2 D.C. MOTORS notes in hindi & english ee3004

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2 D.C. MOTORS

2.1 Types of DC Motors

English: There are four main types of DC motors based on the field winding connections:

1. DC Shunt Motor:

   • Field windings are connected in parallel with the armature.
   • The motor runs at nearly constant speed under varying loads.
   • Common in fans, blowers, and other applications requiring constant speed.

2. DC Series Motor:

   • Field windings are connected in series with the armature.
   • It provides high starting torque and is used in applications like cranes, lifts, and electric trains.

3. DC Compound Motor:

   • Combines both series and shunt windings.
   • It has two types: Cumulative Compound and Differential Compound.
   • It gives a combination of high starting torque and nearly constant speed.

4. DC Separately Excited Motor:

   • The field windings are supplied by a separate external source.
   • Used where precise speed control is needed.

Hindi: DC मोटरों के चार प्रमुख प्रकार होते हैं, जो फील्ड विंडिंग्स के कनेक्शन के आधार पर होते हैं:

1. DC शंट मोटर:

   • फील्ड विंडिंग्स आर्मेचर के समानांतर जुड़ी होती हैं।
   • यह मोटर विभिन्न लोड के तहत लगभग स्थिर गति से चलती है।
   • यह फैंस, ब्लोवर्स और अन्य ऐसी अनुप्रयोगों में सामान्य होती है, जहां स्थिर गति की आवश्यकता होती है।

2. DC सीरीज मोटर:

   • फील्ड विंडिंग्स आर्मेचर के साथ सीरीज में जुड़ी होती हैं।
   • यह उच्च प्रारंभिक टॉर्क प्रदान करती है और क्रेनों, लिफ्टों और इलेक्ट्रिक ट्रेनों जैसे अनुप्रयोगों में उपयोग होती है।

3. DC कंपाउंड मोटर:

   • यह शंट और सीरीज विंडिंग्स का संयोजन है।
   • इसके दो प्रकार होते हैं: क्यूम्युलेटिव कंपाउंड और डिफरेंशियल कंपाउंड।
   • यह उच्च प्रारंभिक टॉर्क और लगभग स्थिर गति प्रदान करती है।

4. DC सेपरेटली एक्साइटेड मोटर:

   • इसमें फील्ड विंडिंग्स को एक अलग बाहरी स्रोत से आपूर्ति की जाती है।
   • यह ऐसे अनुप्रयोगों में उपयोग होती है जहां गति नियंत्रण की सटीकता आवश्यक होती है।

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2.2 Fleming’s Left-Hand Rule

English: Fleming’s Left-Hand Rule helps to determine the direction of the force on a current-carrying conductor in a magnetic field. It states:

• Thumb: Direction of the force (motion of the motor).
• Index Finger: Direction of the magnetic field (from North to South).
• Middle Finger: Direction of the current in the conductor.

In a motor, the current flows through the armature, and the magnetic field interacts to produce motion (force).

Hindi: फ्लेमिंग का बाएं हाथ का नियम यह निर्धारित करने में मदद करता है कि चुंबकीय क्षेत्र में धारा वहन करने वाले चालक पर किस दिशा में बल कार्य करता है। इसका सिद्धांत है:

• अंगूठा: बल (मोटर की गति) की दिशा।
• तर्जनी: चुंबकीय क्षेत्र की दिशा (उत्तर से दक्षिण)।
• मध्यमा अंग: चालक में धारा की दिशा।

मोटर में, आर्मेचर के माध्यम से धारा बहती है, और चुंबकीय क्षेत्र के साथ इसका इंटरएक्शन गति (बल) उत्पन्न करता है।

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2.3 Principle of Operation

English: A DC motor works on the principle of electromagnetic induction. When a current-carrying conductor is placed in a magnetic field, it experiences a mechanical force. This force causes the motor’s armature to rotate, converting electrical energy into mechanical energy.

Hindi: DC मोटर इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन के सिद्धांत पर काम करती है। जब किसी चालक में धारा बह रही होती है और उसे चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है, तो उस पर एक यांत्रिक बल कार्य करता है। यह बल मोटर के आर्मेचर को घुमाता है, जिससे विद्युत ऊर्जा यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित होती है।

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2.4 Back e.m.f. and its Significance

English: Back e.m.f. (electromotive force) is the voltage generated by the motor’s armature as it rotates in the magnetic field. It opposes the applied voltage and is given by the equation:

$$E_b = k \cdot \Phi \cdot N \cdot Z$$

Where:

• $E_b$ = Back e.m.f.
• $k$ = Constant
• $\Phi$ = Flux per pole
• $N$ = Speed of the motor (rpm)
• $Z$ = Number of armature conductors

Significance: Back e.m.f. increases as the motor speed increases, limiting the current drawn by the motor. It helps protect the motor from excessive current.

Hindi: बैक E.m.f. (इलेक्ट्रोमोटिव फोर्स) वह वोल्टेज है जो मोटर के आर्मेचर द्वारा चुंबकीय क्षेत्र में घूर्णन करते समय उत्पन्न होती है। यह लागू वोल्टेज का विरोध करती है और इसका समीकरण इस प्रकार है:

$$E_b = k \cdot \Phi \cdot N \cdot Z$$

जहां:

• $E_b$ = बैक E.m.f.
• $k$ = स्थिरांक
• $\Phi$ = एक पोल से संबंधित चुंबकीय फ्लक्स
• $N$ = मोटर की गति (rpm में)
• $Z$ = आर्मेचर कंडक्टरों की संख्या

महत्व: बैक E.m.f. तब बढ़ती है जब मोटर की गति बढ़ती है, जिससे मोटर द्वारा खींची गई धारा को सीमित किया जाता है। यह मोटर को अत्यधिक धारा से बचाने में मदद करती है।

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2.5 Voltage Equation of DC Motor

English: The voltage equation for a DC motor is:

$$V = E_b + I_a \cdot R_a$$

Where:

• $V$ = Supply voltage
• $E_b$ = Back e.m.f.
• $I_a$ = Armature current
• $R_a$ = Armature resistance

The applied voltage is used to overcome the back e.m.f. and the losses due to armature resistance.

Hindi: DC मोटर का वोल्टेज समीकरण है:

$$V = E_b + I_a \cdot R_a$$

जहां:

• $V$ = आपूर्ति वोल्टेज
• $E_b$ = बैक E.m.f.
• $I_a$ = आर्मेचर धारा
• $R_a$ = आर्मेचर प्रतिरोध

लागू वोल्टेज का उपयोग बैक E.m.f. और आर्मेचर प्रतिरोध के कारण होने वाले हानियों को पार करने के लिए किया जाता है।

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2.6 Torque

English: The torque produced by a DC motor is the rotational force that drives the motor’s load. It is calculated as:

$$T = \frac{E_b \cdot I_a}{\omega}$$

Where:

• $T$ = Torque
• $E_b$ = Back e.m.f.
• $I_a$ = Armature current
• $\omega$ = Angular velocity of the motor

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2.6.1 Armature Torque

English: Armature torque is the torque developed by the interaction of armature current and magnetic field. It directly determines the motor's ability to perform mechanical work.

Hindi: आर्मेचर टॉर्क वह टॉर्क है जो आर्मेचर धारा और चुंबकीय क्षेत्र के इंटरएक्शन से विकसित होता है। यह सीधे मोटर की यांत्रिक कार्य करने की क्षमता को निर्धारित करता है।

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2.6.2 Shaft Torque

English: Shaft torque is the mechanical torque that is delivered to the shaft of the motor, which in turn drives the load.

Hindi: शाफ्ट टॉर्क वह यांत्रिक टॉर्क है जो मोटर के शाफ्ट को दिया जाता है, जो बदले में लोड को घुमाता है।

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2.6.3 BHP (Brake Horsepower)

English: BHP is the power delivered by the motor at the shaft. It is the mechanical output power of the motor.

Hindi: BHP (ब्रेक हॉर्सपावर) वह शक्ति है जो मोटर शाफ्ट पर प्रदान की जाती है। यह मोटर की यांत्रिक आउटपुट शक्ति होती है।

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2.7 Losses

English: DC motors experience various losses, including:

1. Copper Losses: Losses due to the resistance of the armature and field windings.
2. Iron Losses: Hysteresis and eddy current losses in the iron core.
3. Mechanical Losses: Frictional losses in bearings and brushes.
4. Stray Losses: Miscellaneous losses that are difficult to quantify.

Hindi: DC मोटरों में विभिन्न प्रकार की हानियाँ होती हैं:

1. कॉपर लॉस: आर्मेचर और फील्ड विंडिंग्स के प्रतिरोध के कारण होने वाली हानियाँ।
2. आयरन लॉस: आयरन कोर में हिस्टेरेसिस और एडी करंट हानियाँ।
3. यांत्रिक हानियाँ: बियरिंग्स और ब्रशेस में घर्षण हानियाँ।
4. स्ट्रे लॉस: मिश्रित हानियाँ जो मापने में कठिन होती हैं।

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2.8 Efficiency

English: The efficiency of a DC motor is the ratio of the mechanical output power to the electrical input power. It is given by:

$$\eta = \frac{P_{\text{out}}}{P_{\text{in}}} \times 100$$

Where:

• $\eta$ = Efficiency
• $P_{\text{out}}$ = Mechanical output power
• $P_{\text{in}}$ = Electrical input power

Hindi: DC मोटर की कुशलता वह अनुपात है जो यांत्रिक आउटपुट शक्ति और विद्युत इनपुट शक्ति के बीच होता है। इसका समीकरण है:

$$\eta = \frac{P_{\text{out}}}{P_{\text{in}}} \times 100$$

जहां:

• $\eta$ = कुशलता
• $P_{\text{out}}$ = यांत्रिक आउटपुट शक्ति
• $P_{\text{in}}$ = विद्युत इनपुट शक्ति

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2.9 Speed Control of DC Shunt and Series Motor

English: There are several methods to control the speed of DC motors:

1. Flux Control: By reducing the flux, the speed of the motor increases.
2. Armature Control: By varying the armature voltage, the speed can be controlled.

Hindi: DC मोटरों की गति को नियंत्रित करने के लिए कई तरीके होते हैं:

1. फ्लक्स नियंत्रण: फ्लक्स को घटाकर मोटर की गति बढ़ाई जा सकती है।
2. आर्मेचर नियंत्रण: आर्मेचर वोल्टेज को बदलकर गति को नियंत्रित किया जा सकता है।

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2.9.1 Flux Control

English: Flux control is achieved by reducing the field current, which decreases the magnetic flux, resulting in an increase in motor speed.

Hindi: फ्लक्स नियंत्रण को फील्ड धारा को घटाकर प्राप्त किया जाता है, जिससे चुंबकीय फ्लक्स में कमी होती है और मोटर की गति बढ़ जाती है।

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2.9.2 Armature Control

English: Armature control involves varying the voltage supplied to the armature, which in turn varies the motor speed.

Hindi: आर्मेचर नियंत्रण में आर्मेचर को आपूर्ति की जाने वाली वोल्टेज को बदलकर मोटर की गति को नियंत्रित किया जाता है।