रोहित्राचे विद्युत् दाबनियमन (Voltage regulation of transformer)

रोहित्राच्या प्राथमिक वेटोळ्यास पुरविलेला विद्युत् दाब स्थिर असताना व्दितीयक वेटोळ्याकडून निर्भार (no load) स्थितीत दिला जाणारा विद्युत् दाब (E₂) व भारित स्थितीत दिला जाणारा विद्युत् दाब (V₂) यातील संख्यात्मक (numerical) फरकास [E₂-V₂] विद्युत् दाबनियमन म्हणतात. हे विद्युत् दाबनियमन (voltage regulation) शतमान [शेकडा म्हणजेच दर शंभरामध्ये किती] या पद्धतीने देण्याचा प्रघात आहे. म्हणून विद्युत् दाबनियमन हे विशिष्ट भार-प्रवाहास शतमानात खालीलप्रमाणे दर्शवितात.

% विद्युत् दाबनियमन = [(E₂-V₂) / E₂] x 100

आदर्श रोहित्र : या रोहित्रास स्वत:चा विद्युत् रोध (resistance), झिरप अवरोध (leakage reactance)  नसल्याने आणि त्याचे  चुंबकीय मंडल आदर्श असल्याने तसेच त्यात कोठलाही ऊर्जाव्यय होत नसल्याने विद्युत् दाब प्रवर्तनाने कमी-अधिक करणे हेच कार्य ते करते. त्यामुळे त्याच्या बाबतीत विद्युत् दाबनियमनाचा प्रश्नच उद्भवत नाही. अशा रोहित्राबाबतीत V₁/V₂=E₁/E₂=I₂/I₁=T₁/T₂ हे सूत्र त्यावरील कोणत्याही भाराला तंतोतंत लागू पडते. अशा रोहित्राचे विद्युत् दाबनियमन शून्य असते( येथे I₁ व I₂ अनुक्रमे प्राथमिक व द्वितीयक वेटोळ्यांतील विद्युत् प्रवाह आणि T₁ व T₂ अनुक्रमे प्राथमिक व द्वितीयक वेटोळ्यांतील वेढ्यांची संख्या आहे).

प्रत्यक्ष वापरातील रोहित्रे आदर्श नसतात. अशा रोहित्रांचे दाबनियमन खालीलप्रमाणे करतात.

निर्भार रोहित्र : मोठ्या क्षमतेच्या रोहित्राच्या प्राथमिक वेटोळ्यास निर्धारित विद्युत् दाब [V₁] पुरविलेला असताना जर व्दितीयक वेटोळ्याला भार जोडलेला नसेल तर अशा रोहित्राला निर्भार रोहित्र म्हणतात. या स्थितीत  व्दितीयक वेटोळ्यातील प्रवाह शून्य असतो आणि प्राथमिक वेटोळ्यातील प्रवाह दुर्लक्षणीय (negligible) असतो. त्यामुळे या स्थितीत प्राथमिक वेटोळ्याच्या संरोधामुळे होणारा विद्युत् दाबक्षयही दुर्लक्षणीय असतो. म्हणूनच व्दितीयक वेटोळ्याकडून मिळणारा विद्युत् दाब  E₂ =(T₂/T₁) X V₁  इतका असतो.

भारित रोहित्र : व्दितीयक वेटोळ्याला भार जोडल्याबरोबर त्या वेटोळ्याकडून भाराला विद्युत् प्रवाह [I2] पुरविला जातो. परिणामी प्राथमिक वेटोळ्यातील विद्युत् प्रवाह दुर्लक्षणीय राहात नाही. तो  I₁=( T₂/T₁ )X I₂  इतका होतो. या विद्युत् प्रवाहामुळे प्राथमिक वेटोळ्याच्या संरोधामध्ये विद्युत् दाबक्षय होऊन तेवढया प्रमाणात विद्युत प्रवर्तनासाठी मिळणारा विद्युत् दाब कमी झाल्याने व्दितीयक वेटोळ्यात प्रवर्तित दाबही कमी होतो. त्याशिवाय व्दितीयक वेटोळ्यातील विद्युत् प्रवाहामुळे त्याच्या संरोधातही विद्युत् दाबक्षय होऊन भाराला मिळणाऱ्या विद्युत् दाबात [V₂] फरक होतो. तो विद्युत् दाब E₂ पेक्षा भिन्न असतो. E₂ व V₂ यांमधील फरक रोहित्रावरील भार, वेटोळ्यांचा संरोध व भारगुणक यांवर अवलंबून असतो.

