डीसी मोटरों को कम वोल्टेज से स्टार्ट करने की आवश्यकता क्यों होती है?

डीसी मोटरों के लिए कम-वोल्टेज स्टार्टिंग अपनाने का मुख्य कारण, स्टार्टिंग के समय उनकी विद्युतीय विशेषताओं और यांत्रिक विशेषताओं के बीच बेमेल होना है - स्टार्टिंग के प्रारंभिक चरण में पश्च विद्युत चालक बल (Ea) शून्य होता है, जिसके कारण पूर्ण वोल्टेज से स्टार्ट करने पर स्टार्टिंग करंट निर्धारित मान से कहीं अधिक हो जाता है। इसके परिणामस्वरूप मोटर क्षति और सर्किट विफलता जैसी कई समस्याएँ उत्पन्न होती हैं। कम-वोल्टेज स्टार्टिंग, स्टार्टिंग वोल्टेज को कम करके अत्यधिक करंट को दबा देती है, जिससे सिस्टम सुरक्षा सुनिश्चित होती है। विवरण को तीन पहलुओं से समझाया जा सकता है: स्टार्टिंग करंट की उत्पादन प्रक्रिया, पूर्ण-वोल्टेज स्टार्टिंग के खतरे, और कम-वोल्टेज स्टार्टिंग का सिद्धांत।

सबसे पहले, डीसी मोटरों की प्रारंभिक धारा में असामान्य वृद्धि "पश्च विद्युत-शक्ति के अभाव" की मूल विशेषता से उत्पन्न होती है। डीसी मोटर के आर्मेचर परिपथ के वोल्टेज संतुलन समीकरण के अनुसार: U = Ea + IaRa, जहाँ U आर्मेचर पर लगाया गया वोल्टेज है, Ea आर्मेचर के घूर्णन द्वारा उत्पन्न पश्च विद्युत-शक्ति है, Ia आर्मेचर धारा है, और Ra आर्मेचर वाइंडिंग का प्रतिरोध है। मोटर के चालू होने के समय, रोटर स्थिर अवस्था में होता है, और आर्मेचर चालक चुंबकीय क्षेत्र को नहीं काटता है, इसलिए पश्च विद्युत-शक्ति Ea = 0 होता है। इस समय, परिपथ समीकरण को सरलीकृत करके Ia = U/Ra कर दिया जाता है। चूँकि आर्मेचर वाइंडिंग तांबे के तार से बनी होती है, इसलिए इसका प्रतिरोध Ra आमतौर पर बहुत कम होता है (छोटी डीसी मोटरों का Ra केवल कुछ ओम होता है, और बड़ी मोटरों का Ra 1 ओम से भी कम होता है)। यदि रेटेड पूर्ण वोल्टेज U को सीधे लगाया जाए, तो प्रारंभिक धारा Ia तेज़ी से बढ़ेगी, आमतौर पर रेटेड धारा के 10-20 गुना तक पहुँच जाएगी। उदाहरण के लिए, 220V रेटेड वोल्टेज और 1Ω आर्मेचर प्रतिरोध वाली एक DC मोटर में पूर्ण वोल्टेज से शुरू होने पर 220A की तात्कालिक धारा हो सकती है, जबकि इसकी रेटेड धारा केवल 15A हो सकती है, और धारा प्रवर्धन कारक सुरक्षित सीमा से बहुत अधिक होता है।

