Three Phase Induction Motor: Working Principle, RMF, Squirrel Cage, Slip Ring aur Slip Formula
ITI Electrician Three Phase Induction Motor Master Notes in Hindi:
Working Principle, RMF, Squirrel Cage, Slip Ring & Slip Formula
(थ्री-फेज इंडक्शन मोटर: कार्य सिद्धांत, आरएमएफ, स्क्विरल केज, स्लिप रिंग और स्लिप सूत्र)
औद्योगिक शक्ति और विศाल मशीनरी की रीढ़ कही जाने वाली Three Phase Induction Motor (थ्री-फेज इंडक्शन मोटर) का ITI Electrician Trade Theory और इलेक्ट्रिकल मशीनों के अंतर्गत सबसे केंद्रीय और महत्वपूर्ण स्थान है।
यह मोटर अपनी सेल्फ-स्टार्टिंग प्रकृति, उच्च दक्षता और मजबूत बनावट के लिए जानी जाती है। इस विस्तृत मास्टर चैप्टर में हम इसके कार्य सिद्धांत, घूर्णीय चुंबकीय क्षेत्र (RMF), स्क्विरल केज व स्लिप रिंग रोटर तथा स्लिप सूत्र (Slip Formula) का विस्तार से अध्ययन करेंगे।
1. What is a 3-Phase Induction Motor? (थ्री-फेज इंडक्शन मोटर क्या है?)
Three-Phase Induction Motor एक ऐसी एसी मोटर है जो 3-फेज विद्युत आपूर्ति पर कार्य करती है और विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में बदलती है। इसे ‘इंडक्शन’ (प्रेरण) मोटर इसलिए कहा जाता है क्योंकि रोटर को बिजली सीधे सप्लाई से नहीं मिलती, बल्कि स्टेटर द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र से विद्युत चुंबकीय प्रेरण (Electromagnetic Induction) के माध्यम से रोटर में करंट प्रेरित होता है। यह उद्योग जगत की सबसे लोकप्रिय मशीन है।
Core Induction Motor Formulas (मुख्य सूत्र)
Slip (s) = (Ns – N) / Ns
Percentage Slip (s%) = [(Ns – N) / Ns] x 100
2. Rotating Magnetic Field – RMF (घूर्णीय चुंबकीय क्षेत्र)
3-फेज इंडक्शन मोटर के संचालन का मुख्य आधार RMF (Rotating Magnetic Field) है। जब स्टेटर की तीन फेजों (R, Y, B) की वाइंडिंग्स को 120 डिग्री के फेज अंतर वाली 3-फेज एसी सप्लाई दी जाती है, तो प्रत्येक फेज द्वारा उत्पन्न अलग-अलग चुंबकीय क्षेत्रों का परिणामी फ्लक्स (Resultant Flux) एक निश्चित गति से अंतरिक्ष में घूमने लगता है। इस घूमने वाले क्षेत्र को ही RMF कहा जाता है, जिसकी गति सिंक्रोनस गति (Ns) कहलाती है।
3. Working Principle (कार्य करने का सिद्धांत)
थ्री-फेज इंडक्शन मोटर का कार्य सिद्धांत निम्नलिखित चरणों पर आधारित है:
- 1. RMF Creation: स्टेटर को 3-फेज सप्लाई देने पर स्टेटर कोर में RMF उत्पन्न होता है जो सिंक्रोनस गति से घूमने लगता है।
- 2. Voltage Induction: घूमता हुआ चुंबकीय क्षेत्र स्थिर रोटर चालकों को काटता है, जिससे फैराडे के नियम के अनुसार रोटर में ईएमएफ और करंट प्रेरित होता है।
- 3. Rotor Rotation: लेंज के नियम के अनुसार रोटर उस कारण का विरोध करता है जिससे वह पैदा हुआ है, और रोटर RMF की दिशा में ही घूमने लगता है।
- 4. Slip Maintenance: रोटर कभी भी RMF की गति (Ns) तक नहीं पहुँच पाता, क्योंकि यदि वह सिंक्रोनस गति पर पहुँच जाए, तो सापेक्ष गति (Relative speed) शून्य हो जाएगी और रोटर में कोई करंट प्रेरित नहीं होगा। इसलिए रोटर हमेशा उससे थोड़ी कम गति (N) पर चलता है।
4. Rotor Types: Squirrel Cage vs. Slip Ring (रोटर के प्रकार)
बनावट और अनुप्रयोग के आधार पर थ्री-फेज इंडक्शन मोटर के रोटर मुख्य रूप से दो प्रकार के होते हैं:
1. Squirrel Cage Rotor (स्कुरल केज)
इसमें तांबे या एल्युमिनियम की छड़ें होती हैं जिन्हें दोनों सिरों पर रिंग्स से स्थायी रूप से शॉर्ट कर दिया जाता है। यह बेहद मजबूत और कम रखरखाव वाली होती है।
2. Slip Ring Rotor (स्लिप रिंग / वाउंड रोटर)
इसमें स्टेटर जैसी ही इंसुलेटेड वाइंडिंग होती है जिसके सिरों को स्लिप रिंग्स और कार्बन ब्रशों के जरिए बाहर लाकर बाहरी प्रतिरोध (External Resistance) जोड़ा जाता है।
5. Concept of Slip and Slip Formula (स्लिप और स्लिप सूत्र)
