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Synchronous Motor क्या है ? और कैसे काम करता है ?, Synchronous Motors के प्रकार, Applications, Efficiency and control, Maintenance और Challenges, control और future trends. | by Hindi Bloggers.

Synchronous Motor: Introduction


Synchronous Motor

Synchronous motor क्या है ? और यह कैसे काम करता है ? इस पोस्ट में, में आपको इससे जुड़े सभी जरूरी जानकारी दूंगा । Synchronous motor एक प्रकार का AC motor है, जिसमें Rotor की speed Stator के बने Magnetic field के speed के साथ समान होता है, इसका मतलब Synchronous motor में Rotor की rotation speed Stator के magnetic field के बराबर होता है । Synchronous motor में multiple-phase AC electromagnets, होते हैं जो एक Rotating magnetic field generate करते हैं । Rotor में एक स्थाई चुंबक होता है जो Stator के magnetic field के साथ Sync में रहता है, और उसी speed से चलता है । इसका इस्तेमाल अलग-अलग उद्देश्य के लिए किया जाता है जैसे की, Power Generation, Industrial Machinery, HVAC Systems और Power factor improvement. इस पोस्ट में हम Synchronous Motor की Construction, Working principle, Types, Applications, Efficiency, Control, Maintenance, Challenges और Future trends पर बात करेंगे । 

Synchronous Motor कैसे काम करता है : 

Synchronous motor के काम करने का तरीका बिलकुल सरल है, ये दो हिस्सों में बनते हैं पहला है Stator और दूसरा है Rotor. 

Synchronous motor working, stator gif

Stator एक stationary part होता है जिसमें 3-phase AC supply दिया जाता है । इससे Stator में एक Rotating Magnetic Field (RMF) बनता है, और इसकी speed supply frequency पर निर्भर करता है । Synchronous Speed (Ns) को कुछ इस प्रकार से लिख सकते हैं : 

`N_s=\frac{120f}p`

जिसमें: `f`- supply frequency और, `p`- number of poles है । 

Synchronous motor rotor gif

Rotor एक चलने वाला हिस्सा होता है, जिसमें DC supply दी जाती है । इससे rotor में एक stationary magnetic field बनता है, जो Stator के RMF यानी Rotating Magnetic Field के साथ lock हो जाता है । जब Stator और Rotor के magnetic field एक दूसरे के साथ align हो जाते हैं, तब Rotor, Stator के RMF के साथ ही घूमने लगता है, इस तरह rotor की speed Synchronous Speed के बराबर हो जाता है । Synchronous Motor को सुरू करने के लिए कुछ बाहरी मदद की जरूरत होती है इसके लिए कुछ प्रक्रियाओं का इस्तेमाल किया जाता है जैसे की, Damper Winding, Pony motor, and Static frequency convertor.

Types of Synchronous Motor: 

Synchronous Motor अलग-अलग प्रकार के होते हैं जो उनके rotor के design और application पर निर्भर करता है ।  

  • Round Rotor Synchronous Motor: इस प्रकार के motor में rotor एक cylindrical shape में होता है, जिसमें DC field winding होती है । Rotor के दोनों छोरों पर slip rings और brushes होते हैं, जो DC supply को rotor तक पहुंचाते हैं । Round Rotor Synchronous Motor का इस्तेमाल High speed and low torque applications के लिए किया जाता है, जैसे की Turbo Generators. इन मोटर्स की Advantages यह है की यह Smooth and balanced operation देते हैं । और इनकी Disadvantage यह है की यह Large और Costly होते हैं, और इन्हें सुरू करने में कठिनाई होती है । 
  • Salient Pole Synchronous Motor: इस प्रकार के motor में, Rotor एक disc shape का होता है, इसके हर pole पर एक field coil होती है, जो DC supply से जुड़ी होती है । Salient Pole Synchronous Motor का इस्तेमाल Low speed and High torque applications के लिए किया जाता है, जैसे की Hydro Generators, Pumps, aur Fans, etc. इन motors की advantages यह है की यह Compact और सस्ता होते हैं, और इन्हें सुरू करने में आसानी होती है । इनकी Disadvantages यह है की यह Unbalanced और काफी Noisy होते हैं, और इनका maintenance ज्यादा होता है ।

Applications of Synchronous Motors:

Synchronous Motor का इस्तेमाल कई तरह की Industries में किया जाता है : 

  • Power Generation: Synchronous Motor को Generator के रूप में इस्तेमाल किया जाता है, जो AC power generate करते हैं । Synchronous generator का इस्तेमाल Power plants में किया जाता है जैसे की Thermal Power plant, Nuclear Power plant, Wind Power plant और Hydroelectric Power plants. 
  • Industrial Machinery: Synchronous Motor को Industrial machinery में इस्तेमाल किया जाता है, जो High speed और high torque require करते हैं । जैसे की हमें पता है की Synchronous motor constant speed पर चलते हैं, और load conditions पर depend नहीं होते हैं, इसलिए इसका इस्तेमाल कुछ Machines में किया जाता है, जैसे की Compressor, Pumps, Mixers, Crushers, Conveyor's इत्यादि । 
  • HVVC System's: Synchronous Motors को Heating Ventilation and Air Conditioning (HAVC) systems में भी इस्तेमाल किया जाता है । इनकी खास बात यह है की यह Variable speed पर चलते हैं, और Temperature और Humidity को control कर सकते हैं । Synchronous Motor का इस्तेमाल कुछ HAVC systems में किया जाता है, जैसे की Fans, Blowers, Chillers, और Air handlers. 

