एसी सर्किट में प्रारंभ करनेवाला कैसे काम करता है

प्रारंभ करनेवाला, इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में एक मौलिक निष्क्रिय घटक, प्रत्यावर्ती धारा (एसी) सर्किट में व्यवहार प्रदर्शित करता है जो प्रत्यक्ष धारा (डीसी) सर्किट में इसके व्यवहार से मौलिक रूप से अलग है। इसका संचालन विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के सिद्धांतों द्वारा नियंत्रित होता है, जो चुंबकीय क्षेत्रों में प्रतिक्रिया, चरण बदलाव और ऊर्जा भंडारण की अवधारणाओं का परिचय देता है। यह आलेख साइनसॉइडल एसी सर्किट में इंडक्टर्स के परिचालन सिद्धांतों की विस्तृत जांच प्रदान करता है।

1. मौलिक सिद्धांत: विद्युत चुम्बकीय प्रेरण
इसके मूल में, एक प्रारंभ करनेवाला एक घटक है जिसे चुंबकीय क्षेत्र में ऊर्जा संग्रहीत करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसमें आम तौर पर प्रवाहकीय तार का एक कुंडल होता है, जो अक्सर एक चुंबकीय कोर के चारों ओर लपेटा जाता है। इसका संचालन फैराडे के प्रेरण के नियम और लेनज़ के नियम द्वारा वर्णित है।

जब कुंडल के माध्यम से समय-परिवर्तनशील धारा i(t) प्रवाहित होती है, तो यह समय-परिवर्तनशील चुंबकीय प्रवाह उत्पन्न करती है। फैराडे के नियम के अनुसार, यह बदलता प्रवाह कुंडल के टर्मिनलों पर एक इलेक्ट्रोमोटिव बल (EMF) या वोल्टेज v(t) प्रेरित करता है। महत्वपूर्ण रूप से, लेन्ज़ का नियम यह निर्देश देता है कि यह प्रेरित वोल्टेज हमेशा धारा में परिवर्तन का विरोध करने की दिशा में कार्य करता है जिसने इसे बनाया है। यह प्रारंभकर्ता के परिभाषित समीकरण की उत्पत्ति है:
v(t)=L * (di(t)/dt)
जहां एल प्रेरकत्व है, जिसे हेनरी (एच) में मापा जाता है। यह समीकरण बताता है कि किसी प्रारंभकर्ता पर तात्कालिक वोल्टेज उसके माध्यम से धारा के परिवर्तन की दर के समानुपाती होता है।

2. साइनसॉइडल एसी पर प्रतिक्रिया
साइनसॉइडल वोल्टेज स्रोत वाले एसी सर्किट में, करंट और वोल्टेज लगातार बदलते रहते हैं। मौलिक समीकरण को लागू करने से एसी संचालन में एक प्रारंभ करनेवाला की प्रमुख विशेषताओं का पता चलता है।

एक साइनसोइडल धारा पर विचार करें: i(t)=I_peak * पाप(ωt)
जहां ω=2πf कोणीय आवृत्ति है और f हर्ट्ज़ में आवृत्ति है।

प्रारंभ करनेवाला के पार वोल्टेज है:
v(t)=L * d/dt [I_peak पाप(ωt)]=ωL * I_peak * cos(ωt)=V_peak * पाप(ωt + 90 डिग्री )
जहां V_peak=ωL * I_peak.

यह व्युत्पत्ति दो महत्वपूर्ण टिप्पणियों की ओर ले जाती है:

ए. आगमनात्मक प्रतिक्रिया (X_L):
मात्रा ωL एसी धारा में परिवर्तन के लिए प्रारंभ करनेवाला के विरोध के माप के रूप में कार्य करती है। ये विरोध कहलाता हैआगमनात्मक प्रतिक्रिया, X_L के रूप में दर्शाया गया है।
X_L=ωL=2πfL
प्रतिरोध (आर) के विपरीत, जो ऊर्जा को ऊष्मा के रूप में नष्ट करता है, प्रतिक्रिया अस्थायी रूप से ऊर्जा को संग्रहीत और मुक्त करती है। प्रतिक्रिया आवृत्ति पर निर्भर है: DC (f =0), X_L=0 के लिए, जिसका अर्थ है कि एक आदर्श प्रारंभकर्ता शॉर्ट सर्किट के रूप में कार्य करता है। जैसे-जैसे आवृत्ति बढ़ती है, X_L बढ़ता है, AC धारा प्रवाह का अधिक मजबूती से विरोध करता है।

प्रारंभ करनेवाला के एसी संबंध के लिए ओम का नियम शिखर या आरएमएस परिमाण के संदर्भ में व्यक्त किया गया है:
V_rms=I_rms * X_L

बी चरण बदलाव:
वोल्टेज और करंट चरण में नहीं हैं। वोल्टेजनेतृत्वके एक चरण कोण द्वारा धारा90 डिग्री(π/2 रेडियन)। यह वोल्टेज के आनुपातिक होने का प्रत्यक्ष परिणाम हैयौगिक(परिवर्तन की दर) धारा की। जब परिवर्तन की दर शून्य होती है तो धारा अधिकतम होती है, और परिवर्तन की दर अधिकतम होने पर धारा शून्य होती है।

3. ऊर्जा भंडारण और शक्ति
एक आदर्श प्रारंभकर्ता ऊर्जा का क्षय नहीं करता है; यह इसे अपने चुंबकीय क्षेत्र में संग्रहीत करता है और इसे सर्किट में वापस कर देता है। संग्रहित तात्कालिक ऊर्जा है:
E(t) = (1/2) L * i(t)^2

विद्युत प्रवाह बदलता रहता है। जब धारा का निरपेक्ष मान बढ़ रहा है, तो शक्ति (P=v*i) धनात्मक है, जिसका अर्थ है कि ऊर्जा चुंबकीय क्षेत्र में संग्रहीत हो रही है। जब वर्तमान परिमाण कम हो रहा है, तो शक्ति नकारात्मक है, जिसका अर्थ है कि ऊर्जा सर्किट में वापस जारी की जा रही है। एक पूर्ण एसी चक्र पर शुद्ध बिजली की खपत होती हैशून्यएक आदर्श प्रेरक के लिए. इसका वर्णन इस प्रकार किया गया हैप्रतिक्रियाशील शक्ति(Q), वोल्ट-Amps रिएक्टिव (VAR) में मापा जाता है:
क्यू=I_rms^2 *
प्रतिक्रियाशील शक्ति स्रोत और प्रारंभ करनेवाला के चुंबकीय क्षेत्र के बीच ऊर्जा दोलन की दर का प्रतिनिधित्व करती है।

4. प्रतिबाधा: जटिल प्रतिनिधित्व
जटिल एसी सर्किट विश्लेषण (फ़ेसर विश्लेषण) में, प्रतिरोध और प्रतिक्रिया के संयुक्त प्रभाव को प्रतिबाधा (जेड) द्वारा वर्णित किया गया है। एक प्रारंभ करनेवाला के लिए, इसकी प्रतिबाधा पूरी तरह से काल्पनिक है:
Z_L=jX_L=jωL
जहाँ j काल्पनिक इकाई (√-1) है। यह कॉम्पैक्ट नोटेशन विरोध के परिमाण (X_L) और 90-डिग्री चरण बदलाव (j कारक चरण आरेख में +90 डिग्री रोटेशन का संकेत देता है) दोनों को एन्कोड करता है।

5. व्यावहारिक विचार और अनुप्रयोग
वास्तविक प्रेरकों के तार में अंतर्निहित प्रतिरोध होता है (एक श्रृंखला अवरोधक, R_s के रूप में तैयार किया गया) और वाइंडिंग के बीच परजीवी समाई। उनकी मुख्य सामग्री गैर-रैखिकता और हानि (हिस्टैरिसीस, एड़ी धाराएं) पेश कर सकती है, खासकर उच्च आवृत्तियों या शक्ति स्तरों पर।

मुख्य अनुप्रयोग प्रारंभकर्ता की आवृत्ति पर निर्भर व्यवहार का लाभ उठाते हैं:

• फ़िल्टर:कैपेसिटर के साथ संयोजन में, वे निष्क्रिय एलसी फिल्टर (कम {{0} पास, उच्च {{1 }} पास, बैंड {{2 }} पास) बनाते हैं जो विशिष्ट आवृत्ति बैंड को चुनिंदा रूप से क्षीण या पास करते हैं।
• ट्यून्ड सर्किट:इंडक्टर्स और कैपेसिटर ऑसिलेटर, रेडियो ट्रांसमीटर और रिसीवर में उपयोग किए जाने वाले अनुनाद सर्किट (टैंक) बनाते हैं।
• ऊर्जा भंडारण:स्विच -मोड बिजली आपूर्ति (एसएमपीएस) में, प्रेरक अस्थायी रूप से ऊर्जा संग्रहीत करते हैं और इसे एक अलग वोल्टेज पर जारी करते हैं।
• चोक:डीसी या निम्न आवृत्ति सिग्नल को पारित करने की अनुमति देते समय उच्च आवृत्ति एसी को ब्लॉक (चोक) करने के लिए उपयोग किया जाता है।
• ट्रांसफार्मर:युग्मित प्रेरक जो चुंबकीय प्रेरण के माध्यम से विद्युत ऊर्जा को एक सर्किट से दूसरे सर्किट में स्थानांतरित करते हैं, वोल्टेज परिवर्तन और अलगाव को सक्षम करते हैं।

निष्कर्ष
एक एसी सर्किट में, एक प्रारंभ करनेवाला के संचालन को वर्तमान में परिवर्तन के विरोध से परिभाषित किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप आवृत्ति -निर्भर प्रतिक्रिया (X_L=2πfL) और वर्तमान पर वोल्टेज की लगातार 90-डिग्री चरण लीड होती है। इसका प्राथमिक कार्य चुंबकीय क्षेत्र में ऊर्जा का चक्रीय भंडारण और विमोचन है, जो सिस्टम में प्रतिक्रियाशील शक्ति का योगदान देता है। यह अनोखा व्यवहार पावर कंडीशनिंग और रूपांतरण से लेकर सिग्नल प्रोसेसिंग और आरएफ संचार तक, इलेक्ट्रॉनिक और इलेक्ट्रिकल प्रणालियों की एक विस्तृत श्रृंखला में प्रारंभ करनेवाला को अपरिहार्य बनाता है। प्रभावी सर्किट डिजाइन और विश्लेषण के लिए इसकी एसी विशेषताओं की गहन समझ आवश्यक है।

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