Power Electronics and Drives MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Power Electronics and Drives - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

विद्युत चालक

अपने संयोजन के आधार पर, विद्युत चालक निम्नलिखित तीन प्रकार के हो सकते हैं।

समूह चालक:

• एक समूह चालक प्रणाली एक उच्च-शक्ति वाले मोटर का उपयोग एक सामान्य शाफ्ट को चलाने के लिए करती है। जब कई मशीनों को एक ही शाफ्ट पर व्यवस्थित किया जाता है और एक ही बड़े मोटर द्वारा संचालित किया जाता है, तो इस प्रणाली को समूह चालक के रूप में जाना जाता है।
• समूह चालक प्रणाली की एक मुख्य विशेषता अन्य ड्राइव की तुलना में इसकी कम पूँजीगत लागत है। ऐसा इसलिए है क्योंकि एक ही, बड़ा मोटर और संबंधित नियंत्रण गियर कई मशीनों को एक सामान्य शाफ्ट से जोड़कर संचालित कर सकता है, बजाय प्रत्येक मशीन के लिए एक अलग मोटर की आवश्यकता के।
• उदाहरण: खाद्य पीसने की मिलें, पेपर मिलें, आदि।

बहु-मोटर चालक:

• एक बहु-मोटर चालक प्रणाली मशीन के विभिन्न भागों को शक्ति देने के लिए कई विद्युत मोटरों का उपयोग करती है, प्रत्येक मोटर अपने स्वयं के तंत्र का संचालन करती है।
• यह विभिन्न मशीन कार्यों के स्वतंत्र नियंत्रण और संचालन की अनुमति देता है, जैसा कि यात्रा करने वाले क्रेन में देखा जाता है जहाँ अलग-अलग मोटर उठाने, लंबी यात्रा और क्रॉस-यात्रा को संभालते हैं। उदाहरण: क्रेन

व्यक्तिगत चालक:

• एक विद्युत चालक प्रणाली में, यदि एक व्यक्तिगत मशीन को अपने मोटर के साथ लगाया जाता है और प्रत्येक ऑपरेटर को अपनी मशीन पर पूर्ण नियंत्रण होता है, तो इसे एक व्यक्तिगत विद्युत चालक कहा जाता है।
• उदाहरण: ड्रिल मशीन, लाठ मशीन, आदि।

चर आवृत्ति ड्राइव (VFD) प्रेरण मोटरों के चार-चतुर्थांश संचालन को सक्षम बनाता है।

रोटर प्रतिरोध नियंत्रण, स्टेटर वोल्टेज नियंत्रण, और डायरेक्ट ऑन-लाइन (DOL) स्टार्टिंग प्रेरण मोटरों के स्टार्टिंग तरीके हैं।

चर आवृत्ति ड्राइव (VFD)

• चर आवृत्ति ड्राइव (VFD) एक प्रेरण मोटर के चार-चतुर्थांश संचालन को सक्षम कर सकता है। इसका मतलब है कि मोटर को आगे और पीछे दोनों दिशाओं में नियंत्रित किया जा सकता है, और यह टॉर्क भी उत्पन्न कर सकता है, जो पुनर्योजी ब्रेकिंग या अन्य अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक है जिनमें सटीक मोटर नियंत्रण की आवश्यकता होती है।
• चतुर्थांश 1: आगे की मोटरिंग (सकारात्मक गति, सकारात्मक टॉर्क)।
• चतुर्थांश 2: आगे की ब्रेकिंग (सकारात्मक गति, नकारात्मक टॉर्क)।
• चतुर्थांश 3: उलटी मोटरिंग (नकारात्मक गति, नकारात्मक टॉर्क)।
• चतुर्थांश 4: उलटी ब्रेकिंग (नकारात्मक गति, सकारात्मक टॉर्क)।

SCR की स्विचिंग विशेषताएं

SCR या थाइरिस्टर आरंभन काल:

थाइरिस्टर आरंभन काल, SCR द्वारा, गेट स्पंद लागू किए जाने पर, अपनी अवस्था को अग्र ब्लॉकिंग मोड से अग्र चालन मोड में बदलने के लिए आवश्यक समय के रूप में परिभाषित किया जा सकता है।

