एकल-चरण मोटर एक प्रत्यावर्ती धारा तरंगरूप का उपयोग करती हैं, जिसके परिणामस्वरूप एकल स्टेटर कुंडली के साथ सरल निर्माण होता है। तीन-चरण मोटर 120° अंतराल पर स्थित तीन ओवरलैपिंग एसी तरंगरूपों का उपयोग करती हैं, जिसमें जटिल मल्टी-कॉइल स्टेटर व्यवस्था की आवश्यकता होती है। यह डिज़ाइन तीन-चरण प्रणालियों को स्थिर शक्ति वितरण बनाए रखने में सक्षम बनाता है, जबकि एकल-चरण मोटर संचालन के दौरान अंतर्निहित बलाघूर्ण पल्सेशन का अनुभव करती हैं।
अधिकांश एकल चरण मोटर्स को घरेलू बिजली से 120 वोल्ट या 240 वोल्ट पर जोड़ा जाता है, जिसके लिए केवल दो तारों की आवश्यकता होती है जिन्हें हम लाइव और न्यूट्रल कहते हैं। औद्योगिक तीन चरण मोटर्स हालांकि अलग तरीके से काम करती हैं। उन्हें 208 से 480 वोल्ट के बीच भारी ड्यूटी बिजली स्रोत की आवश्यकता होती है, जिसे सामान्यतः तीन लाइव तारों के माध्यम से और कभी-कभी एक न्यूट्रल तार के साथ भी जोड़ा जाता है। ये तीन चरण एक दूसरे को संतुलित करते हैं जिससे सब कुछ सुचारु रूप से काम करता है। इस संतुलित भार वितरण के कारण, वास्तव में विद्युत ठेकेदार तीन चरण की स्थापना के लिए छोटे आकार के तारों का उपयोग कर सकते हैं जो एकल चरण की स्थापना के लिए आवश्यक होते, जिससे अक्सर लगभग एक चौथाई तक सामग्री लागत कम हो जाती है।
| कॉन्फ़िगरेशन | सिंगल-फ़ेज़ | त्रिफास |
|---|---|---|
| वोल्टेज रेंज | 120-240V | 208-600V |
| कंडक्टर | 2 (L + N) | 3-4 (L1-L3 + N) |
| सामान्य कनेक्टर्स | NEMA 5-15/6-20 | NEMA L15-L30 |
यह वायरिंग अंतर स्थापना लागत को प्रभावित करता है - औद्योगिक तीन-चरण की स्थापना में 40% अधिक सामग्री की आवश्यकता होती है लेकिन समान एकल चरण की स्थापना की तुलना में 173% अधिक निरंतर शक्ति क्षमता प्रदान करता है।
त्रिफास AC मोटर अपने फेज़-विस्थापित वाइंडिंग के माध्यम से स्वाभाविक रूप से एक घूर्णी चुंबकीय क्षेत्र का निर्माण करते हैं। 120° विद्युत फेज़ विभाजन के कारण स्टेटर ध्रुवों की क्रमिक सक्रियता होती है, जिससे बाहरी सहायता के बिना चिकनी घूर्णन बल उत्पन्न होती है। यह स्वाभाविक क्षेत्र घूर्णन तीन-चरण मोटर्स को औद्योगिक ड्राइव में 98% तक संचालन दक्षता प्राप्त करने में सक्षम बनाती है।
एकल-चरण मोटर्स को आरंभिक चरण विभाजन बनाने के लिए संधारित्र-सहायता वाले स्टार्टर सर्किट की आवश्यकता होती है। 300–500µF का संधारित्र सहायक वाइंडिंग में धारा को 90° तक विस्थापित करके प्रारंभिक बलाघूर्ण उत्पन्न करता है। यह विधि तीन-चरण प्रणालियों की तुलना में 15–20% ऊर्जा नुकसान बढ़ा देती है, लेकिन 5 HP से कम की कम शक्ति वाले अनुप्रयोगों के लिए लागत प्रभावी बनी रहती है।
