ઇન્ડસ્ટ્રિયલ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ (4331103) - ગ્રીષ્મ 2023 સોલ્યુશન

પ્રશ્ન 1(a) [3 ગુણ]

#

TRAIC ની V-I લાક્ષણિકતા દોરો અને સમજાવો.

જવાબ: TRIAC (ટ્રાયોડ ફોર ઓલ્ટરનેટિંગ કરંટ) એ દ્વિદિશાત્મક ત્રણ-ટર્મિનલ સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણ છે જે ટ્રિગર થાય ત્યારે કોઈપણ દિશામાં વિદ્યુત પ્રવાહ પસાર કરી શકે છે.

આકૃતિ:

      I
      ↑
      │        MT2
      │        /│\
      │       / │ \
      │      /  │  \
Quadrant III /   G   \ Quadrant I
      │    /    │    \
      │   /     │     \
──────┼──/──────┼──────\────→ V
      │ /       │       \
      │/        │        \
      │\        │        /
      │ \       │       /
      │  \      │      /
Quadrant IV \   │     / Quadrant II
      │    \    │    /
      │     \   │   /
      ↓      \  │  /
             \ │ /
              \│/
              MT1

• દ્વિદિશાત્મક કાર્યપદ્ધતિ: TRIAC બંને દિશામાં વીજપ્રવાહ પસાર કરે છે (પોઝિટિવ અને નેગેટિવ હાફ સાયકલ્સ)
• ક્વોડ્રન્ટ ઓપરેશન: MT2 અને ગેટની ધ્રુવતા પર આધારિત તમામ ચાર ક્વોડ્રન્ટમાં કામ કરે છે
• ટ્રિગરિંગ વોલ્ટેજ: કોઈપણ દિશામાં ±VBO ખાતે બ્રેકડાઉન થાય છે
• હોલ્ડિંગ કરંટ: કન્ડક્શન જાળવી રાખવા માટે ન્યૂનતમ વિદ્યુત પ્રવાહ

સ્મરણવાક્ય: “ટુ રેક્ટિફાયર્સ ઇન અ કેસ”

પ્રશ્ન 1(b) [4 ગુણ]

#

બે ટ્રાણઝિસ્ટ્ર સામ્યતાનો ઉપયોગ કરીને SCR નું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ: SCR (સિલિકોન કંટ્રોલ્ડ રેક્ટિફાયર) ને ઇન્ટરકનેક્ટેડ PNP અને NPN ટ્રાન્ઝિસ્ટર તરીકે રજૂ કરી શકાય છે.

આકૃતિ:

         Anode
           │
           │
         ┌─┴─┐
         │   │
     ┌───┤ P ├───┐
     │   │   │   │
     │   └───┘   │
     │           │
     │   ┌───┐   │
     └───┤ N ├───┘
         │   │
     ┌───┤   ├───┐
     │   └───┘   │
     │           │
     │   ┌───┐   │
     └───┤ P ├───┘
         │   │
         └─┬─┘
           │
           │
        Cathode

• બે-ટ્રાન્ઝિસ્ટર સ્ટ્રક્ચર: PNP (Q1) અને NPN (Q2) એવી રીતે જોડાયેલા છે કે દરેક ટ્રાન્ઝિસ્ટરનો કલેક્ટર બીજાના બેઝને ડ્રાઇવ કરે છે
• રિજનરેટિવ ફીડબેક: એકવાર બંને ટ્રાન્ઝિસ્ટર કન્ડક્ટ કરવાનું શરૂ કરે, તેઓ એકબીજાને સેચુરેશનમાં રાખે છે
• ટ્રિગરિંગ: Q2 બેઝમાં ગેટ કરંટ લાગુ કરવાથી રિજનરેટિવ પ્રક્રિયા શરૂ થાય છે
• લેચિંગ: એકવાર ટ્રિગર થયા પછી, ગેટ સિગ્નલ દૂર કરવામાં આવે તો પણ SCR ON રહે છે

સ્મરણવાક્ય: “પુલ નીટ પાથ”

પ્રશ્ન 1(c) [7 ગુણ]

#

LDR નો ઉપયોગ કરીને ફોટો ઇલેક્ટ્રિક રિલેનો સર્કિટ ડાયાગ્રામ દોરો અને તેને કાર્યકારી સમજાવો.

