटर को रोक देगा। इन NC संपर्कों को विभिन्न सुरक्षा रिले से विद्युतीय रूप से जोड़ा गया है, ताकि विभिन्न असामान्य स्थितियों में मोटर का संचालन रोका जा सके।
आइए थर्मल ओवरलोड रिले और इसकी कार्यवाही पर नजर डालें, जो मोटर थर्मल ओवरलोड सुरक्षा में होती है।
मोटर आपूर्ति सर्किट के श्रृंखला में CT के सेकंडरी, थर्मल ओवरलोड रिले (49) की एक बाइमेटालिक स्ट्रिप के साथ जुड़े होते हैं। नीचे दिए गए आरेख में दिखाए गए अनुसार, जब CT के किसी भी सेकंडरी के माध्यम से धारा, निर्धारित मानों को
