रोटरी कनवर्टर
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रोटरी कन्वर्टर एक प्रकार की विद्युत मशीन है जो मैकेनिकल रेक्टिफायर, इन्वर्टर या फ्रीक्वेंसी कन्वर्टर के रूप में काम करती है।
रासायनिक या ठोस ऊर्जा स्तिथि सुधार और प्रतिलोम के आगमन से पहले रोटरी कन्वर्टर्स का उपयोग प्रत्यावर्ती धारा ( एसी) को प्रत्यक्ष धारा (डीसी), या डीसी से एसी ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए किया जाता था। वे सामान्यतः एसी बिजली स्रोत से वाणिज्यिक, औद्योगिक और रेलवे विद्युतीकरण के लिए डीसी बिजली प्रदान करने के लिए उपयोग किए जाते थे।[1]
संचालन के सिद्धांत
रोटरी कन्वर्टर को मोटर जनरेटर के रूप में माना जा सकता है, जहां दो मशीनें एक घूर्णन आर्मेचर (इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग) और फील्ड कॉइल के सेट को साझा करती हैं। रोटरी कन्वर्टर के मूल निर्माण में एक डीसी जनरेटर (डायनेमो) होता है, जिसमें स्लिप रिंग का एक सेट होता है, जो समान रूप से अंतराल पर रोटर वाइंडिंग में टैप किया जाता है, क्योंकि जब एक डायनेमो को घुमाया जाता है तो इसकी रोटर वाइंडिंग में विद्युत धाराएँ वैकल्पिक होती हैं क्योंकि यह स्थिर फ़ील्ड वाइंडिंग के चुंबकीय क्षेत्र में घूमती है। इस प्रत्यावर्ती धारा को एक दिकपरिवर्तक के माध्यम से सुधारा जाता है, जो रोटर से दिष्ट धारा निकालने की अनुमति देता है। एसी पावर के साथ समान रोटर वाइंडिंग्स को सक्रिय करके इस सिद्धांत का लाभ उठाया जाता है, जिससे मशीन एक सिंक्रोनस एसी मोटर के रूप में कार्य करती है। सक्रिय कॉइल्स का घूर्णन प्रत्यक्ष प्रवाह के हिस्से का उत्पादन करने वाली स्थिर फ़ील्ड वाइंडिंग्स को उत्तेजित करता है।दूसरा भाग स्लिप रिंग्स से प्रत्यावर्ती धारा है, जिसे दिकपरिवर्तक (बिजली) द्वारा सीधे डीसी में सुधारा जाता है।यह रोटरी कन्वर्टर को एक हाइब्रिड डायनेमो और मैकेनिकल रेक्टीफायर बनाता है। जब इस तरह से उपयोग किया जाता है तो इसे एक तुल्यकालिक रोटरी परिवर्तक या केवल एक तुल्यकालिक परिवर्तक के रूप में संदर्भित किया जाता है। एसी स्लिप रिंग मशीन को अल्टरनेटर के रूप में कार्य करने की अनुमति भी देती है।
डिवाइस को उल्टा किया जा सकता है और डीसी को मशीन में स्पिन करने और एसी पावर का उत्पादन करने के लिए फील्ड और दिकपरिवर्तक वाइंडिंग्स पर लागू किया जाता है। डीसी से एसी मशीन के रूप में संचालित होने पर इसे उलटा रोटरी कनवर्टर कहा जाता है।
एसी-टू-डीसी रोटरी कन्वर्टर में क्या हो रहा है, इसकी कल्पना करने का एक तरीका एक रोटरी रिवर्सिंग स्विच की कल्पना करना है जो एक ऐसी गति से चलाया जा रहा है जो पावर लाइन के साथ समकालिक है। इस तरह का एक स्विच एसी इनपुट वेवफॉर्म को बिना किसी चुंबकीय घटक के सुधार सकता है, जो स्विच को चलाने वालों को बचा सकता है। रोटरी कन्वर्टर इस तुच्छ मामले की तुलना में कुछ अधिक जटिल होते है, क्योंकि यह स्पंदित डीसी के बजाय निकट-डीसी को बचाता है, जो केवल रिवर्सिंग स्विच से उत्पन्न होता है, लेकिन सादृश्य यह समझने में मददगार हो सकता है कि कैसे रोटरी कन्वर्टर इलेक्ट्रिकल से मैकेनिकल और वापस इलेक्ट्रिकल में सभी ऊर्जा को बदलने से बचता है।
असतत मोटर-जनरेटर सेट पर रोटरी कनवर्टर का लाभ यह है कि रोटरी कनवर्टर सभी शक्ति प्रवाह को यांत्रिक ऊर्जा में और फिर वापस विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने से बचता है; इसके बजाय कुछ विद्युत ऊर्जा सीधे इनपुट से आउटपुट में प्रवाहित होती है, जिससे रोटरी कन्वर्टर समतुल्य पावर-हैंडलिंग क्षमता के मोटर-जनरेटर सेट की तुलना में बहुत छोटा और हल्का होता है।मोटर-जनरेटर सेट के लाभों में समायोज्य वोल्टेज विनियमन शामिल है, जो आपूर्ति नेटवर्क में वोल्टेज ड्रॉप की भरपाई कर सकता है; इसने पूर्ण शक्ति अलगाव, हार्मोनिक्स अलगाव, अधिक वृद्धि और क्षणिक सुरक्षा, और बढ़ी हुई गति के माध्यम से शिथिलता (ब्राउनआउट) सुरक्षा प्रदान की है।
