மாறுதிசை மின்னோட்ட மின்னியற்றி (AC GENERATOR)

    அறிமுகம்#

    படம் 4.26 AC மின்னியற்றி மற்றும் அதன் பாகங்கள்

    மாறுதிசை மின்னோட்ட மின்னியற்றி (AC மின்னியற்றி) அல்லது மின்னாக்கி என்பது ஆற்றல் மாற்றம் செய்யும் கருவியாகும். இது கம்பிச்சுருள் அல்லது புலக்காந்தத்தை சுழற்றுவதற்கு பயன்படும் இயந்திர ஆற்றலை மின் ஆற்றலாக மாற்றுகிறது. இல்லங்கள் மற்றும் தொழிற்சாலைகளில் பயன்படும் பெரிய அளவிலான மின்திறனை மின்னியற்றி உற்பத்தி செய்கிறது. படம் 4.26 இல் AC மின்னியற்றி மற்றும் அதன் பாகங்கள் காட்டப்பட்டுள்ளன.

    தத்துவம்#

    மின்காந்தத்தூண்டல் விதிப்படி மின்னாக்கிகள் வேலைசெய்கின்றன. கடத்திக்கும், காந்தப்புலத்திற்கும் இடையிலான சார்பு இயக்கம் கடத்தியுடன் தொடர்புடைய காந்தப்பாயத்தை மாற்றுகிறது. இதனால் கடத்தியில் மின்னியக்கு விசையானது தூண்டப்படுகிறது. இந்த மின்னியக்கு விசையின் எண்மதிப்பை பாரடேயின் மின்காந்தத்தூண்டல் விதியில் இருந்து, அதன் திசையை பிளமிங் வலக்கை விதியில் இருந்து அறியலாம்.

    குறிப்பு: காந்தப்புலத்தில் கம்பிச்சுருளை ஒன்றைச் சுழற்றுவதோ அல்லது நிலையான கம்பிச்சுருளுள் காந்தப்புலத்தை சுழற்றுவதோ மாறுதிசை மின்னியக்கு விசையானது உருவாக்கப்படுகிறது. இவற்றில் முதல்வகை சிறிய AC மின்னியற்றிகளிலும், இரண்டாம் வகை பெரிய AC மின்னியற்றிகளிலும் பயன்படுகின்றன. பெரும்பான்மையான மின்திறன் உற்பத்தி நிலையங்களில் சுழலும் காந்தப்புல வகையே பயன்படுத்தப்படுகிறது.

    அமைப்பு#

    படம் 4.27 நிலையி உள்ளகம், சுருளிச் சுற்று மற்றும் 2 – துருவச் சுழலி

    மின்னியற்றியானது நிலையி (Stator) மற்றும் சுழலி (Rotor) என இரு பெரும் பாகங்களைக் கொண்டுள்ளது. அவற்றின் பெயருக்கேற்றபடி நிலையி நிலையாகவும், சுழலி சுழன்று கொண்டும் உள்ளன. வணிகரீதியிலான மின்னாக்கிகள் சுருளிச் சுற்று (Armature winding) நிலையியிலும், புலக்காந்தமானது (Field magnet) சுழலியிலும் பொருத்தப்படுகின்றன.

    i) நிலையி (Stator)

    சுருளிச் சுற்று பொருந்தப்பட்டுள்ள நிலையான பகுதி நிலையி எனப்படும். அது நிலையி உள்ளகம் மற்றும் சுருளிச் சுற்று ஆகிய இரண்டு பாகங்களைக் கொண்டுள்ளது.

    நிலையி உள்ளகம் அல்லது சுருளி உள்ளகம் இரும்பு அல்லது எஃகு உலோகக் கலவையில் ஆன உள்ளீடற்ற உருளையாகும். சுழல் மின்னோட்ட இழப்புகளைக் குறைப்பதற்கு காப்பிடப்பட்ட தகடுகளால் உள்ளகம் கட்டப்படுகிறது. சுருளிச் சுற்றுகளை பொருத்தும் வகையில் உள்ளகத்தின் உட்புறமாக வரித்துளைகள் (Slots) வெட்டப்படுள்ளன.

