فیڈ بیک یونٹ فراہم کنندہ آپ کو یاد دلاتا ہے کہ آٹومیٹک انڈکشن موٹرز کے ظہور کے بعد سے، AC جنریٹرز کی شکل پہلے ہی متغیر فریکوئنسی آپریشن سے گزر چکی ہے۔ جنریٹر کی رفتار کو تبدیل کریں اور اس کی آؤٹ پٹ فریکوئنسی کو ایڈجسٹ کریں۔ تیز رفتار ٹرانزسٹروں کے ظہور سے پہلے، یہ موٹر کی رفتار کو تبدیل کرنے کے اہم طریقوں میں سے ایک تھا، لیکن جنریٹر کی رفتار وولٹیج کے بجائے آؤٹ پٹ فریکوئنسی کو کم کرنے کی وجہ سے، فریکوئنسی کا تغیر محدود تھا۔
لہذا، آئیے فریکوئنسی کنورٹر کے اجزاء پر ایک نظر ڈالتے ہیں اور دیکھتے ہیں کہ وہ تعدد اور موٹر کی رفتار کو تبدیل کرنے کے لیے اصل میں کیسے کام کرتے ہیں۔
انورٹر کے اجزاء - ریکٹیفائر
AC موڈ میں AC سائن لہروں کی فریکوئنسی کو تبدیل کرنے میں دشواری کی وجہ سے، فریکوئنسی کنورٹر کا پہلا کام ویوفارم کو ڈی سی میں تبدیل کرنا ہے۔ اسے اے سی کی طرح بنانے کے لیے، ڈی سی کو چلانا نسبتاً آسان ہے۔ تمام فریکوئنسی کنورٹرز کا پہلا جزو ایک آلہ ہے جسے ریکٹیفائر یا کنورٹر کہتے ہیں۔ فریکوئنسی کنورٹر کا ریکٹیفائر سرکٹ الٹرنٹنگ کرنٹ کو ڈائریکٹ کرنٹ میں تبدیل کرتا ہے، اور اس کا ورکنگ موڈ تقریباً وہی ہوتا ہے جو بیٹری چارجر یا آرک ویلڈنگ مشین کا ہوتا ہے۔ یہ AC سائن لہر کو صرف ایک سمت میں حرکت کرنے سے روکنے کے لیے ایک ڈائیوڈ پل کا استعمال کرتا ہے۔ نتیجہ یہ ہے کہ مکمل طور پر درست شدہ AC ویوفارم کو DC سرکٹ نے مقامی DC ویوفارم سے تعبیر کیا ہے۔ تین فیز فریکوئنسی کنورٹر تین آزاد AC ان پٹ مراحل کو قبول کرتا ہے اور انہیں ایک ہی DC آؤٹ پٹ میں تبدیل کرتا ہے۔
زیادہ تر تھری فیز فریکوئنسی کنورٹرس سنگل فیز (230V یا 460V) پاور سپلائی کو بھی قبول کر سکتے ہیں، لیکن صرف دو ان پٹ برانچز کی وجہ سے، فریکوئنسی کنورٹر کی آؤٹ پٹ (HP) کو ڈیریٹ کیا جانا چاہیے کیونکہ پیدا ہونے والا DC کرنٹ متناسب طور پر کم ہو جاتا ہے۔ دوسری طرف، ایک حقیقی سنگل فیز انورٹر (ایک سنگل فیز انورٹر جو سنگل فیز موٹر کو کنٹرول کرتا ہے) سنگل فیز ان پٹ کا استعمال کرتا ہے اور ان پٹ کے متناسب DC آؤٹ پٹ تیار کرتا ہے۔
اس کی دو وجوہات ہیں جن کی وجہ سے تھری فیز موٹرز عام طور پر سنگل فیز کاؤنٹر پرزوں سے زیادہ استعمال ہوتی ہیں جب بات متغیر اسپیڈ آپریشن کی ہو۔ سب سے پہلے، ان کی طاقت کی حد وسیع ہے۔ دوسری طرف، سنگل فیز موٹرز کو عام طور پر گھومنا شروع کرنے کے لیے کچھ بیرونی مداخلت کی ضرورت ہوتی ہے۔
انورٹر کے اجزاء - ڈی سی بس