डायरेक्ट-करंट रोटरी कनवर्टर के लिए एकल-चरण के इस पहले उदाहरण में, इसे पांच अलग-अलग तरीकों से इस्तेमाल किया जा सकता है:[5]
- यदि कॉइल को घुमाया जाता है, तो संग्राहक वलयों से प्रत्यावर्ती धाराएँ ली जा सकती हैं, और इसे प्रत्यावर्तक कहते हैं।
- यदि कॉइल को को घुमाया जाता है, तो दिष्ट धारा को दिकपरिवर्तक से लिया जा सकता है, और इसे डायनेमो कहा जाता है।
- यदि कॉइल को घुमाया जाता है, तो आर्मेचर से दो अलग-अलग धाराएँ ली जा सकती हैं, एक दिष्ट धारा प्रदान करती है और दूसरी प्रत्यावर्ती धारा प्रदान करती है। ऐसी मशीन को डबल करंट जनरेटर कहा जाता है।
- यदि दिष्टधारा को दिकपरिवर्तक पर लागू किया जाता है, तो कॉइल एक कम्यूटेटेड विद्युत मोटर के रूप में घूमना शुरू कर देगी और संग्राहक के छल्ले से एक प्रत्यावर्ती धारा निकाली जा सकती है। इसे एक उलटा रोटरी कनवर्टर कहा जाता है (इन्वर्टर देखें)।
- यदि मशीन को बाहरी माध्यमों से तुल्यकालिक गति तक लाया जाता है, और यदि आर्मेचर के माध्यम से धारा की दिशा का फील्ड कॉइल से सही संबंध है, तो कॉइल एक तुल्यकालिक मोटर के रूप में आवर्तित्र करंट के साथ सिंक्रोनिज्म में घूमती रहेगी। दिकपरिवर्तक से दिष्ट धारा ली जा सकती है। जब इस तरह इस्तेमाल किया जाता है, तो इसे रोटरी कन्वर्टर कहा जाता है।
स्व-संतुलन डायनेमो
स्व-संतुलन डायनेमो एकल और दो-चरण रोटरी कनवर्टर के समान निर्माण का है। यह आमतौर पर पूरी तरह से संतुलित तीन-तार 120/240-वोल्ट एसी विद्युत आपूर्ति बनाने के लिए उपयोग किया जाता था। स्लिप रिंग्स से निकाले गए एसी को सिंगल सेंटर-टैप्ड वाइंडिंग वाले ट्रांसफॉर्मर में फीड किया गया था। सेंटर-टैप्ड वाइंडिंग डीसी न्यूट्रल वायर बनाती है। इसे एक यांत्रिक ऊर्जा स्रोत, जैसे भाप इंजन, डीजल इंजन, या इलेक्ट्रिक मोटर द्वारा संचालित करने की आवश्यकता होती है। इसे एक डबल करंट जनरेटर के रूप में इस्तेमाल होने वाला रोटरी कन्वर्टर माना जा सकता है; डीसी तटस्थ तार को संतुलित करने के लिए प्रत्यावर्ती धारा का उपयोग किया गया था।
इतिहास
रोटरी कन्वर्टर का आविष्कार चार्ल्स एस. ब्रैडली (इलेक्ट्रिकल इंजीनियर) | चार्ल्स एस. ब्रैडली ने 1888 में किया था।[6] इस प्रकार के एसी/डीसी कनवर्टर का एक विशिष्ट उपयोग रेलवे विद्युतीकरण प्रणाली के लिए था, जहां उपयोगिता ऊर्जा को वैकल्पिक प्रवाह के रूप में आपूर्ति की जाती थी लेकिन ट्रेनों को प्रत्यक्ष प्रवाह पर काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। पारा चाप सुधारक और हाई-पॉवर सेमीकंडक्टर रेक्टिफायर्स के आविष्कार से पहले, यह रूपांतरण केवल मोटर-जनरेटर या रोटरी कन्वर्टर्स का उपयोग करके ही पूरा किया जा सकता था।