    நிலையி உள்ளகத்தில் உள்ள வரித்துளைகளில் அமைந்துள்ள கம்பிச்சுருள்கள், சுருளிச் சுற்றுகள் எனப்படும் (படம் 4.27).

    ii) சுழலி (Rotor)

    சுழலியானது காந்தப்புல கம்பிச்சுற்றுகளைக் (Magnetic field winding) கொண்டுள்ளது. நேர்த்திசை மின்னோட்ட மூலமும் (DC source) ஒன்றினால் கம்பிச்சுற்றுகளில் காந்தப்புலம் ஏற்படுத்தப்படுகிறது. காந்தப்புல கம்பிச்சுற்றுகளின் முனைகள் ஒரு சோடி நழுவு வளையங்களுடன் இணைக்கப்பட்டு, சுழலி சுழலக்கூடிய தண்டுடன் இணைக்கப்பட்டிருக்கும். நழுவு வளையங்கள் சுழலியுடன் சேர்ந்து சுழலுகின்றன. நேர்த்திசை மின்னோட்ட மூலம் மற்றும் காந்தப்புல கம்பிச்சுற்றுகள் இடையே இணைப்பை ஏற்படுத்த நழுவு வளையங்களின் மீது தொடர்ச்சியாக நழுவிச் செல்லும் இரு தூரிகைகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. (படம் 4.27) -ல் 2 -துருவச் சுழலி கொடுக்கப்பட்டுள்ளது. ஒரு-கட்ட மற்றும் மூன்று-கட்ட மின்னியற்றிகளின் அமைப்பு, வேலை செய்யும் விதம் ஆகியவற்றைப் பார்ப்போம்.

    நிலையான சுருளிச் சுற்று – சுழலும் புல மின்னியற்றியின் நன்மைகள்#

    பொதுவாக மின்னியற்றிகள் அதிக மின்னோட்டம் மற்றும் அதிக மின்னழுத்த வேறுபாடு கொண்ட இயந்திரங்கள் ஆகும். நிலையான சுருளிச் சுற்று- சுழலும் புல அமைப்பு பல நன்மைகளைக் கொண்டது. அவற்றில் சில வருமாறு.

    1. தூரிகைத் தொடர்புகளைப் பயன்படுத்தாமல், மின்னோட்டமானது நேரடியாக நிலையி பகுதியில் பொருத்தப்பட்டுள்ள முனைகளில் இருந்து பெறப்படுகிறது.
    2. நிலையான சுருளிச் சுற்றை மின்காப்பு செய்வது எளிமையானதாகும்.
    3. நழுவு தொடர்புகளின் (நழுவு வளையங்கள்) எண்ணிக்கை குறைக்கப்பட்டுள்ளது. மேலும் நழுவு தொடர்புகள் குறைந்த மின்னழுத்த நேர்த்திசை மின்னோட்ட மூலத்திற்கு மட்டுமே பயன்படுகின்றன.
    4. சுருளிச் சுற்றுகள் இயந்திரவியல் தாக்கத்தின் காரணமாக உருக்குலைவதைத் தடுக்கும் வகையில் அதிக உறுதியாக அமைக்க முடியும்.

    ஒரு-கட்ட மாறுதிசை மின்னோட்ட மின்னியற்றி#

    படம் 4.28 தொடக்க நிலையில் PQRS கம்பிச் சுற்று மற்றும் புலக்காந்தம்

    ஒரு-கட்ட AC மின்னியற்றியில், சுருளிச் சுற்றுகள் தொடர் இணைப்பில் ஒரே சுற்றாக அமைக்கப்பட்டு ஒரு-கட்ட மின்னியக்கு விசை உருவாக்கப்படுகிறது. எனவே இது ஒரு-கட்ட மின்னாக்கி எனப்படுகிறது.

    எளிய வகை AC மின்னியற்றியில் ஒரு சுற்று கொண்ட செவ்வகச்சுற்று PQRS, நிலையி உட்புறத்தில் பொருத்தப்படுகிறது. நிலையி உள்ளே புலச்சுற்றுகள் தாளின் தளத்திற்கு செங்குத்தான அச்சைப் பொருத்து சுழலுமாறு அமைக்கப்படுகிறது.

    சுற்று PQRS நிலையாகவும் மற்றும் தாளின் தளத்திற்கு குத்தாகவும் உள்ளது. புலச் சுற்றுகள் வழியே மின்னோட்டம் செலுத்தப்பட்டால், அதனைச் சுற்றி காந்தப்புலம் உருவாக்கப்படுகிறது. வெளிப்புற இயக்கியால் புலக்காந்தமானது வலஞ்சுழியாக சுழல்வதாகக் கொள்க (படம் 4.28).