જવાબ: LDR (લાઇટ ડિપેન્ડન્ટ રેઝિસ્ટર)નો ઉપયોગ કરતું ફોટોઇલેક્ટ્રિક રિલે એ પ્રકાશ-સક્રિય સ્વિચિંગ સર્કિટ છે.

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

     +Vcc
      │
      ├───────┐
      │       │
      R1      │
      │       │
      │       │
      ├───────┤
      │       │
      │      LDR
      │       │
      │       │
    ┌─┴─┐     │
    │ B │     │
 ───┤   ├─────┘
    │ C │
    └─┬─┘
      │
      │
      ├─────────┐
      │         │
      R2      Relay
      │         │
      │         │
      └─────────┴───── GND

• પ્રકાશ સેન્સિંગ: પ્રકાશની હાજરીમાં LDR રેઝિસ્ટન્સ ઘટે છે
• ટ્રાન્ઝિસ્ટર ઓપરેશન: જ્યારે LDR પર પ્રકાશ પડે છે, ત્યારે ટ્રાન્ઝિસ્ટર બેઝ પરનું વોલ્ટેજ બદલાય છે
• રિલે સ્વિચિંગ: ટ્રાન્ઝિસ્ટર પ્રકાશના આધારે કન્ડક્ટ/કટ ઓફ થાય છે, જેથી રિલે સક્રિય/નિષ્ક્રિય થાય છે
• થ્રેશોલ્ડ એડજસ્ટમેન્ટ: પોટેન્શિયોમીટર R1 પ્રકાશ સંવેદનશીલતા સેટ કરે છે
• એપ્લિકેશન્સ: ઓટોમેટિક સ્ટ્રીટ લાઇટ્સ, ચોર-અલાર્મ, ઓટોમેટિક ડોર ઓપનર

સ્મરણવાક્ય: “લાઇટ ડિટેક્ટ્સ રેડિલી”

પ્રશ્ન 1(c OR) [7 ગુણ]

#

SCR માટે UJT નો ઉપયોગ કરીને ગેટ પલ્સ ટ્રિગર સર્કિટ દોરો અને તેનું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ: UJT (યુનિજંક્શન ટ્રાન્ઝિસ્ટર) SCR માટે વિશ્વસનીય ટ્રિગર પલ્સ પ્રદાન કરે છે.

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

        +Vcc
         │
         │
         R1
         │
         │
    ┌────┴────┐
    │         │
    │        B2
    │    UJT  │
    │         │
    │    B1   │
    └────┬────┘
         │
         R3
         │
     ┌───┴────┐
     │        │
     C       SCR Gate
     │        │
     │        │
     └────────┴──── GND

• RC ટાઇમિંગ: R1 અને C ચાર્જિંગ સર્કિટ બનાવે છે જે પલ્સ ફ્રિક્વન્સી નક્કી કરે છે
• UJT ઓપરેશન: કેપેસિટર વોલ્ટેજ પીક પોઇન્ટ વોલ્ટેજમાં પહોંચે ત્યારે UJT ફાયર થાય છે
• પલ્સ જનરેશન: UJT કેપેસિટરને ડિસ્ચાર્જ કરે છે જેથી તીવ્ર ટ્રિગર પલ્સ પેદા થાય છે
• SCR ટ્રિગરિંગ: AC સાયકલમાં ચોક્કસ બિંદુઓએ SCR ચાલુ કરવા માટે પલ્સ ગેટ પર લાગુ કરવામાં આવે છે
• ફ્રિક્વન્સી કંટ્રોલ: ફેઝ કંટ્રોલ માટે R1 બદલવાથી પલ્સ ફ્રિક્વન્સી બદલાય છે

સ્મરણવાક્ય: “યુનિફોર્મ જંક્શન્સ ટ્રિગર”

પ્રશ્ન 2(a) [3 ગુણ]

#

SCR ની ટ્રિગરિંગ પદ્ધતિઓ સમજાવો.

જવાબ:

સ્મરણવાક્ય: “ગુડ ટ્રિગર્સ લેટ ડિવાઇસેસ ફાયર”

પ્રશ્ન 2(b) [4 ગુણ]

#

SCR નું કમ્યુટેશન શું છે? વર્ગ-E કમ્યુટેશન સમજાવો.

