ऑटोमोबाइल जनरेटर।
ऑटोमोबाइल जनरेटर वाहन का मुख्य विद्युत स्रोत है; इसका कार्य इंजन के सामान्य रूप से चलने पर स्टार्टर को छोड़कर सभी विद्युत उपकरणों को बिजली की आपूर्ति करना और साथ ही बैटरी को चार्ज करना है।
सामान्य अल्टरनेटर के त्रि-चरण स्टेटर वाइंडिंग के आधार पर, वाइंडिंग के घुमावों की संख्या बढ़ाकर और टर्मिनल को बाहर निकालकर, एक त्रि-चरण ब्रिज रेक्टिफायर जोड़ा जाता है। कम गति पर, प्राथमिक वाइंडिंग और एक्सटेंशन वाइंडिंग श्रृंखला में आउटपुट होती हैं, और उच्च गति पर, केवल प्राथमिक त्रि-चरण वाइंडिंग ही आउटपुट होती है।
काम के सिद्धांत
संपूर्ण अल्टरनेटर का कार्य सिद्धांत
जब बाह्य परिपथ ब्रश के माध्यम से फील्ड वाइंडिंग को ऊर्जा प्रदान करता है, तो एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है, जिससे क्लॉ पोल N पोल और S पोल में चुम्बकित हो जाते हैं। जब रोटर घूमता है, तो स्टेटर वाइंडिंग में चुंबकीय प्रवाह बारी-बारी से बदलता है। विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के सिद्धांत के अनुसार, स्टेटर की त्रि-चरण वाइंडिंग में प्रत्यावर्ती प्रेरित विद्युत-प्रेरक बल उत्पन्न होता है। इस प्रकार एक अल्टरनेटर विद्युत उत्पन्न करता है।
मुख्य चालक (यानी इंजन) डीसी द्वारा उत्तेजित सिंक्रोनस जनरेटर रोटर को n (rpm) की गति से घुमाता है, जिससे तीन-फेज स्टेटर वाइंडिंग एसी विभव उत्पन्न करती है। यदि स्टेटर वाइंडिंग विद्युत लोड से जुड़ी हो, तो मोटर एसी पावर आउटपुट देती है, और जनरेटर के भीतर स्थित रेक्टिफायर ब्रिज के माध्यम से आउटपुट टर्मिनल से एसी पावर को डायरेक्ट करंट में परिवर्तित किया जाता है।
अल्टरनेटर को स्टेटर वाइंडिंग और रोटर वाइंडिंग, इन दो भागों में विभाजित किया गया है। तीन-फेज स्टेटर वाइंडिंग को शेल पर 120 डिग्री के विद्युत कोण के अंतर के अनुसार वितरित किया जाता है, जबकि रोटर वाइंडिंग दो ध्रुवों वाले क्लॉ से बनी होती है। जब रोटर वाइंडिंग को प्रत्यक्ष धारा से जोड़ा जाता है, तो यह उत्तेजित हो जाती है और दोनों ध्रुवों वाले क्लॉ N ध्रुव और S ध्रुव का निर्माण करते हैं। चुंबकीय क्षेत्र रेखा N ध्रुव से शुरू होती है, वायु अंतराल के माध्यम से स्टेटर कोर में प्रवेश करती है और निकटवर्ती S ध्रुव पर लौट आती है। रोटर के घूमने पर, रोटर वाइंडिंग चुंबकीय बल रेखा को काटती है और स्टेटर वाइंडिंग में 120 डिग्री के विद्युत कोण के अंतर के साथ साइनसोइडल विद्युत-प्रेरक बल उत्पन्न करती है, यानी तीन-फेज प्रत्यावर्ती धारा, और फिर डायोड से बने रेक्टिफायर तत्व के माध्यम से प्रत्यक्ष धारा आउटपुट में परिवर्तित हो जाती है।
जब स्विच बंद होता है, तो सबसे पहले बैटरी से करंट प्राप्त होता है। सर्किट इस प्रकार है:
बैटरी का पॉजिटिव टर्मिनल → चार्जिंग लाइट → रेगुलेटर कॉन्टैक्ट → एक्साइटेशन वाइंडिंग → लैप आयरन → बैटरी का नेगेटिव टर्मिनल। इस समय, करंट प्रवाहित होने के कारण चार्जिंग इंडिकेटर लाइट जल उठेगी।