    புலக்காந்தத்தின் தொடக்கநிலை கிடைமட்டமாக உள்ளதாகக் கருதுக. அந்தக் கணத்தில், காந்தப்புலத்தின் திசை PQRS சுற்றின் தளத்திற்கு செங்குத்தாக உள்ளது. எனவே தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை சுழியாகும் (பகுதி 4.4 இல் நேர்வு (iii) ஐக் காண்க). இது தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை மற்றும் நேரக்கோணம் இடையேயான வரைபடத்தில் தொடக்கப்புள்ளி O – ஆல் குறிப்பிடப்பட்டுள்ளது (படம் 4.29).

    படம் 4.29 நேர கோணத்தைப் பொருத்து தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை மாறுபடுதல்

    புலக்காந்தம் $90^\circ$ கோணம் சுழன்றால், காந்தப்புலம் PQRS -க்கு இணையாகிறது. PQ மற்றும் RS ஆகியவற்றில் தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசைகள் பெரும மதிப்பை அடைகின்றன. அவை தொடரிணைப்பில் உள்ளதால், மின்னியக்கு விசைகள் ஒன்றுடன் ஒன்று கூட்டப்படுகிறது. தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசையின் திசையை பிளமிங் வலக்கை விதியில் இருந்து அறியலாம்.

    இந்த விதியைப் பயன்படுத்தும்போது கவனம் தேவை. புலத்தைப் பொருத்து, கடத்தியின் இயக்கத்திசையை பெருவிரல் குறிக்கிறது. வலஞ்சுழியாக சுழலும் துருவங்களுக்கு, கடத்தியானது இடஞ்சுழியாக சுழலுவதாக தோன்றும். எனவே, பெருவிரல் இடதுபக்கத்தை நோக்கி இருக்க வேண்டும். தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசையின் திசை தாளின் தளத்திற்கு செங்குத்தாக உள்ளது. மின்னியக்கு விசையானது PQ-வில் உள்நோக்கியும், RS-இல் வெளிநோக்கியும் உள்ளது. எனவே, மின்னோட்டம் PQRS வழியே பாய்கிறது. வரைபடத்தில் A என்ற புள்ளி இந்த பெரும் மின்னியக்கு விசையைக் குறிக்கிறது.

    தொடக்கநிலையிலிருந்து $180^\circ$ சுழற்சிக்குப் பின், புலமானது PQRS-க்கு செங்குத்தாக அமைகிறது. தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை சுழியாகிறது. இது B என்ற புள்ளியால் குறிக்கப்படுகிறது.

    புலக்காந்தத்தின் $270^\circ$ சுழற்சிக்கு, புலமானது மீண்டும் PQRS-க்கு இணையாக அமைகிறது. தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை பெருமமாக உள்ளது. ஆனால் அதன் திசை எதிர்த்திசையாக மாறுகிறது. இதனால் மின்னோட்டம் SRQP வழியே பாய்கிறது. இது C என்ற புள்ளியால் குறிக்கப்படுகிறது.

    $360^\circ$ நிறைவு செய்யும்போது, தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை சுழியாகிறது. அது D என்ற புள்ளியால் குறிக்கப்படுகிறது. வரைபடத்திலிருந்து, PQRS-இல் தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை மாறுதிசையாக உள்ளது தெளிவாகிறது.

    எனவே, புலக்காந்தம் ஒரு சுற்றியை நிறைவு செய்யும் போது, PQRS –இல் தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசை ஒரு சுற்றை முடிக்கிறது. இந்த அமைப்பிற்கு, தூண்டப்பட்ட மின்னியக்கு விசையின் அதிர்வெண், புலக்காந்தம் சுழலும் வேகத்தைச் சார்ந்துள்ளது.

    பல-கட்ட மாறுதிசை மின்னோட்ட மின்னியற்றி#

    சில AC மின்னியற்றிகள் சுருளி உள்ளகத்தில் ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட கம்பிச்சுருள்களைக் கொண்டிருக்கும். ஒவ்வொரு கம்பிச்சுருளும் மாறுதிசை மின்னியக்கு விசை ஒன்றை உருவாக்குகிறது. இந்த மின்னியற்றிகள் ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட மின்னியக்கு விசைகள் உருவாக்கப்படுகின்றன. இதனால் அவை பல-கட்ட மின்னியற்றிகள் என்றழைக்கப்படுகின்றன.

    மின்னியற்றியில் இரண்டு மாறுதிசை மின்னியக்கு விசைகள் உருவாக்கப்பட்டால், அது இரு-கட்ட மின்னியற்றி எனப்படும். சில AC மின்னியற்றிகளில் மூன்று தனித்தனியான கம்பிச்சுருள்கள் உள்ளன. அவை மூன்று தனித்தனியான மின்னியக்கு விசைகளைத் தருகின்றன. எனவே அவை மூன்று-கட்ட மின்னியற்றிகள் எனப்படுகின்றன.