रोटरी कन्वर्टर्स ने जल्द ही 1880 और 1890 के दशक की शुरुआत में सभी प्रतिस्पर्धी विद्युत ऊर्जा डिलीवरी सिस्टम को संयोजित करने की आवश्यकता को भर दिया। इनमें सिंगल फेज एसी सिस्टम, पॉली-फेज एसी सिस्टम, लो वोल्टेज इनकैंडेसेंट लाइटिंग, हाई वोल्टेज आर्क लाइटिंग और कारखानों और स्ट्रीट कारों में मौजूदा डीसी मोटर्स शामिल हैं।[7][8] उस समय अधिकांश मशीनरी और उपकरण डीसी पावर द्वारा संचालित थे, जो आवासीय, वाणिज्यिक और औद्योगिक खपत के लिए रोटरी कनवर्टर सबस्टेशन द्वारा प्रदान किया गया था। रोटरी कन्वर्टर्स ने ELECTROPLATING जैसी औद्योगिक इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री प्रक्रियाओं के लिए उच्च वर्तमान डीसी ऊर्जा प्रदान की। इस्पात मिल ों को उनके मुख्य रोल ड्राइव मोटर्स के लिए बड़ी मात्रा में ऑन-साइट डीसी पावर की आवश्यकता होती है। इसी तरह, पत्र मिल ों और छापाखाना ों को शीट को फाड़ने से रोकने के लिए अपने मोटरों को सही सिंक्रनाइज़ेशन में शुरू करने और बंद करने के लिए प्रत्यक्ष वर्तमान की आवश्यकता होती है।
अप्रचलन
रोटरी कन्वर्टर्स का उपयोग करने की आवश्यकता के स्टॉपगैप को धीरे-धीरे दूर किया गया क्योंकि पुराने सिस्टम को नए एसी यूनिवर्सल सिस्टम से मिलान करने के लिए सेवानिवृत्त या अपग्रेड किया गया था। एसी से डीसी सिंक्रोनस रोटरी कन्वर्टर्स को 1930 के दशक में मर्करी आर्क रेक्टिफायर्स द्वारा और बाद में 1960 के दशक में सेमीकंडक्टर रेक्टिफायर्स द्वारा अप्रचलित बना दिया गया था।[9]: 54 1999 तक चलने वाले सिंक्रोनस रोटरी कन्वर्टर्स का उपयोग करने वाले कुछ मूल न्यूयॉर्क सिटी सबवे सबस्टेशन।[9]: 12 रोटरी कनवर्टर की तुलना में, पारा आर्क और सेमीकंडक्टर रेक्टीफायर को दैनिक रखरखाव, समानांतर संचालन के लिए मैन्युअल सिंक्रनाइज़िंग, न ही कुशल कर्मियों की आवश्यकता नहीं थी, और उन्होंने स्वच्छ डीसी ऊर्जा प्रदान की। इसने नए सबस्टेशनों को मानव रहित होने में सक्षम बनाया, केवल निरीक्षण और रखरखाव के लिए एक तकनीशियन से आवधिक यात्राओं की आवश्यकता थी।
एसी ने डीसी को अधिकांश अनुप्रयोगों में बदल दिया और अंततः रोटरी कन्वर्टर्स की आवश्यकता के साथ-साथ स्थानीय डीसी सबस्टेशनों की आवश्यकता कम हो गई। कई डीसी ग्राहक एसी बिजली में परिवर्तित हो गए, और एसी आपूर्ति से शेष डीसी उपकरण को बिजली देने के लिए ऑन-साइट सॉलिड-स्टेट डीसी रेक्टीफायर का उपयोग किया गया।
यह भी देखें
- कैस्केड कनवर्टर
- आवृत्ति कनवर्टर
- मोटर-जनरेटर
- रोटरी कनवर्टर संयंत्र
- रोटरी चरण कनवर्टर
- तीन चरण विद्युत शक्ति
- कर्षण वर्तमान कनवर्टर संयंत्र
संदर्भ
- ↑ Owen, Edward L (1996-01-01). "History". IEEE. doi:10.1109/2943.476602. Retrieved 2022-11-15.
- ↑ Hawkins Electrical Guide, 2nd Ed. 1917, p. 1459, fig. 2034
- ↑ Hawkins Electrical Guide, 2nd Ed. 1917, p. 1460, fig. 2035
- ↑ Hawkins Electrical Guide, 2nd Ed. 1917, p. 1461, fig. 2036
- ↑ Hawkins Electrical Guide, 2nd Ed. 1917, p. 1461
- ↑ Hughes, Thomas Parke. Networks of Power: Electrification in Western Society, 1880–1930. Baltimore, Maryland: Johns Hopkins University Press - 1993, pp=120–121
- ↑ Garud, Raghu; Kumaraswamy, Arun; Langlois, Richard (2009). Managing in the Modular Age: Architectures, Networks, and Organizations. New York: John Wiley & Sons. p. 249
- ↑ Hughes, Thomas Parke. Networks of Power: Electrification in Western Society, 1880–1930. Baltimore, Maryland: Johns Hopkins University Press - 1993, pp=120–121
- ↑ 9.0 9.1 Payne, Christopher (2002). New York's Forgotten Substations: The Power Behind the Subway. Princeton Architectural Press. ISBN 978-1568983554.
- Slichter, W.I. (1917). "Converters, Synchronous or Rotary". In Pender, Harold (ed.). Handbook for Electrical Engineers. New York: John Wiley & Sons. pp. 279–291.
- Greenberg, Bernard S. (1999). "Rotary Converter Power Technology: AC, DC, and Subway Power." nycsubway.org.