हालांकि, इंजन चालू होने के बाद, जैसे-जैसे जनरेटर की गति बढ़ती है, जनरेटर टर्मिनल वोल्टेज भी बढ़ता जाता है। जब जनरेटर का आउटपुट वोल्टेज बैटरी वोल्टेज के बराबर हो जाता है, तो जनरेटर के "B" और "D" सिरों का विभव बराबर हो जाता है। इस समय, चार्जिंग इंडिकेटर लाइट बुझ जाती है क्योंकि दोनों सिरों के बीच विभव अंतर शून्य हो जाता है। यह दर्शाता है कि जनरेटर सामान्य रूप से कार्य कर रहा है और उत्तेजना धारा जनरेटर द्वारा ही प्रदान की जा रही है। जनरेटर में तीन-फेज वाइंडिंग द्वारा उत्पन्न तीन-फेज एसी विद्युत-प्रेरक बल को डायोड द्वारा सिद्ध किया जाता है और यह प्रत्यक्ष धारा आउटपुट करता है, जिससे लोड को बिजली की आपूर्ति होती है और बैटरी चार्ज होती है।
अल्टरनेटर आम तौर पर चार भागों से मिलकर बना होता है: रोटर, स्टेटर, रेक्टिफायर और एंड कैप।
(1) रोटर
रोटर का कार्य घूर्णनशील चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करना है।
रोटर में एक क्लॉ पोल, एक योक, एक चुंबकीय क्षेत्र वाइंडिंग, एक कलेक्टर रिंग और एक रोटर शाफ्ट शामिल होते हैं।
रोटर शाफ्ट पर दो पंजेनुमा ध्रुव लगे होते हैं, और प्रत्येक ध्रुव में छह चिड़िया की चोंच के आकार के चुंबकीय ध्रुव होते हैं। पंजेनुमा ध्रुव की गुहा में एक चुंबकीय क्षेत्र वाइंडिंग (रोटर कॉइल) और एक चुंबकीय योक व्यवस्थित होते हैं।
कलेक्टर रिंग दो तांबे की रिंगों से बनी होती है जो एक दूसरे से अछूती होती हैं। कलेक्टर रिंग को रोटर शाफ्ट पर दबाकर लगाया जाता है और शाफ्ट के साथ अछूता किया जाता है। दोनों कलेक्टर रिंग चुंबकीय क्षेत्र वाइंडिंग के दोनों सिरों से जुड़ी होती हैं।
जब दो संग्राहक रिंगों को प्रत्यक्ष धारा (ब्रश के माध्यम से) में प्रवाहित किया जाता है, तो चुंबकीय क्षेत्र वाइंडिंग से धारा प्रवाहित होती है और अक्षीय चुंबकीय प्रवाह उत्पन्न होता है, जिससे एक पंजा ध्रुव N ध्रुव की ओर और दूसरा S ध्रुव की ओर चुम्बकित हो जाता है, इस प्रकार परस्पर जुड़े चुंबकीय ध्रुवों के छह जोड़े बनते हैं। जैसे ही रोटर घूमता है, एक घूर्णनशील चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है [1]।
अल्टरनेटर का चुंबकीय परिपथ इस प्रकार है: योक → एन ध्रुव → रोटर और स्टेटर के बीच वायु अंतराल → स्टेटर → स्टेटर और रोटर के बीच वायु अंतराल → एस ध्रुव → योक।
(2) स्टेटर
स्टेटर का कार्य प्रत्यावर्ती धारा उत्पन्न करना है।
स्टेटर में एक स्टेटर कोर और एक स्टेटर कॉइल होती है।
स्टेटर कोर सिलिकॉन स्टील की चादरों से बना होता है जिसके भीतरी वलय में खांचे होते हैं, और स्टेटर वाइंडिंग का कंडक्टर कोर के खांचे में धंसा होता है।
स्टेटर वाइंडिंग में तीन फेज होते हैं, और तीन फेज वाइंडिंग स्टार कनेक्शन या ट्रायंगल (हाई पावर) कनेक्शन का उपयोग करती है, जो तीन फेज प्रत्यावर्ती धारा उत्पन्न कर सकती है।
समान आवृत्ति, समान आयाम और 120 डिग्री के चरण अंतर वाले त्रि-चरण विद्युतगतिशील बल को प्राप्त करने के लिए त्रि-चरण वाइंडिंग को कुछ निश्चित आवश्यकताओं के अनुसार लपेटा जाना चाहिए।
1. प्रत्येक कुंडली की दो प्रभावी भुजाओं के बीच की दूरी चुंबकीय ध्रुव द्वारा घेरे गए स्थान के बराबर होनी चाहिए।
2. प्रत्येक फेज वाइंडिंग की आसन्न कॉइल्स के आरंभिक किनारों के बीच की दूरी चुंबकीय ध्रुवों के एक जोड़े द्वारा घेरी गई दूरी के बराबर या गुणक होनी चाहिए।