Slip (स्लिप) स्टेटर के घूमने वाले चुंबकीय क्षेत्र की गति (Synchronous Speed – Ns) और रोटर की वास्तविक गति (Actual Speed – N) के बीच के अंतर को दर्शाती है। इसे हमेशा सिंक्रोनस गति के प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जाता है:
- At Standstill (स्टार्टिंग के समय): जब मोटर रुकी हुई होती है (N = 0), तब स्लिप का मान अधिकतम यानी 1 (या 100%) होता है।
- At Normal Running (सामान्य चाल पर): जब मोटर पूर्ण लोड पर चलती है, तो स्लिप का मान बहुत कम (सामान्यतः 2% से 5% के बीच) होता है।
- Rotor Frequency (f_r): रोटर में उत्पन्न होने वाली आवृत्ति स्टेटर की आवृत्ति (f) और स्लिप (s) के गुणनफल के बराबर होती है ($f_r = s \times f$)।
| Parameter / Condition (मापदंड) | Squirrel Cage Motor (स्कुरल केज) | Slip Ring Motor (स्लिप रिंग मोटर) |
|---|---|---|
| Starting Torque | मध्यम (Moderate starting torque) | अत्यधिक उच्च (Very high starting torque via resistance) |
| External Resistance | संभव नहीं (Not possible) | संभव है (Possible via slip rings) |
| Maintenance | न्यूनतम (Maintenance free) | अधिक (Requires brush & slip ring servicing) |
| Application | पंप, पंखे, ब्लोअर और सामान्य मशीनरी | क्रेन, होइस्ट, क्रशर और भारी लोड ड्राइव्स |
यदि किसी 3-फेज 4-पोल 50Hz इंडक्शन मोटर की सिंक्रोनस गति 1500 RPM है और उसकी वास्तविक गति 1440 RPM है, तो उसकी प्रतिशत स्लिप (s%) कितनी होगी?
Answer: s% = [(1500 – 1440) / 1500] * 100 = (60 / 1500) * 100 = 4%
6. Common Faults and Troubleshooting (सामान्य दोष और निवारण)
| Fault / Problem (दोष) | Possible Causes (संभावित कारण) | Troubleshooting Steps (निवारण के चरण) |
|---|---|---|
| Motor Fails to Start (Humming Sound) | एक फेज का कट जाना (Single phasing), फ्यूज उड़ना या बहुत अधिक लोड होना | सप्लाई वोल्टेज और तीनों फेजों के फ्यूज जाँचें, लोड कम करें। |
| Motor Overheating | ओवरलोड होना, वेंटिलेशन रुकना या कम वोल्टेज मिलना | मोटर कूलिंग फैन जाँचें, वाइंडिंग करंट मापें और वोल्टेज दुरुस्त करें। |
| Excessive Vibration | बेयरिंग का खराब होना, रोटर का असंतुलन या शाफ्ट मिसअलाइनमेंट | बेयरिंग बदलें, फाउंडेशन बोल्ट कसें और मोटर बैलेंसिंग जाँचें। |
7. Applications (व्यापक अनुप्रयोग)
- Industrial Drives: कारखानों में लेथ मशीनें, मिलिंग मशीनें और शेपर ड्राइव्स में स्क्विरल केज मोटर।
- Agricultural Pumping: खेतों में पानी के सबमर्सिबल और मोनोब्लॉक पंप्स में।
- Heavy Material Handling: क्रेन, होइस्ट और एलिवेटर में स्लिप रिंग इंडक्शन मोटर।
- Ventilation & Blowers: पावर प्लांटों और बड़े भवनों के वेंटिलेशन और ब्लोअर सिस्टम में।
8. ITI Electrician Exam ke liye Important Points (परीक्षा के लिए मुख्य बिंदु)
- Self-Starting: 3-phase induction motors are inherently self-starting due to the generation of a Rotating Magnetic Field (RMF).
- Speed Relation: Rotor speed (N) is always less than synchronous speed (Ns).
- Slip Definition: Measure of speed difference expressed as $s = (Ns – N) / Ns$.
- Rotor Frequency: Rotor frequency is proportional to slip ($f_r = s \times f$).
- Type Choice: Squirrel cage is used for general applications, while slip ring is reserved for high starting torque needs.
9. Conclusion (निष्कर्ष)
Three Phase Induction Motor इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग की सबसे सशक्त और भरोसेमंद मशीन है। ITI Electrician के छात्रों को इसके कार्य सिद्धांत, RMF की उत्पत्ति, स्क्विरल केज व स्लिप रिंग रोटर तथा स्लिप के गणितीय सूत्रों की पूरी तकनीकी जानकारी होनी चाहिए।
यह टॉपिक CBT Exam, ट्रेड थ्योरी परीक्षाओं और एसी मशीनरी प्रैक्टिकल के दृष्टिकोण से अत्यंत महत्वपूर्ण है।