ITI Electrician Losses in Electrical Machines: Iron Loss, Copper Loss, Hysteresis aur Eddy Current Losses Complete Guide in Hindi
ITI Electrician Losses in Electrical Machines Master Notes in Hindi:
Iron Loss, Copper Loss, Hysteresis & Eddy Current Losses Complete Guide
(वैद्युत मशीनों में हानियाँ: लौह हानि, ताम्र हानि, हिस्टैरिसीस और एड़ी करंट हानि – संपूर्ण मार्गदर्शिका)
विद्युत मशीनों (जैसे ट्रांसफॉर्मर, डीसी मोटर और एसी जनरेटर) के संचालन के दौरान ऊर्जा का कुछ हिस्सा अवांछित ऊष्मा (Heat) के रूप में नष्ट हो जाता है। इन हानियों को Losses in Electrical Machines कहा जाता है। ITI Electrician Trade Theory और मशीनों की दक्षता (Efficiency) को समझने के लिए यह एक अत्यंत महत्वपूर्ण टॉपिक है।
इस विस्तृत मास्टर चैप्टर में हम लौह हानियों, ताम्र हानियों, हिस्टैरिसीस हानि, एड़ी करंट हानि तथा उन्हें कम करने के उपायों का विस्तार से अध्ययन करेंगे।
1. Classification of Losses in Electrical Machines (मशीनों में हानियों का वर्गीकरण)
वैद्युत मशीनों में होने वाली कुल हानियों को मुख्य रूप से निम्नलिखित श्रेणियों में बांटा जाता है:
- Copper Losses (ताम्र हानियाँ / I2R Loss): वाइंडिंग के प्रतिरोध के कारण होने वाली हानि जो लोड के साथ बदलती है।
- Iron / Core Losses (लौह हानियाँ / कोर लॉस): मशीन के चुंबकीय कोर में होने वाली हानियाँ जो वोल्टेज पर निर्भर करती हैं और नियत (Constant) रहती हैं।
- Mechanical Losses (यांत्रिक हानियाँ): घर्षण (Friction) और वायु प्रतिरोध (Windage loss) के कारण होने वाली हानियाँ।
Core Loss Component Breakdown
2. Copper Loss (ताम्र हानि / I2R Loss)
Copper Loss मशीन की वाइंडिंग (स्टेटर, रोटर या आर्मचर कॉपर कॉइल्स) में प्रवाहित होने वाले करंट और वाइंडिंग के प्रतिरोध (Resistance) के कारण उत्पन्न होती है। इसे समीकरण $I^2 \times R$ द्वारा दर्शाया जाता है। चूंकि यह लोड करंट के वर्ग पर निर्भर करती है, इसलिए लोड बढ़ने पर ताम्र हानि तेजी से बढ़ती है (इसलिए इन्हें Variable Losses भी कहा जाता है)। इन्हें कम करने के लिए मोटे कॉपर कंडक्टरों का उपयोग किया जाता है।
3. Iron Loss or Core Loss (लौह हानि या कोर हानि)
Iron Loss मशीन के चुंबकीय लोहे (Core / Armature steel body) में होती है जब उस पर प्रत्यावर्ती चुंबकीय फ्लक्स (Alternating magnetic flux) कार्य करता है। यह हानियाँ लोड पर निर्भर नहीं करतीं, बल्कि मशीन के वोल्टेज और आवृत्ति पर निर्भर करती हैं, इसलिए इन्हें Constant Losses कहा जाता है। लौह हानियाँ आगे दो भागों में बंटी होती हैं: हिस्टैरिसीस हानि और एड़ी करंट हानि।
4. Hysteresis Loss (हिस्टैरिसीस हानि)
Hysteresis Loss चुंबकीय पदार्थों (जैसे सिलिकॉन स्टील) के बार-बार चुंबकित (Magnetize) और विचुंबकित (Demagnetize) होने के कारण होती है। चूंकि एसी सप्लाई या घूमने वाले फ्लक्स के कारण डोमेन बार-बार अपनी दिशा बदलते हैं, जिसके कारण ऊर्जा का क्षय होता है। इसे कम करने के लिए कोर निर्माण में उच्च कोटि के Silicon Steel का उपयोग किया जाता है।
Steinmetz Hysteresis Loss Formula
(जहाँ Kh = हिस्टैरिसीस गुणांक, Bmax = अधिकतम फ्लक्स घनत्व, f = आवृत्ति, V = कोर का आयतन)
5. Eddy Current Loss (एड़ी करंट हानि / भंवर धारा हानि)
जब कोई परिवर्तनशील चुंबकीय फ्लक्स किसी धात्विक कोर को काटता है, तो फैराडे के नियम के अनुसार उस लोहे के भीतर ही छोटे-छोटे प्रेरित सर्कुलर करंट उत्पन्न हो जाते हैं, जिन्हें Eddy Currents (एड़ी करंट या भंवर धाराएँ) कहा जाता है। इन धाराओं के कारण लोहे में I2R लॉस के रूप में भारी ऊष्मा उत्पन्न होती है। इसे कम करने के लिए कोर को ठोस लोहे का न बनाकर पतली-पतली इंसुलेटेड पत्तियों से Laminate (लेमिनेटेड) किया जाता है।
1. Copper Loss
वाइंडिंग रेजिस्टेंस और करंट के कारण ($I^2R$). लोड के साथ बदलती है (Variable loss)। मोटे तारों से कम की जाती है।
2. Hysteresis Loss