तीन-कला प्रत्यावर्ती धारा मोटर्स स्वाभाविक रूप से इस घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र को उत्पन्न करते हैं क्योंकि वे लगभग 120 डिग्री से अलग की गई तीन अलग-अलग प्रत्यावर्ती धाराओं के साथ काम करते हैं। इन कलाओं के सममित रूप से संरेखित होने के कारण उन्हें शुरुआत से ही तात्कालिक बलाघूर्ण प्राप्त होता है, इसलिए वे वास्तव में किसी भी अतिरिक्त सहायता के बिना अकेले चलना शुरू कर सकते हैं। लेकिन एकल-कला मोटर्स एक अलग कहानी सुनाते हैं। उनके माध्यम से केवल एक ही प्रत्यावर्ती धारा जाती है, जिसके कारण इस तरह का एक पल्सिंग चुंबकीय क्षेत्र बनता है। और अनुमान लगाइए क्या? इसका मतलब है कि शुरुआती बलाघूर्ण का पूरी तरह से अभाव है। इसलिए निर्माताओं को चीजों को घुमाने के लिए कैपेसिटर्स या उन छायांकित ध्रुव व्यवस्थाओं जैसे अतिरिक्त भागों को शामिल करना पड़ता है।
कैपेसिटर्स द्वारा सिंगल फेज़ मोटर्स को चालू करने की समस्या का सामना करने का तरीका वास्तव में बुद्धिमानी भरा है। वे मूल रूप से वाइंडिंग सेटअप के विभिन्न हिस्सों के बीच कृत्रिम फेज़ शिफ्ट पैदा करते हैं। जब एक स्टार्ट कैपेसिटर शुरू होता है, तो यह लगभग 90 डिग्री का फेज़ अंतर पैदा करता है, जो मोटर को यह समझाने में सक्षम बनाता है कि एक के बजाय दो फेज़ हैं, जिससे आवश्यक घूर्णन उत्पन्न होता है। अधिकांश सिस्टम तब इन कैपेसिटर्स को बाहर काट देते हैं जब मोटर अपनी पूर्ण गति के लगभग तीन चौथाई हिस्से तक पहुंच जाती है, धन्यवाद उन छोटे सेंट्रीफ्यूगल स्विचों के कारण। हाल के वर्षों में कुछ शोध के अनुसार, इस दृष्टिकोण से सामान्य स्तरों के मुकाबले स्टार्टिंग टॉर्क में कहीं दोगुना से लेकर तिगुना तक वृद्धि हो सकती है। इसी कारण हम तेज़ी से चीजों को चलाने की आवश्यकता वाले घरेलू उपकरणों जैसे फ्रिज और एयर कंप्रेसर में इस तकनीक को हर जगह देखते हैं, भले ही कुछ भारी तुरंत जुड़ा हो।
| प्रणाली | स्टार्टिंग टॉर्क परास | सामान्य अनुप्रयोग |
|---|---|---|
| कैपेसिटर के साथ एकल-फेज़ | 100–300% अभिदृढ बलाघूर्ण | पंप, पंखे, आवासीय HVAC |
| तीन-चरण प्रत्यावर्ती धारा मोटर | 150–500% अभिदृढ बलाघूर्ण | सीएनसी मशीन, कन्वेयर, क्रशर |
मुख्य अंतर्दृष्टि : तीन-फेज प्रणाली स्वाभाविक रूप से 30–60% अधिक लॉक्ड-रोटर बलाघूर्ण प्रदान करती है, शुरूआत के दौरान यांत्रिक तनाव को कम करते हुए। इसे भारी उद्योग भार के लिए आदर्श बनाता है, जबकि कैपेसिटर के साथ एकल-फेज प्रणाली हल्के कार्य स्थानों में संकुचितता के लिए दक्षता का व्यापार करती है।
तीन-चरणीय एसी मोटर्स अपने एकल-चरणीय समकक्षों की तुलना में ऊर्जा उपयोग के मामले में लगभग 8 से 15 प्रतिशत अधिक कुशल होती हैं। यह मुख्य रूप से इसलिए है क्योंकि वे एक ही स्थान पर सारी ऊर्जा केंद्रित करने के बजाय उसे तीनों वाइंडिंग्स पर समान रूप से वितरित कर देती हैं। गत वर्ष इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग जर्नल में प्रकाशित कुछ शोध के अनुसार, इस संतुलित दृष्टिकोण से तांबे के नुकसान में 30% तक की कमी आती है। दूसरी ओर, एकल-चरणीय मोटरों को अपने चुंबकीय क्षेत्रों में व्यवधान की समस्या होती है क्योंकि केवल एक ही वाइंडिंग सारा काम कर रही होती है। चूंकि ये मोटर लगातार चलती रहती हैं, वे अधिक ऊर्जा का प्रतिरोध के माध्यम से नुकसान कर देती हैं जो आदर्श स्थिति से अधिक होता है। निर्माता अब तीन-चरणीय मोटर के डिज़ाइन में सुधार करने पर काम कर रहे हैं ताकि उनके भीतर कंडक्टर्स की व्यवस्था बेहतर हो सके। ये सुधार विशेष रूप से तब ऊर्जा के अपव्यय को कम करने में मदद करते हैं जब मोटर लंबे समय तक अधिकतम क्षमता पर चल रही होती है।