निर्धारित क्षमतेइतका विद्युत् प्रवाह भाराला देत असताना रोहित्राने निर्धारित विद्युत् दाब भाराला द्यावा या उद्दिष्टाने त्याचे अभिकल्प (design) केलेले असते.

रोहित्रावरील भाराला मिळणारा विद्युत् दाब, विद्युत् दाबनियमन, कार्यक्षमता आदींवर होणारा परिणाम आकडेमोडीने काढणे सोपे करण्यासाठी दोन्ही वेटोळ्यांच्या संरोधांचा संकोच एकाच समपरिणामी संरोधात  (equivalent impedance of transformer) करता येतो.

समपरिणामी भारित रोहित्र  : यामध्ये प्रत्यक्ष रोहित्र हे जणू एक आदर्श रोहित्र आणि एक ’समपरिणामी संरोध’  यांचे मिळून तयार झाले आहे असे मानतात. प्रत्यक्ष रोहित्राच्या उणिवा हा संरोध लक्षात घेतो. रोहित्रावर वेगवेगळी परीक्षणे (tests) करून या समपरिणामी संरोधाची आकडेमोड करता येते. ही आकडेमोड प्राथमिक वेटोळे-आधारित करता येते किंवा व्दितीयक वेटोळे आधारित देखील करता येते.

रोहित्राचे प्राथमिक वेटोळे–आधारित समपरिणामी मंडल : (equivalent circuit of transformer referred to primary)

जर r₁,x₁= अनुक्रमे प्राथमिक वेटोळ्याचा प्रत्यक्ष विद्युत् रोध व प्रत्यक्ष झिरप अवरोध असतील,  तसेच r₂,x₂=अनुक्रमे व्दितीयक वेटोळ्याचा प्रत्यक्ष विद्युत् रोध व प्रत्यक्ष झिरप अवरोध असतील, T₁,T₂ अनुक्रमे प्राथमिक व व्दितीयक वेटोळ्यांचे वेढे (turns) असतील आणि Z₁ हा रोहित्राचा प्राथमिक वेटोळे-आधारित परिणामकारक संरोध असेल, तर Z₁ चा  विद्युत् रोध R₁= r₁+r₂ʹ = r₁+ r₂ (T₁ / T₂)² आणि झिरप-अवरोध  X₁ =x₁+x₂ʹ=x₁+ x₂ (T₁/T₂)² असतात.

निर्भार स्थितीत प्राथमिक वेटोळ्यास प्रवर्तनासाठी मिळणारा विद्युत् दाब V₁ इतकाच असतो कारण प्राथमिक वेटोळ्यातून वाहणारा विद्युत् प्रवाह दुर्लक्षणीय असल्याने Z₁ मुळे होणारा विद्युत् दाबक्षयही दुर्लक्षणीय असतो.

रोहित्राला भार जोडल्यावर व्दितीयक वेटोळ्यातून भाराला दिला जाणारा विद्युत् प्रवाह I₂ असेल तर प्राथमिक वेटोळ्यातून I₁ = I₂ x (T₂/T₁) एवढा विद्युत् प्रवाह वाहू लागेल. या विद्युत् प्रवाहामुळे Z₁ मध्ये होणारा विद्युत् दाबक्षय (I₁ R₁cosɸ + I₁ X₁sin ɸ ) एवढा असतो. त्यामुळे विद्युत् दाबनियमनाचे सूत्र खाली दिल्याप्रमाणे मिळते. यात  ɸ चे  चिन्ह प्रतिगामी शक्तिगुणकासाठी ’अधिक’ असते तर पुरोगामी शक्तिगुणकासाठी ’उणे’ असते.