SCR का कुल आरंभन काल तीन अलग-अलग समय अंतरालों से मिलकर बना होता है:

विलंब काल:

• यह वह समय है जब गेट धारा अपने अंतिम मान के 90% तक पहुँचती है, तथा वह समय जब एनोड धारा अपने अंतिम मान के 10% तक पहुँचती है।

उत्थान काल:

• उत्थान काल एनोड धारा द्वारा अपने अंतिम मान के 10% से 90% तक बढ़ने में लिया गया समय है।

विस्तार काल:

• यह एनोड धारा द्वारा अपने अंतिम मान के 90% से 100% तक बढ़ने में लिया गया समय है।
• यह वह समय है जो अग्र ब्लॉकिंग वोल्टेज को एनोड वोल्टेज के 10% से डिवाइस के आरंभन काल वोल्टेज पात तक गिरने के लिए आवश्यक होता है।

सिद्धांत

एक प्रेरक के माध्यम से धारा दी जाती है:

\(I_L={V_L\over L}\times t\)

\(t={I_L\over V_L}\times L\)

जहाँ, t = समय अवधि

I_L = लैचिंग धारा

V_L = वोल्टेज

L = प्रेरक

गणना

दिया गया है, IL = 4 mA

V_L = 200 V

L = 0.2 H

\(t={4\times 10^{-3}\over 200}\times 0.2\)

t = 4 μs

सिद्धांत

एक पूर्ण-ब्रिज रेक्टिफायर के लिए औसत आउटपुट वोल्टेज दिया गया है:

\(V_{o(avg)}={2V_m \over \pi}cosα\)

जहाँ, V_m = इनपुट वोल्टेज का अधिकतम मान

cos α = फायरिंग कोण

व्याख्या

दिया गया है, α = 120°

\(V_{o(avg)}={2V_m \over \pi}cos(120)\)

\(V_{o(avg)}={-V_m \over \pi}\)

चूँकि परिणाम ऋणात्मक है, औसत लोड वोल्टेज ऋणात्मक है।

लोड धारा की प्रकृति:

• लोड अत्यधिक प्रेरक है, जिसका अर्थ है कि धारा सतत (अर्थात, यह शून्य नहीं होती है)।
• भले ही औसत वोल्टेज ऋणात्मक है, प्रेरक में संग्रहीत ऊर्जा के कारण धारा धनात्मक रहती है।

सही उत्तर विकल्प 2 है।

1. MOSFET बहुसंख्यक वाहक उपकरण है। 

2. डायोड बहुसंख्यक और अल्पसंख्यक वाहक दोनों उपकरण है। 

3. थाइरिस्टर अल्पसंख्यक वाहक उपकरण है। 

4. IGBT अल्पसंख्यक वाहक उपकरण है। 

धारणा:

आउटपुट पर ऊर्मिका आवृत्ति = m × आपूर्ति आवृत्ति

fo = m × fs

जहां m = स्पंद परिवर्तक के प्रकार

गणना:

तीन-फेज पूर्ण-तरंग AC से DC परिवर्तक 6-स्पंद परिवर्तक है

स्पंदों की संख्या (m) = 6

fo = 6 × आपूर्ति वोल्टेज आवृत्ति

∴ f0 = 6 x 50

f0 = 300 Hz

सूत्र:

\(V_o=V_{in}(\frac{T}{T-T_{ON}})\)     ---(1)

जहां, Vo आउटपुट वोल्टेज है

Vin इनपुट वोल्टेज है

T_ON स्पंद चौड़ाई है

अनुप्रयोग:

दिया गया है,

Vin = 200 वोल्ट

TON = 200 µs

V0 = 600 V

समीकरण (1) से,

\(\frac{V_o}{V_{in}}=(\frac{T}{T-T_{ON}})\)

या, \(3=\frac{T}{T-200}\)

या, 3T - 600 = T

अत: T = 300 µs

यदि स्पंद की चौड़ाई आधी है, तो स्पंद चौड़ाई (T_ON') का नया मान निम्न होगा,

\(T_{ON'}=\frac{T_{ON}}{2}=\frac{200}{2}=100\ \mu s\)