तीन-फेज प्रणालियों में 120° फेज अलगाव एक सुचारु घूर्णी चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, जो एकल-फेज मोटर्स की तुलना में कंपन आयामों को 40–60% तक कम कर देता है। यह अंतर्निहित संतुलन तीन-फेज इकाइयों को भारी औद्योगिक भार को संभालने में सक्षम बनाता है बिना अनुनाद समस्याओं के, जबकि एकल-फेज मॉडल अक्सर कंप्रेसर जैसे उच्च-कंपन अनुप्रयोगों में झटका अवशोषित करने वाले माउंट्स की आवश्यकता होती है।
तीन-फेज एसी मोटर्स प्रति इकाई भार में 2–3× अधिक शक्ति घनत्व प्रदान करते हैं, जो कॉम्पैक्ट मशीनरी और 24/7 संचालन के लिए उपयुक्त बनाता है। एकल-फेज मोटर्स 5 एचपी से कम अनुप्रयोगों में सरल वाइंडिंग विन्यासों के कारण प्रभावी हैं लेकिन निरंतर उपयोग के दौरान 12–18% अधिक तापमान वृद्धि प्रदर्शित करते हैं, जो व्यावसायिक वातावरण में उनके कार्य चक्रों को सीमित करता है।
एकल चरण एसी मोटर हमारे दैनिक उपयोग के कई घरेलू उपकरणों के पीछे होती है। उदाहरण के लिए, फ्रिज आमतौर पर 50 वाट से कम बिजली पर चलते हैं। वॉशिंग मशीन को 300 से 500 वाट तक की आवश्यकता होती है, जबकि एयर कंडीशनर को 1,000 से लेकर 3,000 वाट तक की खपत हो सकती है, यह आकार पर निर्भर करता है। ये मोटर घरों में बहुत अच्छी तरह से काम करती हैं क्योंकि वे सामान्य आउटलेट (120 वोल्ट या 240 वोल्ट) में फिट हो जाती हैं और अधिकांश जगहों के लिए बहुत बड़ी नहीं होतीं। वे उन उपकरणों के लिए विशेष रूप से अच्छी होती हैं जो लगातार नहीं चलते हैं, और पांच हॉर्सपावर तक के कार्यों को बिना किसी समस्या के संभाल लेती हैं। सीलिंग फैन यह दिखाने का सबसे अच्छा उदाहरण है कि ये मोटर कितनी शांत रूप से काम करती हैं। अधिकांश मॉडल 70 वाट की खपत करते हैं जब वे 200 वर्ग फुट के लगभग क्षेत्र में हवा को संचारित करने के लिए ब्लेड्स को घुमाते हैं।
लगभग 86 प्रतिशत औद्योगिक मशीनरी तीन-फेज एसी मोटर्स पर चलती है क्योंकि ये मोटर्स लगभग 10 हॉर्सपावर से शुरू होने वाले भारी कार्यभार को संभाल सकती हैं और 97% तक की दक्षता बनाए रख सकती हैं। ये मोटर्स पृष्ठभूमि में कार्यशाला के फर्श पर दो टन भार वहन करने वाले कन्वेयर बेल्ट से लेकर वाणिज्यिक एचवीएसी प्रणालियों में पाए जाने वाले बड़े 50 हॉर्सपावर के कंप्रेसर तक सब कुछ संचालित करती हैं। यहां तक कि परिशुद्धता सीएनसी मशीनों को मशीनिंग ऑपरेशन के दौरान स्थिर टॉर्क के लिए भी इन पर निर्भर रहना पड़ता है। इन मोटरों को इतना मूल्यवान बनाने वाली बात यह है कि वे अपने संचालन चक्र के दौरान समान रूप से बिजली का वितरण करती हैं। यह संतुलित दृष्टिकोण मानक 480 वोल्ट के स्तर पर लगातार चलने के दौरान तांबे के नुकसान को कम कर देता है, जिसके परिणामस्वरूप निर्माताओं के लिए समय के साथ संचालन लागत में कमी आती है जो दिन-प्रतिदिन विश्वसनीय मोटर प्रदर्शन पर निर्भर करते हैं।