ڈی سی بس کا دوسرا جزو کسی بھی فریکوئنسی کنورٹر میں نہیں دیکھا جا سکتا کیونکہ یہ فریکوئنسی کنورٹر کے آپریشن کو براہ راست متاثر نہیں کرتا ہے۔ تاہم، یہ ہمیشہ اعلیٰ معیار کے عمومی مقصدی فریکوئنسی کنورٹرز میں موجود ہوتا ہے۔ DC بس تبدیل شدہ DC پاور میں AC "Ripple" وولٹیج کو فلٹر کرنے کے لیے capacitors اور inductors کا استعمال کرتی ہے، اور پھر inverter کے حصے میں داخل ہوتی ہے۔ اس میں ہارمونک بگاڑ کو روکنے کے لیے ایک فلٹر بھی شامل ہے، جسے انورٹر پاور سپلائی میں واپس دیا جا سکتا ہے۔ پرانے فریکوئنسی کنورٹرز کو اس عمل کو مکمل کرنے کے لیے الگ لائن فلٹرز کی ضرورت ہوتی ہے۔
انورٹر کے اجزاء - انورٹر
مثال کے دائیں جانب فریکوئنسی کنورٹر کے "اندرونی اعضاء" ہیں۔ انورٹر تمام تھری فیز ڈی سی "دالیں" بنانے کے لیے تیز رفتار سوئچنگ ٹرانزسٹروں کے تین سیٹ استعمال کرتا ہے جو AC سائن کی لہروں کی نقل کرتے ہیں۔ یہ دالیں نہ صرف لہر کے وولٹیج کا تعین کرتی ہیں بلکہ اس کی فریکوئنسی بھی۔ اصطلاح 'انورٹر' کا مطلب ہے 'الٹ جانا'، جس کا سیدھا مطلب ہے پیدا شدہ ویوفارم کی اوپر اور نیچے کی حرکت۔ جدید فریکوئنسی کنورٹرز وولٹیج اور فریکوئنسی کو منظم کرنے کے لیے "پلس وِڈتھ ماڈیولیشن" (PWM) نامی تکنیک کا استعمال کرتے ہیں۔
پھر آئی جی بی ٹی کے بارے میں بات کرتے ہیں۔ IGBT سے مراد "انسولیٹڈ گیٹ بائی پولر ٹرانزسٹر" ہے، جو انورٹر کا سوئچنگ (یا پلس) جزو ہے۔ ٹرانزسٹر (ویکیوم ٹیوبوں کی جگہ لے کر) ہماری الیکٹرانک دنیا میں دو کردار ادا کرتے ہیں۔ یہ ایک یمپلیفائر کی طرح کام کر سکتا ہے اور سگنل کو بڑھا سکتا ہے، یا یہ صرف سگنل کو آن اور آف کر کے سوئچ کے طور پر کام کر سکتا ہے۔ آئی جی بی ٹی ایک جدید ورژن ہے جو زیادہ سوئچنگ اسپیڈ (3000-16000 ہرٹز) فراہم کرتا ہے اور گرمی کی پیداوار کو کم کرتا ہے۔ زیادہ سوئچنگ کی رفتار AC ویو سمولیشن کی درستگی کو بہتر بنا سکتی ہے اور موٹر کے شور کو کم کر سکتی ہے۔ پیدا ہونے والی گرمی میں کمی کا مطلب یہ ہے کہ ہیٹ سنک چھوٹا ہے، اس لیے فریکوئنسی کنورٹر ایک چھوٹا رقبہ رکھتا ہے۔
انورٹر پی ڈبلیو ایم ویوفارم
حقیقی AC سائن ویو کے مقابلے میں PWM انورٹر کے انورٹر سے پیدا ہونے والا ویوفارم۔ انورٹر آؤٹ پٹ مستطیل دالوں کی ایک سیریز پر مشتمل ہوتا ہے جس میں مقررہ اونچائی اور ایڈجسٹ چوڑائی ہوتی ہے۔
اس خاص معاملے میں، دالوں کے تین سیٹ ہوتے ہیں - درمیان میں ایک چوڑا سیٹ اور AC سائیکل کے مثبت اور منفی حصوں کے شروع اور آخر میں ایک تنگ سیٹ۔
دالوں کے علاقوں کا مجموعہ حقیقی AC لہر کے موثر وولٹیج کے برابر ہے۔ اگر آپ اصل مواصلاتی لہر کے اوپر (یا نیچے) نبض کے حصوں کو کاٹ کر منحنی خطوط کے نیچے خالی جگہ کو ان سے بھرنا چاہتے ہیں، تو آپ کو معلوم ہوگا کہ وہ تقریباً بالکل مماثل ہیں۔ یہ بالکل اس طرح ہے کہ فریکوئنسی کنورٹر موٹر کے وولٹیج کو کنٹرول کر سکتا ہے۔ پلس کی چوڑائی اور ان کے درمیان خالی چوڑائی کا مجموعہ موٹر کے ذریعہ دیکھے جانے والے لہر کی تعدد کا تعین کرتا ہے (اس وجہ سے PWM یا پلس چوڑائی ماڈیولیشن)۔ اگر نبض مسلسل ہے (یعنی خالی جگہوں کے بغیر)، فریکوئنسی اب بھی درست ہوگی، لیکن وولٹیج ایک حقیقی AC سائن ویو سے بہت زیادہ ہوگی۔
مطلوبہ وولٹیج اور فریکوئنسی کے مطابق، فریکوئنسی کنورٹر نبض کی اونچائی اور چوڑائی کے ساتھ ساتھ ان دونوں کے درمیان خالی چوڑائی کو بھی بدل دے گا۔ کچھ لوگ سوچ سکتے ہیں کہ یہ 'جعلی' AC (اصل میں DC) AC انڈکشن موٹر کو کیسے چلاتا ہے۔
بہر حال، کیا ایک متبادل کرنٹ کو موٹر روٹر میں موجودہ اور متعلقہ مقناطیسی فیلڈ کو "آمادہ" کرنے کی ضرورت ہے؟ لہذا، AC قدرتی طور پر انڈکشن کا سبب بنے گا کیونکہ یہ مسلسل بدلتی ہوئی سمت ہے، جب کہ سرکٹ کے فعال ہونے کے بعد DC عام طور پر کام نہیں کرے گا۔
تاہم، اگر DC آن اور آف ہے، تو یہ کرنٹ کو محسوس کر سکتا ہے۔ ان لوگوں کے لیے جو بڑی عمر کے ہیں، کار اگنیشن سسٹم (سالڈ اسٹیٹ اگنیشن سے پہلے) ڈسٹری بیوٹر میں پوائنٹس کا ایک سیٹ ہوتا تھا۔ ان پوائنٹس کا مقصد بیٹری "پلس" سے کوائل (ٹرانسفارمرز) تک جانا ہے۔ یہ کنڈلی میں چارج پیدا کرتا ہے اور پھر وولٹیج کو اس سطح تک بڑھاتا ہے جو اسپارک پلگ کو بھڑکنے دیتا ہے۔ مندرجہ بالا اعداد و شمار میں نظر آنے والی وسیع ڈی سی پلس دراصل سینکڑوں انفرادی دالوں پر مشتمل ہے، اور انورٹر آؤٹ پٹ کی کھلنے اور بند ہونے والی حرکت DC انڈکشن ہونے کی اجازت دیتی ہے۔
موثر وولٹیج
ایک عنصر جو متبادل کرنٹ کو پیچیدہ بناتا ہے وہ یہ ہے کہ یہ مسلسل وولٹیج تبدیل کرتا ہے، صفر سے زیادہ سے زیادہ مثبت وولٹیج، پھر واپس صفر، پھر کچھ زیادہ سے زیادہ منفی وولٹیج، اور پھر واپس صفر پر۔ سرکٹ پر لاگو اصل وولٹیج کا تعین کیسے کریں؟ ذیل کی مثال 60Hz، 120V سائن ویو ہے۔ لیکن یہ واضح رہے کہ اس کا چوٹی وولٹیج 170V ہے۔ اگر اس کا اصل وولٹیج 170V ہے تو ہم اسے 120V لہر کیسے کہہ سکتے ہیں؟
ایک عنصر جو متبادل کرنٹ کو پیچیدہ بناتا ہے وہ ہے وولٹیج میں اس کی مسلسل تبدیلی، صفر سے زیادہ سے زیادہ مثبت وولٹیج، پھر واپس صفر، پھر کچھ زیادہ سے زیادہ منفی وولٹیج، اور پھر واپس صفر تک۔ سرکٹ پر لاگو اصل وولٹیج کا تعین کیسے کریں؟
ایک 60Hz، 120V سائن ویو کو یاد رکھنا چاہیے کہ اس کا چوٹی وولٹیج 170V ہے۔ اگر اس کا اصل وولٹیج 170V ہے تو ہم اسے 120V لہر کیسے کہہ سکتے ہیں؟
ایک چکر میں، یہ 0V سے شروع ہوتا ہے، 170V تک بڑھتا ہے، اور پھر دوبارہ 0 پر گرتا ہے۔ یہ -170 تک گرتا رہتا ہے، اور پھر دوبارہ 0 تک بڑھ جاتا ہے۔ 120V کی اوپری حد کے ساتھ سبز مستطیل کا رقبہ منحنی خطوط کے مثبت اور منفی حصوں کے رقبے کے مجموعے کے برابر ہے۔
تو 120V اوسط سطح ہے؟ ٹھیک ہے، اگر ہم پورے سائیکل میں ہر ایک پوائنٹ پر تمام وولٹیج کی قدروں کا اوسط لیں، تو نتیجہ تقریباً 108V ہو گا، اس لیے یہ جواب نہیں ہو سکتا۔ تو اس قدر کو VOM کے ذریعہ 120V پر کیوں ماپا جاتا ہے؟ اس کا تعلق اس سے ہے جسے ہم 'مؤثر وولٹیج' کہتے ہیں۔
اگر آپ ریزسٹر کے ذریعے بہنے والے براہ راست کرنٹ سے پیدا ہونے والی حرارت کی پیمائش کرنا چاہتے ہیں، تو آپ کو معلوم ہوگا کہ یہ مساوی متبادل کرنٹ سے پیدا ہونے والی حرارت سے زیادہ ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ AC پورے چکر میں ایک مستقل قدر برقرار نہیں رکھتا ہے۔ اگر لیبارٹری میں کنٹرول شدہ حالات میں کروایا جائے تو پتہ چلتا ہے کہ ایک مخصوص DC کرنٹ 100 ڈگری گرمی میں اضافہ پیدا کرتا ہے، جس کے نتیجے میں AC کے مساوی یا 70.7% DC قدر میں 70.7 ڈگری اضافہ ہوتا ہے۔
لہذا AC کی مؤثر قدر DC کا 70.7% ہے۔ یہ بھی دیکھا جا سکتا ہے کہ AC وولٹیج کی موثر قدر وکر کے پہلے نصف حصے میں وولٹیج کے مربعوں کے مجموعہ کے مربع جڑ کے برابر ہے۔ اگر چوٹی وولٹیج 1 ہے اور 0 ڈگری سے 180 ڈگری تک کے مختلف وولٹیج کو ناپا جانا ضروری ہے، تو موثر وولٹیج 0-707 ڈگری کا چوٹی وولٹیج ہوگا۔ اعداد و شمار میں 170 کی چوٹی وولٹیج کا 0.707 گنا 120V کے برابر ہے۔ اس موثر وولٹیج کو روٹ میڈین اسکوائر یا RMS وولٹیج کے نام سے بھی جانا جاتا ہے۔
لہذا، چوٹی وولٹیج ہمیشہ مؤثر وولٹیج کا 1.414 ہوتا ہے۔ 230V AC کرنٹ کا چوٹی وولٹیج 325V ہے، جبکہ 460 میں 650V کا چوٹی وولٹیج ہے۔ تعدد کے تغیر کے علاوہ، یہاں تک کہ اگر وولٹیج AC موٹر کی آپریٹنگ رفتار سے آزاد ہے، تو فریکوئنسی کنورٹر کو بھی وولٹیج کو تبدیل کرنا چاہیے۔ دو 460V AC سائن لہریں۔ سرخ وکر 60Hz ہے، اور نیلے رنگ کا وکر 50Hz ہے۔ دونوں میں 650V کی چوٹی وولٹیج ہے، لیکن 50Hz زیادہ وسیع ہے۔ آپ آسانی سے دیکھ سکتے ہیں کہ 50Hz منحنی خطوط (0-10ms) کے پہلے نصف کے اندر کا علاقہ 60Hz منحنی خطوط (0-8.3ms) کے پہلے نصف حصے سے بڑا ہے۔ مزید یہ کہ چونکہ وکر کے نیچے کا رقبہ موثر وولٹیج کے براہ راست متناسب ہے، اس لیے اس کا موثر وولٹیج زیادہ ہے۔ جیسے جیسے تعدد کم ہوتا ہے، موثر وولٹیج میں اضافہ زیادہ شدید ہو جاتا ہے۔
اگر 460V موٹروں کو ان زیادہ وولٹیجز پر چلنے کی اجازت دی جائے تو ان کی عمر بہت کم ہو سکتی ہے۔ لہذا، فریکوئنسی کنورٹر کو مسلسل موثر وولٹیج کو برقرار رکھنے کے لیے فریکوئنسی کے نسبت "چوٹی" وولٹیج کو تبدیل کرنا چاہیے۔ آپریٹنگ فریکوئنسی جتنی کم ہوگی، چوٹی کا وولٹیج اتنا ہی کم ہوگا، اور اس کے برعکس۔ اب آپ کو فریکوئنسی کنورٹر کے کام کرنے والے اصول اور موٹر کی رفتار کو کنٹرول کرنے کے طریقے کے بارے میں اچھی طرح سمجھنا چاہیے۔ زیادہ تر فریکوئنسی کنورٹرز صارفین کو ملٹی پوزیشن سوئچز یا کی بورڈز کے ذریعے دستی طور پر موٹر کی رفتار سیٹ کرنے کی اجازت دیتے ہیں، یا عمل کو خودکار کرنے کے لیے سینسر (دباؤ، بہاؤ، درجہ حرارت، مائع کی سطح، وغیرہ) استعمال کرتے ہیں۔