% विद्युत् दाबनियमन = (I₁ R₁cosɸ + I₁ X₁sinɸ) x 100/ V₁

विद्युत् पुरवठयाचा दाब V₁ स्थिर असल्याने विद्युत् दाबनियमन भाराच्या समप्रमाणात बदलते आणि ते शक्तिगुणकावरही अवलंबून आहे हेही स्पष्ट होते.

रोहित्रावरील भाराच्या शक्तिगुणकाचा विद्युत् दाबनियमनावर होणारा परिणाम :  (Effect of nature of load on transformer regulation)

आ. २ मधील आलेख पूर्णभारित रोहित्रावरील भाराच्या शक्तिगुणकाचा विद्युत् दाबनियमनावर होणारा परिणाम दर्शवितो. शक्तिगुणक जेव्हा पुरोगामी होऊ लागतो तेव्हा एका विशिष्ट शक्तिगुणकाला विद्युत् दाबनियमन शून्य होते. त्यानंतर मात्र ते उणे होऊ लागते.

येथे cosɸ  हा भाराचा शक्तिगुणक आहे. भार जेव्हा  धारणी अवरोधनाचा असेल तेव्हा  ɸ उणे असतो म्हणून  sinɸ   चे मूल्य उणे येते. निर्धारित विद्युत् दाब स्थिर असल्याने विद्युत् दाबनियमन हे भार प्रवाह व शक्तिगुणकावर अवलंबून असल्याचे वरील सूत्रावरून दिसून येते.

रोहित्राने समाधानकारक काम द्यावे म्हणून विद्युत् भार वाहताना त्याची उपयुक्त शक्ती, दाब, प्रवाह, कंप्रता, महत्तम तापमान व कला या संबंधात काही मर्यादा पाळाव्या लागतात. त्यांना निर्धारित (ठरवून दिलेल्या) अटी म्हणतात. त्या रोहित्राच्या कार्यपत्रकावर [name plate] दिलेल्या असतात. भारतीय मानक संस्थेच्या आय. एस. २०२६-१९७७ या क्रमांकाच्या मानकात अशा अटी दिलेल्या आहेत.

प्रत्यक्ष कामासाठी वापरण्याकरिता ग्राहकांना पुरविल्या जाणाऱ्या विद्युत शक्तीचा दाब निर्धारित विद्युत् दाबाच्या ±५% पर्यंत मर्यादित ठेवण्याचा नियम असल्यामुळे या विद्युत् दाबनियमनाला विशेष महत्त्व आहे. म्हणजे निर्धारित विद्युत् दाब २३० व्होल्ट असेल तर ग्राहकाच्या भाराला मिळणारा विद्युत् दाब (२३०+११.५) २४१.५ व्होल्टपेक्षा अधिक असता कामा नये. तसेच तो (२३०-११.५ ) २१८.५ व्होल्टपेक्षा कमी असता कामा नये. हा विद्युत् दाब या सवलतीच्या मर्यादेत न राहिल्यास ग्राहकांच्या उपकरणांचे गंभीर नुकसान होऊ शकते यासाठी विद्युत् पुरवठ्याची योजना करताना या विद्युत् दाबनियमनाचा प्रामुख्याने विचार करावा लागतो.

संदर्भ:

• विश्वकोशातील विद्युत् अभियांत्रिकी विभागामधील या आधीच्या नोंदी
• विज्ञान आणि तंत्रज्ञान- इयत्ता दहावी: महाराष्ट्र राज्य माध्यमिक व उच्च माध्यमिक शिक्षण मंडळ,  पुणे
• Performance and Design of A.C. Machines – M.G.Say
• Elements of Electrical Engineering – U. A. Bakshi

समीक्षक – उज्ज्वला माटे