3. तीन-चरण वाइंडिंग के आरंभिक किनारे को 2π+120° विद्युत कोण द्वारा अलग किया जाना चाहिए (चुंबकीय ध्रुवों की एक जोड़ी द्वारा घेरा गया स्थान 360° विद्युत कोण है)।
घरेलू JF13 श्रृंखला के अल्टरनेटर में, चुंबकीय ध्रुवों का एक जोड़ा 6 स्लॉट (प्रत्येक स्लॉट पर 60° का विद्युत कोण) की स्थानिक स्थिति को दर्शाता है, एक चुंबकीय ध्रुव 3 स्लॉट की स्थानिक स्थिति को दर्शाता है, इसलिए प्रत्येक कॉइल के दो प्रभावी किनारों का स्थिति अंतराल 3 स्लॉट होता है, कॉइल के निकटवर्ती प्रत्येक चरण वाइंडिंग के आरंभिक किनारे के बीच की दूरी 6 स्लॉट होती है, तीन-चरण वाइंडिंग के आरंभिक किनारे को 2 स्लॉट, 8 स्लॉट, 3 स्लॉट, 14 स्लॉट आदि द्वारा अलग किया जा सकता है।
(3) रेक्टिफायर
अल्टरनेटर रेक्टिफायर का कार्य स्टेटर वाइंडिंग की त्रि-चरण प्रत्यावर्ती धारा को प्रत्यक्ष धारा में परिवर्तित करना है। 6-ट्यूब अल्टरनेटर का रेक्टिफायर एक त्रि-चरण पूर्ण-तरंग ब्रिज रेक्टिफायर परिपथ होता है जो 6 सिलिकॉन रेक्टिफायर डायोड से बना होता है, और 6 रेक्टिफायर ट्यूबों को क्रमशः दो प्लेटों पर दबाकर (या वेल्ड करके) लगाया जाता है।
1. ऑटोमोटिव सिलिकॉन रेक्टिफायर डायोड की विशेषताएं
(1) बड़ी कार्यशील धारा, अग्रगामी औसत धारा 50ए, उछाल धारा 600ए;
(2) उच्च प्रतिवर्ती वोल्टेज, प्रतिवर्ती दोहराव शिखर वोल्टेज 270V, प्रतिवर्ती गैर-दोहराव शिखर वोल्टेज 300V;
(3) केवल एक ही लीड है। और कुछ डायोड लीड धनात्मक होती हैं, कुछ डायोड लीड ऋणात्मक होती हैं, धनात्मक लीड लाइन वाली ट्यूब को धनात्मक ट्यूब कहा जाता है, और ऋणात्मक लीड लाइन वाली ट्यूब को ऋणात्मक ट्यूब कहा जाता है, इसलिए रेक्टिफायर डायोड में एक धनात्मक डायोड और एक ऋणात्मक डायोड होता है।
(4) अंतिम आवरण
एंड कवर को सामान्यतः दो भागों (फ्रंट एंड कवर और बैक एंड कवर) में विभाजित किया जाता है, जो रोटर, स्टेटर, रेक्टिफायर और ब्रश असेंबली को स्थिर करने का कार्य करता है। एंड कवर आमतौर पर एल्युमीनियम मिश्र धातु से बना होता है, जो चुंबकीय रिसाव को प्रभावी ढंग से रोकता है और इसमें बेहतर ऊष्मा अपव्यय क्षमता होती है।
पिछले सिरे के आवरण में एक ब्रश, ब्रश होल्डर और ब्रश स्प्रिंग से बना ब्रश असेंबली लगा होता है। ब्रश का कार्य कलेक्टर रिंग के माध्यम से विद्युत आपूर्ति को फील्ड वाइंडिंग तक पहुंचाना है।
चुंबकीय क्षेत्र वाइंडिंग (दो ब्रश) और जनरेटर के बीच का संबंध अलग-अलग होता है, इसलिए जनरेटर को आंतरिक और बाहरी प्रकारों में विभाजित किया जाता है।
1. आंतरिक लैप आयरन जनरेटर: चुंबकीय क्षेत्र वाइंडिंग वाला जनरेटर, नेगेटिव ब्रश सीधे आयरन को लैप करता है (सीधे हाउसिंग से जुड़ा हुआ)।
2. बाह्य आवरण वाला जनरेटर: एक जनरेटर जिसमें फील्ड वाइंडिंग के दोनों ब्रश हाउसिंग से अछूते होते हैं।
बाह्य लौह-प्रकार के जनरेटर की चुंबकीय क्षेत्र वाइंडिंग का ऋणात्मक इलेक्ट्रोड (ऋणात्मक ब्रश) रेगुलेटर से जुड़ा होता है, और फिर गुजरने के बाद लोहा जुड़ा होता है।
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