Synchronous Motor Excitation: एक विस्तृत समझ
Synchronous Motor Excitation in Hindi को गहराई से समझने से पहले, यह याद रखना अत्यंत आवश्यक है कि किसी भी electromagnetic device को आवश्यक working flux उत्पन्न करने के लिए AC source से magnetizing current प्राप्त करना पड़ता है। यह Magnetizing Current, सप्लाई वोल्टेज (V) से लगभग 90° पीछे (lag) रहता है।
Thank you for reading this post, don't forget to subscribe!दूसरे शब्दों में कहें तो, इस Magnetizing Current या Lagging VA का प्राथमिक कार्य डिवाइस के Magnetic Circuit में फ्लक्स (Flux) को स्थापित करना होता है।
Synchronous Motor एक Electromagnetic Device के रूप में
Synchronous Motor एक Doubly Fed Electrical Motor है, जो Magnetic Circuit के माध्यम से इलेक्ट्रिकल एनर्जी को मैकेनिकल एनर्जी में परिवर्तित करती है। इसी कारण यह Electromagnetic Device की श्रेणी में आती है। इसकी कार्यप्रणाली में दो प्रकार की सप्लाई दी जाती है:
- इसके Armature Winding (Stator) को 3-Phase AC इलेक्ट्रिकल सप्लाई दी जाती है।
- इसके Rotor Winding को DC Supply प्रदान की जाती है।
Excitation का वास्तविक अर्थ
Synchronous Motor Excitation in Hindi का सीधा तात्पर्य उस DC Supply से है जो रोटर (Rotor) को दी जाती है। इस सप्लाई का मुख्य उद्देश्य मोटर के संचालन के लिए आवश्यक Flux को उत्पन्न करना है।
Synchronous Motor Excitation in Hindi(Unique Characteristic)
इस मोटर की सबसे बड़ी और विशिष्ट विशेषताओं में से एक यह है कि इसे किसी भी Electrical Power Factor—चाहे वह Leading हो, Lagging हो या Unity—पर संचालित किया जा सकता है। मोटर की यह वर्सेटाइल विशेषता पूरी तरह से इसके Excitation लेवल पर ही आधारित होती है।
जब कोई Synchronous Motor एक Constant Applied Voltage (V) पर कार्य कर रही होती है, तो वोल्टेज V की डिमांड के अनुसार Resultant Air Gap Flux भी लगभग स्थिर (Substantially Constant) बना रहता है। इस Resultant Air Gap Flux को स्थापित करने का कार्य Armature Winding की AC Supply और Rotor Winding की DC Supply, दोनों के आपसी ‘Co-operation’ (सहयोग) द्वारा किया जाता है।
CASE 1: Normal Excitation (सामान्य उत्तेजना) क्या होता है?
वो excitation जिसमें synchronous motor का power factor lagging होता है और back emf supply voltage के बराबर होता है। इसे सामान्य उत्तेजना कहा जाता है।
जब Field Current (DC सप्लाई) इतना पर्याप्त (Sufficient) हो कि वह अकेले ही उस Air Gap Flux को उत्पन्न कर सके जिसकी डिमांड Constant Supply Voltage (V) द्वारा की गई है, तो:
- ऐसी स्थिति में AC Source से किसी भी प्रकार के Magnetizing Current या Lagging Reactive VA की आवश्यकता शून्य (Zero) हो जाती है।
- इसके परिणामस्वरूप, मोटर Unity Power Factor (UPF) पर कार्य करती है।
वह Field Current, जिसके कारण मोटर Unity Power Factor पर संचालित होती है, उसे ही Normal Excitation या Normal Field Current कहा जाता है।
CASE 2: Under Excitation (अल्प उत्तेजना) क्या होता है?
वो excitation जिसमें synchronous motor का power factor lagging होता है और back emf supply voltage से कम होता है।इसे Under-Excitation कहा जाता है।
यदि Field Current इतना पर्याप्त (sufficient) नहीं है कि वह वोल्टेज (V) की डिमांड के अनुसार आवश्यक Air Gap Flux उत्पन्न कर सके, तो ऐसी स्थिति में AC Source से अतिरिक्त Magnetizing Current या Lagging Reactive VA लिया जाता है।
यह Magnetizing Current उस फ्लक्स की कमी को पूरा करता है जो Deficient Flux (Constant Flux − DC सप्लाई रोटर वाइंडिंग द्वारा स्थापित फ्लक्स) के रूप में होता है।
यही कारण है कि इस स्थिति में मोटर को Lagging Power Factor पर संचालित कहा जाता है और इसे ही Under-Excitation स्थिति भी कहते हैं।
CASE 3: Over Excitation (अति उत्तेजना) क्या होता है?
