மாறுதிசை மின்னோட்டச் சுற்றுகளின் திறன்

மாறுதிசை மின்னோட்டச் சுற்றுகளின் திறன் (POWER IN AC CIRCUITS) 

1. மாறுதிசை மின்னோட்டச் சுற்றுகளில் திறன் - அறிமுகம்

ஒரு சுற்றின் திறன் என்பது அச்சுற்றில் மின் ஆற்றல் நுகரப்படும் வீதம் என வரையறுக்கப்படுகிறது. அது மின்னழுத்த வேறுபாடு மற்றும் மின்னோட்டம் ஆகியவற்றின் பெருக்குத் தொகையால் குறிக்கப் படுகிறது. ஒரு மாறுதிசை மின்னோட்டச் சுற்றில் மின்னழுத்த வேறுபாடு மற்றும் மின்னோட்டம் நேரத்தைப் பொருத்து தொடர்ச்சியாக மாறுகின்றன. முதலில் ஒரு கணத்தில் உள்ள திறனை நாம் கணக்கிட்டு, பிறகு ஒரு முழுச்சுற்றுக்கு அதன் சராசரியை மதிப்பிடலாம்.

தொடர் மின் தூண்டி RLC சுற்றில், கணநேர மாறுதிசை மின்னழுத்த வேறுபாடு மற்றும் மின்னேட்டமானது

இங்கு Ø என்பது v மற்றும் i இடையே உள்ள கட்டக்கோணம் ஆகும். கணநேர திறனை (Instantaneous power) இவ்வாறு எழுதலாம்.

இங்கு ஒரு சுற்றுக்கான sin²wt இன் சராசரி 1/2 ஆகும் மற்றும் sin wt coswt இன் சராசரி சுழியாகும். இந்த மதிப்புகளைப் பிரதியிட்டு, ஒரு சுற்றுக்கான சராசரி திறனைப் பெறலாம்.

இங்கு V_AMS I_RMS என்பது தோற்றத்திறன் (Apparent power) எனப்படும். cos Ø என்பது திறன் காரணி (Power factor) ஆகும். ஒரு மாறுதிசை மின்னோட்டச் சுற்றின் சராசரி திறன் சுற்றின் உண்மைத் திறன் (True power) எனவும் அழைக்கப்படுகிறது.

சிறப்பு நேர்வுகள்

(i) மின்தடைப் பண்புள்ள சுற்றுக்கு, மின்னழுத்த வேறுபாடு மற்றும் மின்னோட்டம் இடையே உள்ள கட்டக்கோணம் சுழியாகும் மற்றும் cos Ø = 1.

(ii) மின்தூண்டல் அல்லது மின்தேக்கிப் பண்புள்ள சுற்றுக்கு கட்டக் கோணமானது ± π/2 மற்றும் cos(±π/2)=0.

(ii) தொடர் RLC சுற்றுக்கு கட்டக் கோணம் Ø = tan^-1 

(iv) ஒத்ததிர்வில் உள்ள தொடர் RLC சுற்றுக்கு கட்டக் கோணம் சுழியாகும் மற்றும் cos0 =1.

.

2. சுழித்திறன் மின்னோட்டம் (Wattless current)

V_AMS மற்றும் I_AMS இடையே கட்டக்கோணம் - கொண்ட ஒரு மாறுதிசை மின்னோட்டச் சுற்றைக் கருதுக. கட்ட விளக்கப்படத்தில் (படம் 4.50) காட்டியுள்ளவாறு மின்னழுத்த வேறுபாடானது மின்னோட்டத்தைவிட Ø கோணம் முந்தி இருப்பதாகக் கொள்க.

தற்போது படம் 4.51 இல் காட்டியுள்ளவாறு I_RMS ஆனது V_RMS வழியே I_RMS cos Ø எனவும், V_RMS க்கு குத்தாக I_RMS sinØ எனவும் இரு செங்குத்துக் கூறுகளாக பகுக்கப்படுகிறது.

(i) மின்னழுத்த வேறுபாட்டுடன் ஒரே கட்டத்தில்உள்ள மின்னோட்டத்தின் கூறு (I_RMS cosØ) செயற்படு கூறு எனப்படுகிறது. இக்கூறினால் நுகரப்பட்ட திறன் = V_RMSI_RMS cosØ . எனவே இதை முழுத்திறன் கொண்ட மின்னோட்டம்(Wattful current) என அழைக்கப்படுகிறது.

(ii) மின்னழுத்த வேறுபாட்டுடன் கட்டக்கோணம்π/2 கொண்டுள்ள மற்றொரு கூறு (I_RMS sinØ) ஆனது மின்மறுப்புக்கூறு எனப்படுகிறது. இக்கூறினால் நுகரப்பட்ட திறன் சுழியாகும். எனவே இது ‘சுழித்திறன்' மின்னோட்டம் (Wattless current) எனவும் அழைக்கப்படுகிறது. ஒரு மாறுதிசை மின்னோட்டச்சுற்றில் நுகரப்பட்ட திறன் சுழியெனில், அந்தச் சுற்றில் பாயும் மின்னோட்டம் சுழித்திறன் மின்னோட்டம் என அழைக்கப்படுகிறது. இந்த சுழித்திற மின்தூண்டல் அல்லது மின்தேக்கி பண்புள்ள சுற்றில் நிகழ்கிறது.