જવાબ: કમ્યુટેશન એ SCR ના એનોડ કરંટને હોલ્ડિંગ કરંટથી નીચે ઘટાડીને તેને બંધ કરવાની પ્રક્રિયા છે.

ક્લાસ-E કમ્યુટેશન (કોમ્પ્લિમેન્ટરી કમ્યુટેશન):

              L1
    AC   ┌────┐────┐
Source   │    │    │
    ┌────┴─┐  │  ┌─┴────┐
    │      │  │  │      │
    │ SCR1 │  │  │ SCR2 │
    │      │  │  │      │
    └────┬─┘  │  └─┬────┘
         │    │    │
         └────┘────┘
              Load

• કોમ્પ્લિમેન્ટરી સ્વિચિંગ: વિરુદ્ધ હાફ-સાયકલમાં બીજા SCR નો ઉપયોગ કરે છે
• નેચરલ કમ્યુટેશન: AC સ્ત્રોત ઝીરો ક્રોસ કરે ત્યારે, એનોડ કરંટ હોલ્ડિંગ કરંટ કરતાં નીચે પડે છે
• એપ્લિકેશન: AC પાવર કંટ્રોલ સર્કિટ્સ, સાયક્લોકન્વર્ટર્સ
• ફાયદો: કોઈ વધારાના કમ્યુટેશન ઘટકોની આવશ્યકતા નથી

સ્મરણવાક્ય: “કોમ્પ્લિમેન્ટરી એલિમેન્ટ્સ”

પ્રશ્ન 2(c) [7 ગુણ]

#

SCR માટે સ્નબર સર્કિટ દોરો અને સમજાવો.

જવાબ: સ્નબર સર્કિટ SCR ને વોલ્ટેજ ટ્રાન્ઝિયન્ટ્સ અને dv/dt ટર્ન-ઓનથી રક્ષણ આપે છે.

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

        ┌─────────┐
        │         │
AC   ┌──┴──┐     Rs    
Source│     │     ├───┐
  ┌───┤ SCR ├─────┘   │
  │   │     │         │
  │   └──┬──┘         │
  │      │          Cs│
  │      │            │
  │      │            │
  │      └────────────┘
  │
  └─────────────────── Load

• RC નેટવર્ક: SCR પર શ્રેણીબદ્ધ રેસિસ્ટર (Rs) અને કેપેસિટર (Cs) જોડાયેલા છે
• ટ્રાન્ઝિયન્ટ સપ્રેશન: કેપેસિટર વોલ્ટેજ સ્પાઇક્સને અવશોષિત કરે છે જે SCR ને નુકસાન પહોંચાડી શકે છે
• dv/dt પ્રોટેક્શન: ઝડપી વોલ્ટેજ વધારાને કારણે ખોટા ટ્રિગરિંગને અટકાવે છે
• ટર્ન-ઓફ આસિસ્ટન્સ: વૈકલ્પિક કરંટ પાથ પ્રદાન કરીને કમ્યુટેશનમાં મદદ કરે છે
• કમ્પોનન્ટ પસંદગી: Cs લોડ કરંટ પર આધારિત, Rs ડિસ્ચાર્જ કરંટને મર્યાદિત કરે છે

સ્મરણવાક્ય: “સેફલી ન્યુટ્રલાઇઝીસ અનવોન્ટેડ બ્રેકઓવર”

પ્રશ્ન 2(a OR) [3 ગુણ]

#

SCR ની વર્તમાન સંરક્ષણ પદ્ધતિ વિશે સમજાવો.

જવાબ:

સ્મરણવાક્ય: “ફોલ્ટ કરંટ કોઝીસ ઇક્વિપમેન્ટ ડેમેજ”

પ્રશ્ન 2(b OR) [4 ગુણ]

#

ઓપ્ટો-એસસીઆરની કામગીરી સમજાવો.

જવાબ: ઓપ્ટો-SCR (અથવા લાઇટ એક્ટિવેટેડ SCR) એક આઇસોલેટેડ પેકેજમાં લાઇટ સોર્સ અને SCR ને જોડે છે.