अत,

अत: आउटपुट वोल्टेज का नया मान (V0') निम्न होगा,

एक चॉपर एक स्थैतिक उपकरण है जिसका उपयोग एक परिवर्तनीय dc वोल्टेज को एक स्थिर dc वोल्टेज स्रोत से प्राप्त करने के लिए किया जाता है। जिसे dc-से-dc परिवर्तक के रूप में भी जाना जाता है।

वे DC वोल्टेज के स्तर को अपचायी या उच्चायी बना सकते हैं।

चॉपरों के प्रकार:

• प्रकार A चॉपर या पहला-चतुर्थांश चॉपर
• प्रकार B चॉपर या दूसरा-चतुर्थांश चॉपर
• प्रकार C चॉपर या दो-चतुर्थांश प्रकार-A चॉपर
• प्रकार D चॉपर या दो-चतुर्थांश प्रकार-B चॉपर
• प्रकार E चॉपर या चौथा-चतुर्थांश चॉपर

टिप्पणी:

शक्ति इलेक्ट्रॉनिक परिपथों को निम्न रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है।

1. डायोड दिष्टकारी:

• एक डायोड दिष्टकारी परिपथ AC इनपुट वोल्टेज को निर्दिष्ट DC वोल्टेज में परिवर्तित करता है।
• इनपुट वोल्टेज एकल फेज या तीन फेज वाला हो सकता है।
• इनका उपयोग बिजली के कर्षण, बैटरी चार्जिंग, विद्युत-लेपन, विद्युतरासायनिक प्रसंस्करण, बिजली की आपूर्ति, वेल्डन और UPS प्रणाली में किया जाता है।

2. AC से DC परिवर्तक (फेज नियंत्रित दिष्टकारी):

• ये AC वोल्टेज को परिवर्तनीय DC आउटपुट वोल्टेज में परिवर्तित करते हैं।
• उन्हें एकल फेज या तीन फेज से सिंचित किया जा सकता है।
• इनका उपयोग dc ड्राइव, धातुकर्म और रासायनिक उद्योग, तुल्यकालिक मशीनों के लिए उत्तेजना प्रणाली में किया जाता है।

3. DC से DC परिवर्तक (DC चॉपर):

• एक dc चॉपर DC इनपुट वोल्टेज को नियंत्रण योग्य DC आउटपुट वोल्टेज में परिवर्तित करता है।
• निम्न शक्ति वाले परिपथों के लिए, थाइरिस्टर को शक्ति ट्रांजिस्टर द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।
• चॉपरों का उपयोग dc ड्राइव, मेट्रो कार, ट्रॉली ट्रक, बैटरी चालित वाहन आदि में व्यापक रूप से किया जाता है।

4. DC से AC परिवर्तक (इन्वर्टर):

• एक इन्वर्टर निर्दिष्ट DC वोल्टेज को परिवर्तनीय DC वोल्टेज में परिवर्तित करता है। आउटपुट परिवर्तनीय वोल्टेज और परिवर्तनीय आवृत्ति हो सकती है।
• इन्वर्टर परिपथ में हम चाहेंगे कि इन्वर्टर का आउटपुट परिमाण और आवृत्ति नियंत्रणीय के साथ ज्यावक्रीय हो। एक वांछनीय आवृत्ति पर एक ज्यावक्रीय आउटपुट वोल्टेज तरंगरूप उत्पादित करने के लिए, वांछनीय आवृत्ति पर एक ज्यावक्रीय नियंत्रण सिग्नल की तुलना त्रिभुजाकार तरंगरूप के साथ की जाती है।
• इनका व्यापक उपयोग प्रेरण मोटर और तुल्यकालिक मोटर ड्राइव, प्रेरण तापन, UPS, HVDC संचरण इत्यादि में किया जाता है।

5. AC से AC परिवर्तक: 

• ये निर्दिष्ट AC इनपुट वोल्टेज को परिवर्तनीय AC आउटपुट वोल्टेज में परिवर्तित करता है। ये दो प्रकार के होते हैं जैसा नीचे दिया गया है।

i. AC वोल्टेज नियंत्रक:

• ये परिवर्तक परिपथ समान आवृत्ति पर निर्दिष्ट AC वोल्टेज को प्रत्यक्ष रूप से AC वोल्टेज में परिवर्तित करते हैं।
• ये व्यापक रूप से प्रकाशन नियंत्रण, पंखा, पंप के गति नियंत्रण इत्यादि में उपयोग किये जाते हैं।

ii. चक्री-परिवर्तक:

• ये परिपथ एक चरण रूपांतरण के माध्यम से एक आवृत्ति पर इनपुट शक्ति को अलग-अलग आवृत्ति पर आउटपुट शक्ति में परिवर्तित करते हैं।
• ये प्राथमिक रूप से घूर्णी भट्ठी इत्यादि जैसे धीमी गति वाले बड़े ac ड्राइव के लिए उपयोग किये जाते हैं।

6. स्थैतिक स्विच:

• शक्ति अर्धचालक उपकरण को स्थिर स्विच या संपर्कक के रूप में संचालित किया जा सकता है।
• इनपुट आपूर्ति के आधार पर स्थिर स्विच को ac स्थिर स्विच या dc स्थिर स्विच कहा जाता है।

निर्माण:

• SCR चार परत और तीन-टर्मिनल वाला उपकरण होता है। 
• P और N परतों के बने चार परतों को वैकल्पिक रूप से इस प्रकार व्यवस्थित किया गया है जिससे वे तीन जंक्शन J₁, J₂ और J₃ बनाते हैं। 
• ये जंक्शन निर्माण के आधार पर या तो धातुमिश्रित या विसरित होते हैं। 

अपमिश्रण स्तर:

• अपमिश्रण का स्तर थाइरिस्टर के अलग-अलग परतों के बीच भिन्न होता है। 
• Out of these four layers, the first layer (P1 or P+) and Last layer (N2 or N+) are heavily doped layers.
• The second layer (N1 or N-) is a lightly doped layer and the third layer (P2 or P+) is a moderately doped layer.
• The junction J1 is formed by the P+ layer and N- layer.
• Junction J2 is formed by the N- layer and P+ layer
• Junction J3 is formed by P+ layer and N+ layer.
• पतले परत का अर्थ यह होगा कि उपकरण न्यूनतम वोल्टेज पर विफल होगा।

अवधारणा:

केंद्रीय टैप्ड पूर्ण तरंग दिष्टकारी:

• केंद्रीय टैप्ड पूर्ण तरंग दिष्टकारी एक उपकरण है जिसका उपयोग आउटपुट टर्मिनलों पर AC इनपुट वोल्टेज को DC वोल्टेज में बदलने के लिए किया जाता है।
• यह केंद्र बिंदु पर टैप्ड द्वितीयक कुंडली के साथ एक ट्रांसफार्मर को नियोजित करता है। और यह केवल दो डायोड का उपयोग करता है, जो एक केंद्रीय टैप्ड ट्रांसफार्मर के विपरीत छोर से संयोजित होते हैं जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।
• केंद्र टैप को आमतौर पर भू-संपर्कन बिंदु या शून्य वोल्टेज संदर्भ बिंदु के रूप में माना जाता है।

     ​

विश्लेषण:

DC आउटपुट वोल्टेज या औसत आउटपुट वोल्टेज की गणना निम्नानुसार की जा सकती है,

\({{\rm{V}}_0} = {{\rm{V}}_{{\rm{dc}}}} = \frac{1}{π }\mathop \smallint \limits_0^π {{\rm{V}}_{\rm{m}}}sin\omega t\;d\omega t\)

\( = \;\frac{{{V_m}}}{π }\left. {\left( { - \cos \omega t} \right)} \right|\begin{array}{*{20}{c}} π \\ 0 \end{array}\)

\( = \frac{{{V_m}}}{π }\left( { - cosπ - \left( { - cos 0^\circ } \right)} \right)\)

\( = \frac{{{V_m}}}{π }\left( { - \left( { - 1} \right) + 1} \right)\)