Efficiency and Control: 

Synchronous motors की efficiency दूसरे प्रकार के motors से ज्यादा और बेहतर होती है, क्योंकि यह Power factor को सुधार सकते हैं, और Losses को काम कर सकते हैं । Synchronous motor की efficiency कुछ इस प्रकार से दी जाती है : 
`\eta=\frac{P_{out}}{P_{in}}\times100`
जिसमें : `p_{out}` - Output power है, और `P_{in}` - Input power है ।  Synchronous motors को control करने के लिए, कुछ methods का इस्तेमाल किया जाता है, जैसे की Field excitation, Armature  Voltage, और load angle. Field excitation से rotor की magnetic flux को control किया जाता है, जो Torque and Power factor को affect करता है । Armature voltage से Stator की Magnetic flux को control किया जाता है, जो speed और voltage को affect  करता है । Load angle से rotor और stator के magnetic field के बीच का angle को control किया जाता है जो power और stability को प्रभावित करता है । 

Maintenance और Challenges:

 Synchronous Motors को maintain करना important है क्योंकि यह mechanical और electrical wear and tear से affect होते हैं । इनकी maintenance में कुछ steps हैं, जैसे : 

  • Cleaning: Synchronous motors को Dust, Dirt, Oil, Grease, और Moisture से साफ रखा जाता है, जो Corrosion और Overheating को रोकते हैं । 
  • Lubrication: Friction और Noise को काम करने के लिए इस मोटर के bearings को lubricant से भर कर रखा जाता है ।
  • Inspection: इस मोटर के parts को प्रतिदिन check किया जाता है, जो किसी भी fault, damage, या abnormality को पता करते हैं । 
  • Replacement: Synchronous Motors के parts को समय-समय पर replace किया जाता है, जो किसी भी Breakdown, Failure, या accident होने से रोकते हैं । 
Synchronous Motor के कुछ challenges या कहें तो limitations भी हैं, जैसे की : 
  • Starting: Synchronous motors को सुरू करने के लिए कुछ बाहरी मदद की जरूरत होती है , इसके लिए कुछ additional devices और circuits का इस्तेमाल किया जाता है, जो Cost और Complexity को बढ़ाते हैं 
  • Synchronization: Synchronous Motor को Stator के RMF के साथ Sync में रखना पड़ता है, क्योंकि यह constant speed पर चलते हैं । इसके लिए कुछ Sensors और Controllers की जरूरत पड़ता है । 

 Control:

Synchronous Motor को control करने के लिए कुछ Sensors और Controllers का इस्तेमाल किया जाता है, जो Speed, Power, Torque, Voltage, और Frequency को monitor और adjust करते हैं । इसके लिए  कुछ feedback loops और algorithms का इस्तेमाल किया जाता है, जो accuracy और stability को बढ़ाते हैं ।    

Future Trends:

Synchronous Motors से जुड़ी कुछ advancements तथा कुछ emerging technologies हैं, जैसे की : 

  • Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM): इस प्रकार के मोटर में, rotor पर हम DC field winding की जगह permanent magnets का इस्तेमाल करते हैं, जो rotor की magnetic flux को उत्पन्न करते हैं । PMSM की advantage यह है की यह High Efficiency, High power density, Low noise, और low maintenance पर भी काम करते हैं । PMSM का इस्तेमाल Electric vehicles, Robotics, Aerospace, और Renewable energy system में किया जाता है । 
  • Brushless Synchronous Motor (BSM): इस प्रकार के motor में, rotor के slip ring और brushes को हटा कर, एक electronic commutator का इस्तेमाल किया जाता है, जो DC supply को rotor तक पहुंचाता है । BSM की advantages यह है की यह Spark-free, Reliable, और Long-lasting होते हैं । BSM का इस्तेमाल Servo drives, CNC machines, और Medical equipment में किया जाता है । 
  • Reluctance Synchronous Motor (RSM): इस प्रकार के motor में, rotor में कोई भी field winding या Permanent magnet नहीं होता है, बल्कि rotor एक Salient pole structure होता है, जो Stator के RMF के साथ align होने की tendency रखता है । RSM की advantages यह है की यह Simple, Cheap, और Robust होते हैं । RSM का इस्तेमाल Pumps, Compressors, और Fans में किया जाता है । 

Conclusion: 

इस पोस्ट में हमने Synchronous Motor के बारे में जाना, हमने देखा की Synchronous Motor क्या हैं, कैसे काम करते हैं, कितने प्रकार के होते हैं, कहाँ इस्तेमाल होते हैं, इसे कैसे control किया जाता है, कैसे maintain किया जाता है, क्या challenges होते हैं और क्या Feature trends हैं ।   

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