वो excitation जिसमें synchronous motor का power factor leading होता है और back emf supply voltage से ज्यादा होता है। इसे Over Excitation कहा जाता है।
यदि Field Current, Normal Field Current से अधिक हो जाता है, तो मोटर को Over Excitation कहा जाता है।
यह बढ़ा हुआ (excess) Field Current अतिरिक्त फ्लक्स उत्पन्न करता है (DC सप्लाई रोटर वाइंडिंग द्वारा स्थापित फ्लक्स − परिणामी Air Gap Flux), जिसे Armature Winding द्वारा Neutralize किया जाना आवश्यक होता है।
इस कारण, Armature Winding AC Source से Leading Reactive VA या Demagnetizing Current ड्रॉ करती है, जो सप्लाई वोल्टेज से लगभग 90° आगे (lead) रहता है।
अतः इस स्थिति में मोटर Leading Power Factor पर संचालित होती है।
Critical excitation क्या होता है?
वो excitation जिसमें synchronous motor का power factor unity होता है और back emf supply voltage के बराबर होता है।
V-Curve: Excitation और Power Factor का सारांश
Synchronous Motor के Excitation और Power Factor के इस पूरे कांसेप्ट को एक ग्राफ के माध्यम से समझा जा सकता है। इसे ही Synchronous Motor का V-Curve कहा जाता है।
V-Curve हमें स्पष्ट रूप से यह दिखाता है कि कैसे Field Current (If) को बदलने से Armature Current (Ia) और Power Factor पर प्रभाव पड़ता है।
एक Over-excited Synchronous Motor हमेशा Leading Power Factor पर कार्य करती है, जबकि Under-excited Synchronous Motor, Lagging Power Factor पर संचालित होती है। वहीं, Normal Excited Synchronous Motor हमेशा Unity Power Factor पर कार्य करती है।
4.2.5 Synchronous Motor के प्रमुख अनुप्रयोग (Applications)
सिंक्रोनस मोटर अपनी अनूठी विशेषताओं के कारण इंडस्ट्री में कई महत्वपूर्ण कार्यों के लिए उपयोग की जाती है:
Power Factor Improvement:
जब Synchronous Motor के शाफ्ट (shaft) पर कोई लोड कनेक्टेड नहीं होता, तब इसका उपयोग Power Factor Improvement के लिए किया जाता है (इसे Synchronous Condenser भी कहते हैं)। अपनी इसी विशेषता के कारण, जहाँ Static Capacitors बहुत महंगे साबित होते हैं, वहाँ पावर सिस्टम में सिंक्रोनस मोटर का इस्तेमाल करना एक बेहतर विकल्प होता है।
Low Speed और High Power Applications:
सिंक्रोनस मोटर उन जगहों के लिए सबसे उपयुक्त है जहाँ ऑपरेटिंग स्पीड कम (लगभग 500 rpm) हो और High Power की आवश्यकता हो।
Efficiency और Cost:
35 kW से लेकर 2500 kW तक की पावर आवश्यकताओं के लिए, यदि हम समान रेटिंग कीThree Phase Induction Motor का उपयोग करें, तो उसका आकार (size), वजन और लागत (cost) बहुत अधिक हो जाती है। इसीलिए ऐसी स्थितियों में सिंक्रोनस मोटर्स को प्राथमिकता दी जाती है।
प्रमुख उदाहरण (Examples):
- Reciprocating Pumps
- Compressors
- Rolling Mills, आदि।
Conclusion:
Synchronous Motor Excitation का concept यह बताता है कि motor का power factor और performance पूरी तरह field current (excitation) पर depend करता है।
Normal excitation पर motor unity power factor पर चलती है, under excitation पर lagging power factor और over excitation पर leading power factor मिलता है।
इससे clear होता है कि synchronous motor एक versatile machine है जो अलग-अलग operating conditions में power factor control कर सकती है और industrial applications में बहुत useful होती है।
FAQ
3-phase synchronous motor पर load increase होने पर speed पर क्या effect होता है?
Motor की speed no load से लेकर maximum load तक constant रहती है जब motor constant frequency bus bars पर operate करती है।
Synchronous motor constant speed motor क्यों होती है?
जब synchronous motor पर load increase होता है तो load angle δ भी increase होता है, लेकिन speed constant रहती है। Load के और increase होने पर load angle और बढ़ता है। Jab load angle 90 degree electrical तक पहुँच जाता है, तब motor synchronism से बाहर आ जाती है। इसलिए motor synchronous speed पर ही rotate करती है, नहीं तो synchronism lose हो जाता है।
Normal excitation क्या होता है?
वो excitation जिसमें synchronous motor का power factor lagging होता है और back emf supply voltage के बराबर होता है।
Under excitation क्या होता है?
वो excitation जिसमें synchronous motor का power factor lagging होता है और back emf supply voltage से कम होता है।
Overexcitation क्या होता है?
वो excitation जिसमें synchronous motor का power factor leading होता है और back emf supply voltage से ज्यादा होता है।
Critical excitation क्या होता है?
वो excitation जिसमें synchronous motor का power factor unity होता है और back emf supply voltage के बराबर होता है।