V₀ = 2V_m / π 

अब हम भार प्रतिरोध RL द्वारा औसत भार वोल्टेज को विभाजित करके भार के औसत या माध्य धारा की गणना कर सकते हैं। इसलिए माध्य भार धारा निम्न द्वारा दिया जाता है

I₀ = V₀ / R_L

यदि डायोड का आंतरिक प्रतिरोध उस स्थिति में दिया गया है तो इसका अर्थ है भार धारा I₀ = V₀ / (R_L + r)

जहाँ r = डायोड का आंतरिक प्रतिरोध।

गणना:

दिया गया है

आपूर्ति वोल्टेज का Rms मान V = 50 V

डायोड का आंतरिक प्रतिरोध r = 20 Ω 

भार प्रतिरोध R_L = 980 Ω 

द्वितीयक पक्ष पर अधिकतम वोल्टेज V_m = √2 V = √2 × 50 = 70.7 V

औसत or DC आउटपुट वोल्टेज V₀ = (2 × 70.7) / π = 45 V

औसत या माध्य भार धारा निम्न है

I0 = V0 / (RL + r) = 45 /(980 + 20) = 45 mA​

पूर्ण तरंग दिष्टकारी

स्थिति 1: +ve अर्ध चक्र के दौरान

D_o चालू और D₁ बंद

V_o = V_s

स्थिति 2: -ve अर्ध चक्र के दौरान

Do बंद और D1 चालू  

Vo = -Vs

निर्गम तरंग-रूप है:

दिष्टकरण दक्षता डी.सी निर्गम शक्ति का ए.सी निविष्टी शक्ति का अनुपात होती है।

​\(V_{o(avg)}={2V_m\over \pi}\) और \(I_{o(avg)}={2V_m\over \pi R}\)

\(V_{o(rms)}={V_m\over \sqrt{2}}\) और \(I_{o(rms)}={V_m\over \sqrt{2}R}\)

% η = \({V_{o(avg)}\times I_{o(avg)}\over V_{o(rms) \times I_{o(rms)}}}\)

% η = \({{2V_m\over \pi}\times{2V_m\over \pi R}\over {V_m\over \sqrt{2}}\times {V_m\over \sqrt{2}R}}\)

% η = 81.2%

Mistake Pointsअर्ध तरंग दिष्टकारी की दिष्टकरण दक्षता 40.6% होती है।​

संकल्पना:

एक तीन-चरण वाले अर्ध-परिवर्तक में,

प्रत्येक थाइरिस्टर की चालन अवधि = π – α

फ़्रीव्हीलिंग डायोड की चालन अवधि = β – 60°

जहाँ α फायरिंग कोण है। 

β विलोप-कोण है। 

गणना:

दिया गया है कि, फायरिंग कोण (α) = 120°

विलोप-कोण (β) = 110°

प्रत्येक थाइरिस्टर की चालन अवधि = π – α = 180 – 120 = 60°

फ़्रीव्हीलिंग डायोड की चालन अवधि = β – 60° = 110 – 60 = 50°

Key Points

लेट्चिंग धारा: थाइरिस्टर के चालू होने और गेट सिग्नल को हटा दिए जाने के तुरंत बाद थाइरिस्टर को चालू स्थिति में बनाए रखने के लिए आवश्यक न्यूनतम एनोड धारा है।
होल्डिंग धारा: यह ऑन-स्टेट में थाइरिस्टर को बनाए रखने के लिए न्यूनतम एनोड धारा है।

लेट्चिंग धारा हमेशा होल्डिंग धारा से अधिक होता है।

Additional Information

थाइरिस्टर या SCR एक पावर अर्धचालक उपकरण है जिसका उपयोग शक्ति विद्युत परिपथ में किया जाता है।

ये बाइस्टेबल स्विच की तरह काम करते हैं और यह कुचालकता से चालकता तक ऑपरेट होता है।

थाइरिस्टर्स की डिजाइनिंग 3-PN जंक्शन और 4 परतों के साथ की जा सकती है।

इसमें एनोड, गेट और कैथोड नाम के तीन टर्मिनल शामिल हैं।