चुंबकीय बार-बार उलटफेर के कारण। इसे कम करने के लिए Silicon Steel कोर का उपयोग किया जाता है।
3. Eddy Current Loss
कोर के भीतर भंवर धाराओं के कारण। इसे कम करने के लिए कोर को वार्निश कोटेड पत्तियों से Laminate किया जाता है।
4. Mechanical Losses
बेयरिंग घर्षण (Friction) और कूलिंग फैन के वायु प्रतिरोध (Windage loss) के कारण होने वाली यांत्रिक हानियाँ।
6. Detailed Comparison of Losses (मशीन हानियों की विस्तृत तालिका)
| Loss Type (हानि का प्रकार) | Primary Cause (मुख्य कारण) | Dependency (किस पर निर्भर है) | Remedial Reduction Method (निवारण उपाय) |
|---|---|---|---|
| Copper Loss ($I^2R$) | वाइंडिंग का आंतरिक प्रतिरोध (Resistance) | लोड करंट का वर्ग ($I^2$) | मोटे कॉपर कंडक्टर और कम प्रतिरोधक वाइंडिंग। |
| Hysteresis Loss | चुंबकीय क्षेत्र का बार-बार उलटना | फ्लक्स घनत्व ($B_{max}^{1.6}$) और आवृत्ति ($f$) | उच्च ग्रेड सिलिकॉन स्टील कोर का उपयोग। |
| Eddy Current Loss | कोर के भीतर प्रेरित भंवर धाराएँ (Circulating currents) | आवृत्ति और लेमिनेशन मोटाई का वर्ग | कोर को वार्निश युक्त पतली पत्तियों से लेमिनेट करना। |
| Mechanical Loss | बेयरिंग घर्षण और हवा का प्रतिरोध | मशीन की घूर्णन गति (RPM) | उचित लुब्रिकेशन और सुव्यवस्थित बियरिंग। |
वैद्युत मशीनों के कोर में उत्पन्न होने वाली एड़ी करंट हानि (Eddy Current Loss) को कम करने के लिए किसका उपयोग किया जाता है?
Answer: Laminated Core (लेमिनेटेड कोर / वार्निश कोटेड पतली पत्तियाँ)
7. Common Faults and Troubleshooting (सामान्य दोष और निवारण)
| Fault / Problem (दोष) | Possible Causes (संभावित कारण) | Troubleshooting Steps (निवारण के चरण) |
|---|---|---|
| Abnormal Core Overheating | लेमिनेशन का शॉर्ट होना, वार्निश का टूटना या हिस्टैरिसीस/एड़ी करंट हानि बढ़ना | कोर का इंसुलेशन परीक्षण करें और कोर री-स्टैक/लेमिनेट करें। |
| High Copper Loss and Winding Burnout | ओवरलोड होना या वाइंडिंग में शॉर्टेड टर्न्स (Turn-to-turn short) होना | लोड करंट मापें, ग्रोवलर टेस्ट से शॉर्टेड कॉइल जाँचें और रीवाइंडिंग करें। |
| Excessive Mechanical Vibration & Noise | बेयरिंग का घिस जाना या रोटर असंतुलन (Imbalance) | बेयरिंग बदलें, ग्रीसिंग करें और मशीन बैलेंसिंग जाँचें। |
8. Applications of Loss Minimization (हानि कम करने की तकनीकों के अनुप्रयोग)
- Energy Efficient Transformers: बिजली वितरण ट्रांसफॉर्मरों में ऊर्जा हानियां कम करके स्टार रेटिंग बढ़ाना।
- High-Speed Electric Motors: आधुनिक ईवी (Electric Vehicles) और औद्योगिक मोटरों में उच्च दक्षता प्राप्त करना।
- Power Grid Substations: सब-स्टेशनों पर ट्रांसमिशन हानियों को न्यूनतम करके ग्रिड स्थिरता बनाए रखना।
9. ITI Electrician Exam ke liye Important Points (परीक्षा के लिए मुख्य बिंदु)
- Copper Losses: Variable losses occurring due to winding resistance ($I^2R$).
- Iron Losses: Constant losses occurring in the magnetic core, comprising Hysteresis and Eddy Current losses.
- Hysteresis Reduction: Minimized by using Silicon Steel material for the core.
- Eddy Current Reduction: Minimized by using thin, insulated Laminated core sheets.
- Efficiency Impact: Minimizing these losses increases the overall efficiency and operational lifespan of electrical machines.
10. Conclusion (निष्कर्ष)
Losses in Electrical Machines (Iron Loss, Copper Loss, Hysteresis aur Eddy Current Losses) मशीनों की कार्यक्षमता और डिज़ाइन का सबसे मुख्य आधार हैं। ITI Electrician के छात्रों को इन सभी हानियों के कारणों, उनके सूत्रों तथा उन्हें कम करने की निवारक विधियों की पूरी तकनीकी जानकारी होनी चाहिए।
यह टॉपिक CBT Exam, ट्रेड थ्योरी परीक्षाओं और मशीन दक्षता गणनाओं के दृष्टिकोण से अत्यंत महत्वपूर्ण है।