    மூன்று-கட்ட மாறுதிசை மின்னோட்ட மின்னியற்றி#

    படம் 4.30 மூன்று – கட்ட AC மின்னியற்றியின் அமைப்பு

    எளிமையான மூன்று-கட்ட AC மின்னியற்றி அமைப்பில், சுருளி உள்ளகத்தின் உட்புற பரப்பில் 6 வரித்துளைகள் வெட்டப்பட்டுள்ளன. ஒவ்வொரு வரித்துளையும் ஒன்றுக்கொன்று $60^\circ$ இடைவெளியில் உள்ளன. இந்த வரித்துளைகளில் ஆறு கடத்திகள் பொருத்தப்பட்டுள்ளன. கடத்திகள் 1 மற்றும் 4 தொடராக இணைக்கப்பட்டு கம்பிச்சுருள் 1 உருவாக்கப்படுகிறது. கடத்திகள் 3 மற்றும் 6-ஐ இணைத்து கம்பிச்சுருள் 2-வும், கடத்திகள் 5 மற்றும் 2-ஐ இணைத்து கம்பிச்சுருள் 3-வும் உருவாக்கப்படுகின்றன. எனவே செவ்வக வடிவிலான இந்த கம்பிச்சுருள்கள் ஒன்றுக்கொன்று $120^\circ$ இடைவெளியுடன் உள்ளன (படம் 4.30).

    படம் 4.31 மின்னியக்கு விசைகள் $\varepsilon_1$, $\varepsilon_2$ மற்றும் $\varepsilon_3$ நேர கோணத்தைப் பொருத்து மாறுபடுதல்

    புலக்காந்தத்தின் தொடக்கநிலை கிடைமட்டமாகவும், புலத்தின் திசை கம்பிச்சுருள் 1-இன் தளத்திற்கு செங்குத்தாகவும் உள்ளது. ஒரு-கட்ட AC மின்னியற்றியில் கண்டவாறு, புலக்காந்தமானது அந்த நிலையிலிருந்து வலச்சுழியாக சுழற்றப்பட்டால் கம்பிச்சுருள் 1-இல் தூண்டப்படும் மாறுதிசை மின்னியக்கு விசை $\varepsilon_1$ தனது சுற்றை புள்ளி O–இல் இருந்து தொடங்குகிறது. இது படம் 4.31 – இல் காட்டப்பட்டுள்ளது.

    புலக்காந்தம் $120^\circ$ சுழன்ற பிறகு, கம்பிச்சுருள் 2–இல் உள்ள மின்னியக்கு விசை $\varepsilon_2$-ஆனது தனது சுற்றை புள்ளி A-யில் தொடங்குகிறது. எனவே $\varepsilon_1$ மற்றும் $\varepsilon_2$ இடையிலான கட்ட வேறுபாடு $120^\circ$ ஆகும். தொடக்கநிலையிலிருந்து புலக்காந்தம் $240^\circ$ சுழன்ற பிறகு, கம்பிச்சுருள் 3–இல் உள்ள மின்னியக்கு விசை $\varepsilon_3$ அதன் சுற்றை புள்ளி B-யில் தொடங்குகிறது. இவ்வாறு மூன்று-கட்ட AC மின்னியற்றியில் தூண்டப்படும் மின்னியக்கு விசைகள் ஒன்றுக்கொன்று $120^\circ$ கட்ட வேறுபாட்டைக் கொண்டுள்ளன.

    மூன்று–கட்ட மின்னாக்கியின் நன்மைகள்#

    ஒரு–கட்ட அமைப்பை விட மூன்று–கட்ட அமைப்பு பல நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது. அவற்றில் சிலவற்றைக் காண்போம்.

    1. கொடுக்கப்பட்ட மின்னியற்றியின் பரிமாணத்திற்கு, ஒரு–கட்ட இயந்திரத்தை விட மூன்று–கட்ட இயந்திரம் அதிகமான வெளியீடு திறனை உருவாக்குகிறது.
    2. ஒரே அளவிலான திறனுக்கு, ஒரு–கட்ட மின்னாக்கியை விட மூன்று–கட்ட மின்னாக்கி அளவில் சிறியதாக உள்ளது.
    3. மூன்று–கட்ட மின்திறன் அனுப்புவதற்கான செலவு குறைவு. ஒப்பீட்டளவில் மூன்று–கட்ட மின்திறன் அனுப்ப மெல்லிய கம்பியே போதுமானதாகும்.