औद्योगिक क्षेत्रात अनेक प्रक्रियेत गती नियंत्रण आवश्यक असते. उदा., कापड व कागद गिरण्या, धातू उत्खननाच्या खाणी, कोळसा खाणी इत्यादींमधील मालवाहक सरक पट्टे, रासायनिक उत्पादने वगैरे. तसेच मोठ्या क्षमतेची विद्युत चलित्र (Electric Motor) चालू करताना विद्युत दाब नियंत्रित करावा लागतो अन्यथा नियत क्षमतेपेक्षा (Rated Current) अनेक पटींनी जास्त प्रवाह वहन झाल्याने वितरण व्यवस्थेत बाधा येते. याकरिता मोठ्या क्षमतेची (High Power) विद्युत चलित्र चालू करताना विविध पद्धतींचा उपयोग केला जातो. अशा पद्धतींना विद्युत चलित्र प्रारंभ यंत्रणा (Motor Starters) असे म्हणतात. संथपणे विद्युत चलित्र चालू (Soft Start) करून आवश्यकतेप्रमाणे सतत गती नियंत्रण करणाऱ्या यंत्रणेस गती नियंत्रक (Speed Controller) असे म्हणतात.
विद्युत चलित्राचे मुख्य प्रकार : विद्युत चलित्र दोन प्रकारांची असतात : (१) एकदिश विद्युत प्रवाह चलित्र (DC Motor) आणि (२) प्रत्यावर्ती विद्युत प्रवाह चलित्र (AC Motor).
एकदिश विद्युत प्रवाह चलित्र प्रारंभ यंत्रणा व गती नियंत्रण : पूर्वापार पद्धतीप्रमाणे प्रारंभ यंत्रणेत विद्युत विरोधकांचा उपयोग करून प्रारंभीचा विद्युत दाब आणि प्रारंभीचा विद्युत प्रवाह नियंत्रित केला जात असे. जसजशी चलित्राची गती वाढत असे, त्यानुसार टप्प्याटप्प्याने मंडलातून विरोधक अलग करून शेवटी संपूर्ण नियत दाबावर चलित्र चालवले जात असे. अशा यंत्रणेची रचना आ. १ मध्ये दाखवली आहे.
गती नियंत्रणासाठी आवश्यकतेनुसार विरोधकांच्या साहाय्याने गती नियंत्रित केली जात असे. अशा प्रकारच्या यंत्रणेत गती नियंत्रण टप्प्याटप्प्याने (speed control in steps) होत असते आणि संथ गतीने सततचे गती नियंत्रण (Smooth continuous speed control) करणे शक्य नसते.
कापड व कागद गिरण्यांमध्ये उत्पादनाच्या गुणवत्तेवर लक्ष देऊन सतत गती नियंत्रण करणे आवश्यक असते. त्यामुळे बहुतेक ठिकाणी एकदिश विद्युत प्रवाह चलित्राचा उपयोग केला जात असे. अशा प्रकारच्या यंत्रणेत विद्युत विरोधकांत विद्युत शक्तीची हानी होत असे. तसेच विद्युत विरोधक व इतर अनेक उपकरणाची गरज असल्याने अनेक वेळा बिघाड होत असे. त्यामुळे सतत देखभाल करावी लागत असे. अनेक उपकरणांमुळे आकारमान वाढत असे आणि विद्युत विरोधकांत उत्पन्न होणारी उष्णता नियंत्रित करण्यासाठी वातवाहक पंखे अथवा तत्सम तापमान नियंत्रण यंत्रणेची गरज पडत असे.
एकदिश प्रवाह चलित्राचे गती नियंत्रण व संथगती प्रारंभ यासाठी स्वयंचलरोहित्र आरंभकसुद्धा (Auto transformer starter) सुद्धा वापरला जातो. आ. २ अशा आरंभ पद्धतीत एकदिशकारकामध्ये अनियंत्रित एकदिशकारक (Diode) वापरले जातात. या प्रकारात स्वयंचलरोहित्र शून्य स्थितीत आल्याशिवाय विद्युत प्रवाह वहन होणार नाही अशी व्यवस्था केलेली असते. स्वयंचलरोहित्राचे गुणोत्तर संथ गतीने बदलत चलित्र संथ गतीने आरंभ करता येते तसेच त्याचे गती नियंत्रण करता येते. या पद्धतीमध्ये चलित्राच्या अश्वशक्ती इतक्या क्षमतेच्या रोहित्राची गरज असते. त्यामुळे मोठ्या अश्वशक्तीच्या चलित्रासाठी वापरल्या जाणाऱ्या स्वयंचलरोहित्राचे आकारमान मोठे होते आणि तापमान नियंत्रणासाठी स्वतंत्र यंत्रणा आवश्यक असते.