| गुणनखंड | एकल-फेज मोटर | तीन फ़ेज़ ac मोटर |
|---|---|---|
| पावर रेंज | ≤5 एचपी | 1–500 एचपी |
| वोल्टेज | 120V–240V | 208V–600V |
| इष्टतम उपयोग मामला | अनियमित घरेलू उपकरण | निरंतर औद्योगिक भार |
| स्थान संबंधी सीमाएं | 2 घन फुट से कम कॉम्पैक्ट डिज़ाइन | बड़े फ्रेम (≥4 घन फुट) |
आवासीय स्थापन में प्लग-एंड-प्ले सरलता के लिए एकल-फेज़ मोटर्स को प्राथमिकता दी जाती है, जबकि कारखानों में 24/7 मेटल स्टैम्पिंग प्रेस (500A) और 1,000 गैलन प्रति मिनट से अधिक पानी स्थानांतरित करने वाले पानी के पंपों के लिए तीन-फेज़ सिस्टम पर निर्भरता होती है। तीन-फेज़ मोटरों का उपयोग करने वाली सुविधाएं एकल-फेज़ विकल्पों की तुलना में ऊर्जा लागतों में औसतन 18,000 डॉलर की वार्षिक बचत करती हैं।
एकल चरण मोटर्स आमतौर पर तीन चरण मोटर्स की तुलना में लगभग 30 से 40 प्रतिशत सस्ती होती हैं, जिसके कारण वे 2 हॉर्सपावर से कम की आवश्यकता वाले घरेलू उपकरणों के लिए बहुत लोकप्रिय हैं। लेकिन इसके साथ एक समस्या है। ये मोटर्स शुरुआती संधारित्रों (कैपेसिटर्स) पर भारी निर्भर करती हैं, और इसका मतलब है कि भविष्य में अधिक मरम्मत की आवश्यकता होगी। अधिकांश घर मालिकों को तीन से पांच साल बाद इन पुर्जों को बदलने की आवश्यकता पड़ती है, आमतौर पर प्रत्येक बार लगभग पचास डॉलर से लेकर एक सौ बीस डॉलर तक खर्च करना पड़ता है। तीन चरण मोटर्स में संधारित्र की यह पूरी समस्या खत्म हो जाती है। विभिन्न प्रकार की मोटरों की दक्षता पर किए गए अध्ययनों से पता चलता है कि दस वर्षों के भीतर, तीन चरण वाली प्रणाली में स्विच करने वाले लोग लगभग 60 प्रतिशत कम बार पुर्जे बदलते हैं।
तीन-फेज़ एसी मोटर्स वास्तव में निरंतर संचालन के दौरान ऊर्जा पर लगभग 15 से 25 प्रतिशत तक बचत करती हैं, जिसका अर्थ है कि इन मोटर्स के निरंतर संचालन के दौरान आमतौर पर दो से तीन वर्षों के भीतर शुरुआत में खर्च की गई अतिरिक्त राशि वापस आ जाती है। वे जिस तरह से शक्ति प्रदान करती हैं, वह काफी संतुलित होती है, इसलिए समय के साथ चीजों को घिसने वाला कम कंपन होता है। इससे इनकी आयु भी काफी अधिक हो जाती है, लगभग 25,000 से 30,000 घंटे तक, जबकि एकल-फेज़ इकाइयों से आमतौर पर केवल 15,000 से 20,000 घंटे की आयु देखने को मिलती है। वे सुविधाएं जहां उपकरणों को लगातार चलाने की वास्तविक आवश्यकता होती है, इसमें एक बड़ा अतिरिक्त लाभ भी पाती हैं। सामग्री को दिन-प्रतिदिन आवाजाही करने के दौरान सुविधाओं में तीन-फेज़ प्रणालियों के साथ अप्रत्याशित खराबी में लगभग 40 प्रतिशत की कमी की सूचना दी गई है। उत्पादन अनुसूचियों के साथ काम करने वाले संयंत्र प्रबंधकों के लिए यह विश्वसनीयता समय और धन दोनों में वास्तविक बचत के रूप में जुड़ती है।
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