दूसरे, इतनी अधिक प्रारंभिक धारा मोटर और विद्युत आपूर्ति प्रणाली के लिए कई घातक खतरे पैदा करेगी। मोटर के लिए, एक ओर, अत्यधिक धारा आर्मेचर वाइंडिंग पर एक विशाल विद्युत बल लगाएगी। एम्पीयर बल सूत्र के अनुसार, विद्युत बल धारा के वर्ग के समानुपाती होता है। रेटेड धारा का 10 गुना विद्युत बल रेटेड मान का 100 गुना विद्युत बल उत्पन्न करेगा, जिससे वाइंडिंग का विकृत होना और इन्सुलेशन परत का टूटना बहुत आसान है, जिससे इंटर-टर्न शॉर्ट सर्किट हो सकता है। दूसरी ओर, कम समय में तेज़ी से बढ़ती धारा वाइंडिंग में बहुत अधिक जूल ऊष्मा उत्पन्न करेगी, जिससे तापमान तेज़ी से बढ़ेगा, जो इन्सुलेशन सामग्री की तापीय प्रतिरोध सीमा को पार कर जाएगा, जिसके परिणामस्वरूप इन्सुलेशन पुराना हो जाएगा या जल भी सकता है। विद्युत आपूर्ति प्रणाली के लिए, अत्यधिक प्रारंभिक धारा ग्रिड वोल्टेज को अचानक गिरा देगी, जिससे एक "वोल्टेज शॉक" उत्पन्न होगा, जो उसी ग्रिड में अन्य उपकरणों के सामान्य संचालन को प्रभावित करता है। उदाहरण के लिए, यह प्रकाश लैंप की रोशनी को मंद कर सकता है और सटीक उपकरणों को नियंत्रण से बाहर कर सकता है। इसके साथ ही, अधिक धारा स्विच और संपर्ककर्ताओं जैसे नियंत्रण घटकों पर एक मजबूत विद्युत चाप भी उत्पन्न करेगी, जिससे संपर्कों का घिसाव तेज हो जाएगा और यहां तक कि शॉर्ट-सर्किट दोष भी उत्पन्न हो जाएगा।

कम वोल्टेज की शुरुआत "प्रारंभिक प्रारंभिक वोल्टेज को कृत्रिम रूप से कम करके" स्रोत से प्रारंभिक धारा को दबा देती है, और मोटर की गति बढ़ने के बाद धीरे-धीरे रेटेड वोल्टेज को बहाल करती है, जो मोटर की शुरुआती विशेषताओं से पूरी तरह मेल खाती है। इसका मूल तर्क है: शुरू करने के प्रारंभिक चरण में यू को कम करें। भले ही Ea = 0, Ia = U/Ra को एक सुरक्षित सीमा के भीतर नियंत्रित किया जा सकता है (आमतौर पर रेटेड वर्तमान का 1.5-2.5 गुना)। जैसे-जैसे मोटर की गति n बढ़ती है, n के अनुपात में Ea बढ़ता है। इस समय, उचित प्रारंभिक टॉर्क के अनुरूप वर्तमान मूल्य पर Ia को बनाए रखने के लिए U को धीरे-धीरे बढ़ाया जाता है। जब तक मोटर रेटेड गति तक नहीं पहुंच जाती, Ea रेटेड बैक इलेक्ट्रोमोटिव बल पर स्थिर हो जाता है

व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, कम-वोल्टेज स्टार्टिंग के विभिन्न कार्यान्वयन विधियाँ हैं। छोटे डीसी मोटर अक्सर "श्रृंखला प्रतिरोध वोल्टेज न्यूनीकरण" का उपयोग करते हैं, जो आर्मेचर परिपथ में एक परिवर्तनीय प्रतिरोधक को जोड़कर वोल्टेज को विभाजित करता है और स्टार्ट होने के बाद प्रतिरोधक को धीरे-धीरे काट देता है। बड़े डीसी मोटर आमतौर पर "थाइरिस्टर वोल्टेज विनियमन" का उपयोग करते हैं, जो सुचारू स्टार्टिंग प्राप्त करने के लिए थाइरिस्टर के चालन कोण को समायोजित करके आउटपुट वोल्टेज को सटीक रूप से नियंत्रित करता है। ये योजनाएँ न केवल पूर्ण-वोल्टेज स्टार्टिंग के खतरों से बचाती हैं, बल्कि मोटर स्टार्टिंग के लिए आवश्यक टॉर्क भी सुनिश्चित करती हैं, जिससे औद्योगिक उत्पादन, परिवहन और अन्य क्षेत्रों में डीसी मोटरों का अनुप्रयोग अधिक सुरक्षित और विश्वसनीय हो जाता है।

संक्षेप में, डीसी मोटरों का कम वोल्टेज पर स्टार्टिंग एक "अनावश्यक ऑपरेशन" नहीं है, बल्कि इसके विद्युत सिद्धांत पर आधारित एक आवश्यक सुरक्षात्मक उपाय है। इसका मूल उद्देश्य वोल्टेज विनियमन के माध्यम से स्टार्टिंग करंट और टॉर्क के बीच के संबंध को संतुलित करना है, जो न केवल मोटर की सुरक्षा करता है, बल्कि बिजली आपूर्ति प्रणाली की स्थिरता भी सुनिश्चित करता है। यह डीसी मोटरों के सुरक्षित संचालन के लिए एक महत्वपूर्ण कड़ी है।

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