चलित्राचे चुंबकीय क्षेत्र नियंत्रित (Field control) करून सुद्धा चलित्राची गती नियंत्रित करता येते. या प्रकारात चुंबकीय प्रवर्तकातील प्रवाह नियत प्रवाहापेक्षा (Rated field current) कमी करून चलित्राची गती नियत गतीपेक्षा (Rated base speed) वाढवता येते. अशा नियंत्रणात चलित्राचे पीडन बल (Torque) नियत पीडन बलापेक्षा (Rated torque) कमी होते. तसेच चुंबकीय क्षेत्रातील प्रवाह एका विशिष्ट प्रमाणापेक्षा कमी करता येत नाही.
अर्धसंवाहक (Semiconductor) व इलेक्ट्रॉनिक तंत्रज्ञानाच्या उदयानंतर या गती नियंत्रण तंत्रज्ञानात मोठा बदल झाला. नियंत्रित एकदिशकारकाच्या (Controlled Rectifier) साहाय्याने विद्युत तरंग आवश्यक तेथे खंडित करून विद्युत दाब व विद्युत प्रवाहावर नियंत्रण मिळवणे सुलभ झाले. यामुळे विरोधक व त्यामध्ये होणारी विद्युत शक्तीची हानी टाळण्यास मदत झाली.
नियंत्रित एकदिशकारकासाठी अर्धसंवाहक सिलिकॉनचा उपयोग करून सिलिकॉन नियंत्रित एकदिशकारक (Silicon controlled rectifier, SCR) व विद्युत विरोधक नियंत्रण द्वारसहित द्विध्रुवीय ट्रॅंझिस्टरचा (Insulated gate Bi-polar transistors, IGBT) वापर करण्यात आला. या साधनामध्ये असलेल्या नियंत्रणद्वारामार्फत (Control gate) विद्युत तरंगावर नियंत्रण मिळवणे शक्य झाले.
आ. ३. मध्ये प्रतीकात्मक चिन्ह दाखवली आहेत आणि आ. ४ मध्ये एककला नियंत्रित एकदिशकारक (Single phase full wave controlled rectifier) आणि त्याच्या साहाय्याने नियंत्रित केलेले विद्युत तरंग (Controlled output waveform) दाखवले आहेत.
गती नियंत्रण करताना काही क्षेत्रात चलित्राचे पीडन बल (Torque) कायम राहावे लागते (Constant torque application) जसे की, कागद व कापड गिरण्या मालवाहू सरक पट्टे (Conveyor belts) अशा वेळी अलग चुंबकीय क्षेत्र प्रवर्तक चलित्राचा (Separately excited motor) उपयोग केला जातो आणि विद्युत दाब नियंत्रित करून गती नियंत्रण व आवश्यक ते पीडन बल या दोन्ही गोष्टी साध्य केल्या जातात.
काही विशिष्ट क्षेत्रात चलित्र चालू करताना नियत पीडन बलापेक्षा जास्त पीडन बलाची (High starting torque) आवश्यकता असते – विद्युत कर्षण (Electric Traction) गोदी क्षेत्रात वापरल्या जाणाऱ्या याऱ्या (Cranes) – अशा ठिकाणी एकसरी चुंबकीय क्षेत्र प्रवर्तक चलित्राचा Series field motor) उपयोग केला जातो. अशा नियंत्रणात विद्युत प्रवाह नियंत्रित करावा लागतो.
एकदिश विद्युत प्रवाह चलित्राची वेळोवेळी करावी लागणारी देखभाल, आकारमान व इलेक्ट्रॉनिक तंत्रज्ञानामुळे सुलभ झालेली प्रत्यावर्ती विद्युत प्रवाह चलित्राची (AC Motor) गती नियंत्रण यंत्रणा यामुळे एकदिश विद्युत प्रवाह चलित्राचा वापर दिवसेंदिवस कमी होत आहे.
संदर्भ :
- Herman, Stephen L., Industrial Motor Control, The McGraw-Hill publication.
- GE SCR Hand book
समीक्षक : एस. डी. भिडे