3. திறன் காரணி (Power factor)

ஒரு சுற்றின் திறன் காரணி கீழ்க்கண்ட வழிகளில் வரையறுக்கப்படுகிறது.

(i) திறன் காரணி = cos Ø  = முந்தி அல்லதுபின்தங்கி உள்ள கட்டக்கோணத்தின் கொசைன் மதிப்பு

(ii) திறன் காரணி = R/Z = மின்தடை/ மின்எதிர்ப்பு

(iii) திறன் காரணி = P_av/ V_RMSI_RMS

= உண்மைத் திறன்/ தோற்றத்திறன்

திறன் காரணிகளுக்கான சில எடுத்துக்காட்டுகள்

(i) மின்தடைப் பண்புள்ள ஒரு சுற்றுக்கு திறன்காரணி = cos 0° = 1. ஏனெனில் மின்னழுத்த வேறுபாடு மற்றும் மின்னோட்டம் இடையேஉள்ள கட்ட கோணம் சுழியாகும்.

(ii) மின்தூண்டல் அல்லது மின்தேக்கிப் பண்புள்ளஒரு சுற்றுக்கு திறன் காரணி = cos(±π/2)=0. ஏனெனில் மின்னழுத்த வேறுபாடு மற்றும் மின்னோட்டம் இடையே உள்ள கட்ட கோணம்±π/2.

(iii) R, L மற்றும் C ஐ மாறுபட்ட விகிதங்களில்கொண்டுள்ள ஒரு சுற்றுக்கு திறன் காரணி 0 முதல் 1 வரை இருக்கும்.

4. நேர்த்திசை மின்னோட்டத்தை விட மாறுதிசை மின்னோட்டத்தின் நன்மைகள் மற்றும் குறைபாடுகள்

நேர்த்திசை மின்னோட்ட அமைப்பை விட மாறுதிசை மின்னோட்ட அமைப்பில் பல நன்மைகள் மற்றும் சில குறைபாடுகள் உள்ளன.

நன்மைகள்

(i) நேர்த்திசைமின்னோட்டத்தை விட மாறுதிசைமின்னோட்ட உற்பத்திச் செலவு குறைவாகும்.

(ii) மாறுதிசை மின்னோட்டம் உயர் மின்னழுத்த வேறுபாட்டில்விநியோகிக்கப்பட்டால் அனுப்புகை இழப்புகள் நேர்த்திசைஅனுப்புகையை ஒப்பிட குறைவானதாகும்.

(iii) திருத்திகளின் உதவியால் மாறுதிசைமின்னோட்டத்தை எளிதாக நேர்த்திசைமின்னோட்டமாக மாற்றலாம்.

குறைபாடுகள்

(i) மாறுதிசை மின்னழுத்த வேறுபாடுகளை சிலபயன்பாடுகளில் பயன்படுத்த இயலாது. உதாரணமாக மின்கலன்களை மின்னேற்றம் செய்தல், மின்முலாம்பூசுதல், மின் இழுவை போன்றவை.

(ii) உயர் மின்னழுத்த வேறுபாடுகளில் நேர்த்திசைமின்னோட்டத்தைக் காட்டிலும் மாறுதிசை மின்னோட்டத்துடன் வேலை செய்வது அதிக ஆபத்தானது.

எடுத்துக்காட்டு 4.26

400 kHz இல் ஒத்ததிரும் தொடர் RLC சுற்றானது 80 μH மின் தூண்டி, 2000 pF மின்தேக்கி மற்றும் 50Ω மின்தடை ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளது.

(i) சுற்றின் Q - காரணி (ii) மின்தூண்டல் எண் மதிப்பு இரு மடங்கானால், மின்தேக்குத்திறனின் புதிய மதிப்பு மற்றும் (iii) Q - காரணியின் புதிய மதிப்பு ஆகியவற்றைக் கணக்கிடுக.

தீர்வு:

L = 80 x 10^-6H; C = 2000 x 10-¹² F

R = 50 Ω; f. = 400 x 10³Hz

எடுத்துக்காட்டு 4.27

10^-4 /π F மின்தேக்குத்திறன் கொண்ட மின்தேக்கி,

2/π H மின் தூண்டல் எண் கொண்ட மின்தூண்டி

மற்றும் 100Ω மின்தடை கொண்ட மின்தடையாக்கி ஆகியவை இணைக்கப்பட்டு, ஒரு தொடர் RLC சுற்று உருவாக்கப்பட்டுள்ளது. 220 V, 50 Hz உள்ள ஒரு மாறுதிசை மின்னோட்டம் சுற்றுக்கு அளிக்கப்பட்டால் (i) சுற்றின் மின்எதிர்ப்பு (ii) சுற்றில் பாயும் மின்னோட்டத்தின் பெருமமதிப்பு (iii) சுற்றின் திறன் காரணி மற்றும் (iv) ஒத்ததிர்வில் சுற்றின் திறன் காரணி ஆகியவற்றைக் கணக்கிடுக.

தீர்வு: