3 SINGLE PHASE TRANSFORMERS notes in hindi and english ee3004

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3 SINGLE PHASE TRANSFORMERS

3.1 Types of Transformers: Shell Type and Core Type

English: There are two main types of single-phase transformers based on their construction:

1. Shell-Type Transformer:

   • In this type, the core surrounds the windings (primary and secondary).
   • The windings are placed on the central limb of the core.
   • The magnetic flux flows through the central part of the transformer.

2. Core-Type Transformer:

   • In this type, the core has two limbs, and the windings are placed around these limbs.
   • The magnetic flux flows through both the limbs and the center of the transformer.

Hindi: सिंगल-फेज ट्रांसफॉर्मर्स के दो मुख्य प्रकार होते हैं, जो उनकी संरचना पर आधारित होते हैं:

1. शेल-प्रकार ट्रांसफॉर्मर:

   • इस प्रकार में, कोर विंडिंग्स (प्राइमरी और सेकंडरी) के चारों ओर स्थित होती है।
   • विंडिंग्स कोर के केंद्रीय हिस्से पर रखी जाती हैं।
   • चुंबकीय फ्लक्स ट्रांसफॉर्मर के केंद्रीय हिस्से से बहता है।

2. कोर-प्रकार ट्रांसफॉर्मर:

   • इस प्रकार में, कोर में दो लिम्ब होते हैं, और विंडिंग्स इन लिम्ब्स के चारों ओर रखी जाती हैं।
   • चुंबकीय फ्लक्स दोनों लिम्ब्स और ट्रांसफॉर्मर के केंद्र से गुजरता है।

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3.2 Construction: Parts and Functions

English: A single-phase transformer consists of the following parts:

1. Core:

   • Made of laminated sheets of silicon steel.
   • Provides a low reluctance path for magnetic flux.
   • It helps in improving efficiency by reducing eddy current losses.

2. Windings:

   • Primary winding: Connected to the input voltage supply.
   • Secondary winding: Connected to the load.
   • Made of copper or aluminum wire.

3. Insulation:

   • Used to prevent electrical contact between different parts of the transformer.
   • It ensures the safety of operation.

4. Tank:

   • Houses the transformer and its components.
   • Provides cooling for the transformer.

Hindi: सिंगल-फेज ट्रांसफॉर्मर में निम्नलिखित भाग होते हैं:

1. कोर:

   • यह सिलिकॉन स्टील की परतों से बना होता है।
   • चुंबकीय फ्लक्स के लिए कम प्रतिरोध मार्ग प्रदान करता है।
   • एडी करंट हानियों को घटाकर दक्षता को बढ़ाने में मदद करता है।

2. विंडिंग्स:

   • प्राइमरी विंडिंग: इनपुट वोल्टेज आपूर्ति से जुड़ी होती है।
   • सेकंडरी विंडिंग: लोड से जुड़ी होती है।
   • यह तांबे या एल्यूमिनियम तार से बनी होती हैं।

3. इंसुलेशन:

   • ट्रांसफॉर्मर के विभिन्न हिस्सों के बीच विद्युत संपर्क से बचाने के लिए उपयोग किया जाता है।
   • यह संचालन की सुरक्षा सुनिश्चित करता है।

4. टैंक:

   • यह ट्रांसफॉर्मर और इसके घटकों को रखता है।
   • ट्रांसफॉर्मर को ठंडा करने के लिए काम करता है।

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3.3 Principle of Operation

English: A transformer operates on the principle of electromagnetic induction. When an alternating current (AC) passes through the primary winding, it creates a changing magnetic field. This changing magnetic flux induces an electromotive force (E.M.F.) in the secondary winding. The induced voltage in the secondary winding depends on the turns ratio between the primary and secondary windings.

Hindi: एक ट्रांसफॉर्मर इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन के सिद्धांत पर काम करता है। जब एक आवर्ती धारा (AC) प्राइमरी विंडिंग से होकर गुजरती है, तो यह एक बदलता हुआ चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है। यह बदलता हुआ चुंबकीय फ्लक्स सेकंडरी विंडिंग में इलेक्ट्रोमोटिव फोर्स (E.M.F.) प्रेरित करता है। सेकंडरी विंडिंग में प्रेरित वोल्टेज प्राइमरी और सेकंडरी विंडिंग्स के टर्न्स रेशियो पर निर्भर करता है।

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3.4 EMF Equation of Transformer

English: The EMF equation for a transformer is given by:

$$E_1 = 4.44 \cdot f \cdot N_1 \cdot \Phi_{\text{max}}$$

Where:

• $E_1$ = EMF induced in the primary winding
• $f$ = Frequency of the supply
• $N_1$ = Number of turns in the primary winding
• $\Phi_{\text{max}}$ = Maximum flux

The induced voltage in the secondary winding is given by:

$$E_2 = \frac{N_2}{N_1} \cdot E_1$$

Where:

• $E_2$ = EMF induced in the secondary winding
• $N_2$ = Number of turns in the secondary winding

Hindi: ट्रांसफॉर्मर का EMF समीकरण इस प्रकार है:

$$E_1 = 4.44 \cdot f \cdot N_1 \cdot \Phi_{\text{max}}$$

जहां:

• $E_1$ = प्राइमरी विंडिंग में प्रेरित E.M.F.
• $f$ = आपूर्ति की आवृत्ति
• $N_1$ = प्राइमरी विंडिंग के टर्न्स की संख्या
• $\Phi_{\text{max}}$ = अधिकतम फ्लक्स

सेकंडरी विंडिंग में प्रेरित वोल्टेज है:

$$E_2 = \frac{N_2}{N_1} \cdot E_1$$

जहां:

• $E_2$ = सेकंडरी विंडिंग में प्रेरित E.M.F.
• $N_2$ = सेकंडरी विंडिंग के टर्न्स की संख्या

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3.5 Voltage Transformation Ratio

English: The voltage transformation ratio of a transformer is given by:

$$\frac{V_1}{V_2} = \frac{N_1}{N_2}$$

Where:

• $V_1$ = Voltage across the primary winding
• $V_2$ = Voltage across the secondary winding
• $N_1$ = Number of turns in the primary winding
• $N_2$ = Number of turns in the secondary winding

This ratio tells how the voltage is stepped up or stepped down.

Hindi: ट्रांसफॉर्मर का वोल्टेज ट्रांसफॉर्मेशन अनुपात इस प्रकार दिया जाता है:

$$\frac{V_1}{V_2} = \frac{N_1}{N_2}$$

जहां:

• $V_1$ = प्राइमरी विंडिंग पर वोल्टेज
• $V_2$ = सेकंडरी विंडिंग पर वोल्टेज
• $N_1$ = प्राइमरी विंडिंग के टर्न्स की संख्या
• $N_2$ = सेकंडरी विंडिंग के टर्न्स की संख्या

यह अनुपात बताता है कि वोल्टेज को कितना बढ़ाया या घटाया गया है।

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3.6 Significance of Transformer Ratings

English: Transformer ratings indicate the maximum capacity at which a transformer can safely operate. The key ratings are:

1. Voltage Rating: The maximum voltage that can be applied to the primary and secondary windings.
2. Current Rating: The maximum current the transformer can carry without overheating.
3. Power Rating: The maximum power that can be delivered by the transformer (in kVA or MVA).

Hindi: ट्रांसफॉर्मर की रेटिंग्स यह संकेत करती हैं कि ट्रांसफॉर्मर कितनी अधिकतम क्षमता तक सुरक्षित रूप से काम कर सकता है। प्रमुख रेटिंग्स हैं:

1. वोल्टेज रेटिंग: वह अधिकतम वोल्टेज जिसे प्राइमरी और सेकंडरी विंडिंग्स पर लागू किया जा सकता है।
2. करंट रेटिंग: वह अधिकतम धारा जिसे ट्रांसफॉर्मर बिना ओवरहीटिंग के चला सकता है।
3. पावर रेटिंग: वह अधिकतम शक्ति जिसे ट्रांसफॉर्मर डिलीवर कर सकता है (kVA या MVA में)।

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3.7 Transformer No-Load and On-Load Phasor Diagram

English:

• No-Load Phasor Diagram: When the transformer is not connected to a load, the primary voltage and induced EMF are nearly equal, and the current drawn by the primary winding is very small.

• On-Load Phasor Diagram: When the transformer is connected to a load, the primary and secondary currents are in phase with the respective voltages, and the current drawn by the primary increases.

Hindi:

• नो-लोड फेजर आरेख: जब ट्रांसफॉर्मर लोड से जुड़ा नहीं होता, तब प्राइमरी वोल्टेज और प्रेरित E.M.F. लगभग समान होते हैं, और प्राइमरी विंडिंग द्वारा खींची गई धारा बहुत छोटी होती है।

• ऑन-लोड फेजर आरेख: जब ट्रांसफॉर्मर लोड से जुड़ा होता है, तब प्राइमरी और सेकंडरी धाराएं अपनी-अपनी वोल्टेज के साथ समानांतर होती हैं, और प्राइमरी द्वारा खींची गई धारा बढ़ जाती है।

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3.8 Equivalent Circuit of Transformers: Equivalent Resistance and Reactance

English: The equivalent circuit of a transformer consists of primary and secondary windings with resistances $R_1$ and $R_2$ and reactances $X_1$ and $X_2$, as well as the magnetizing reactance. The total impedance can be represented as:

$$Z = R + jX$$

Where:

• $R$ = Resistance
• $X$ = Reactance
• $j$ = Imaginary unit

Hindi: ट्रांसफॉर्मर का समकक्ष सर्किट प्राइमरी और सेकंडरी विंडिंग्स के साथ प्रतिरोध $R_1$ और $R_2$ और प्रतिक्रियाशील प्रतिरोध $X_1$ और $X_2$ के साथ होता है, साथ ही चुंबकीय प्रतिक्रियाशीलता भी होती है। कुल प्रतिबंध को इस प्रकार प्रदर्शित किया जा सकता है:

$$Z = R + jX$$

जहां:

• $R$ = प्रतिरोध
• $X$ = प्रतिक्रियाशीलता
• $j$ = काल्पनिक यूनिट

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3.9 Voltage Regulation and Efficiency

English:

• Voltage Regulation: The change in the secondary voltage when the transformer changes from no-load to full-load condition. It is given by:

$$\% \text{Voltage Regulation} = \frac{V_{\text{no load}} - V_{\text{full load}}}{V_{\text{full load}}} \times 100$$

• Efficiency: The ratio of output power to input power, expressed as a percentage.

Hindi:

• वोल्टेज रेगुलेशन: जब ट्रांसफॉर्मर नो-लोड से फुल-लोड स्थिति में बदलता है, तब सेकंडरी वोल्टेज में होने वाला परिवर्तन। इसका समीकरण है:

$$\% \text{वोल्टेज रेगुलेशन} = \frac{V_{\text{नो लोड}} - V_{\text{फुल लोड}}}{V_{\text{फुल लोड}}} \times 100$$

• कुशलता: आउटपुट पावर और इनपुट पावर का अनुपात, प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जाता है।

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3.9.1 OC/SC Method

English: The Open Circuit (OC) and Short Circuit (SC) tests are used to determine the efficiency and regulation of a transformer:

• OC Test: Conducted with the secondary winding open. Measures core losses.
• SC Test: Conducted with the secondary winding shorted. Measures copper losses.

Hindi: ओपन सर्किट (OC) और शॉर्ट सर्किट (SC) परीक्षणों का उपयोग ट्रांसफॉर्मर की दक्षता और रेगुलेशन निर्धारित करने के लिए किया जाता है:

• OC परीक्षण: इसे सेकंडरी विंडिंग को खोलकर किया जाता है। यह कोर हानियों को मापता है।
• SC परीक्षण: इसे सेकंडरी विंडिंग को शॉर्ट करके किया जाता है। यह कॉपर हानियों को मापता है।

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3.10 All-Day Efficiency

English: All-Day Efficiency is the efficiency of a transformer over a 24-hour period, taking into account the varying load conditions during the day. It is calculated as:

$$\eta_{\text{all day}} = \frac{\text{Total Output Energy}}{\text{Total Input Energy}} \times 100$$

Hindi: ऑल-डे कुशलता एक ट्रांसफॉर्मर की 24 घंटे की अवधि में दक्षता होती है, जिसमें दिन भर लोड की बदलती परिस्थितियों का ध्यान रखा जाता है। इसे इस प्रकार मापा जाता है:

$$\eta_{\text{ऑल डे}} = \frac{\text{कुल आउटपुट ऊर्जा}}{\text{कुल इनपुट ऊर्जा}} \times 100$$