આકૃતિ:

      ┌───────────────┐
      │   ┌───┐       │
      │   │   │       │
 LED  │   │ ◄─┼───┐   │
Anode ├───┤LED│   │   │
      │   │   │   │   │
      │   └───┘   │   │
 LED  │           │   │
Cathode├───────────┘   │
      │               │
      │      ┌───┐    │
      │      │   │ SCR│
  SCR │      │ S ├───Anode
 Gate ├──────┤   │    │
      │      │ C │    │
      │      │ R │    │
  SCR │      └───┘    │
Cathode├───────────────┘
      │               │
      └───────────────┘

• ઇલેક્ટ્રિકલ આઇસોલેશન: LED ઇલેક્ટ્રિકલ કનેક્શન વિના ઓપ્ટિકલી SCR ને ટ્રિગર કરે છે
• નોઇઝ ઇમ્યુનિટી: ઇલેક્ટ્રિકલ નોઇઝ અને ઇન્ટરફેરન્સથી રક્ષિત
• હાઇ-વોલ્ટેજ આઇસોલેશન: કંટ્રોલ અને પાવર સર્કિટ્સને અલગ કરે છે
• એપ્લિકેશન્સ: ઔદ્યોગિક નિયંત્રણ, હાઇ-વોલ્ટેજ સ્વિચિંગ

સ્મરણવાક્ય: “લાઇટ એક્ટિવેટ્સ સિલિકોન કંટ્રોલ”

પ્રશ્ન 2(c OR) [7 ગુણ]

#

ફોર્સ કમ્યુટેશન શું છે? કોઈપણ બે સમજાવો.

જવાબ: ફોર્સ કમ્યુટેશન એ SCR ના એનોડ કરંટને હોલ્ડિંગ લેવલથી નીચે ઘટાડીને કૃત્રિમ રીતે બંધ કરવાની પ્રક્રિયા છે.

1. ક્લાસ A કમ્યુટેશન (સેલ્ફ-કમ્યુટેશન):

    ┌───┐
    │   │    L
    │   ├────┐─────┐
AC  │   │    │     │
Source┤   │    │   SCR
    │   │    │     │
    └───┘    C     │
              │     │
              └─────┘
                Load

• LC રેઝોનન્ટ સર્કિટ: SCR ની આસપાસ સમાંતર L-C દોલનો પેદા કરે છે
• રિવર્સ કરંટ: L-C સર્કિટ SCR દ્વારા રિવર્સ કરંટને દબાણ આપે છે
• એપ્લિકેશન્સ: ઇન્વર્ટર્સ, ચોપર્સ

2. ક્લાસ B કમ્યુટેશન (રેઝોનન્ટ પલ્સ કમ્યુટેશન):

              Commutating
                Switch
    ┌───┐      ┌───┐
    │   │      │   │
AC  │   │    L │   │
Source┤   ├────┐─┴─┐
    │   │    │    │
    └───┘    │    │
            SCR   C
              │    │
              └────┘
               Load

• એક્સટર્નલ સ્વિચ: વધારાનો SCR અથવા સ્વિચ કમ્યુટેશનને ટ્રિગર કરે છે
• એનર્જી સ્ટોરેજ: L-C સર્કિટ ઊર્જાને સંગ્રહિત કરે છે પછી SCR કરંટને રિવર્સ કરે છે
• એપ્લિકેશન્સ: DC ચોપર્સ, કંટ્રોલ્ડ રેક્ટિફાયર્સ

સ્મરણવાક્ય: “ફોર્સ સર્કિટ રિવર્સલ”

પ્રશ્ન 3(a) [3 ગુણ]

#

ચાર ડાયોડનો ઉપયોગ કરીને 1-φ ફુલ વેવ બ્રિજ કોન્ટ્રોલએદ રેક્ટિફાયર સમજાવો.

જવાબ: આ સર્કિટ કંટ્રોલ્ડ સિંગલ-ફેઝ ફુલ-વેવ રેક્ટિફિકેશન માટે ડાયોડ્સ અને SCR ને જોડે છે.

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

         D1        D2
     ┌───┬───┐───┬───┐
     │   │   │   │   │
     │   ▼   │   ▼   │
     │       │       │
AC   │       │       │    Load
Source┤       │       ├───R───┐
     │       │       │       │
     │   ▲   │   ▲   │       │
     │   │   │   │   │       │
     └───┴───┘───┴───┘       │
         D3   SCR    D4       │
                             GND

• બ્રિજ કોન્ફિગરેશન: ચાર ડાયોડ્સ બ્રિજમાં ગોઠવવામાં આવ્યા છે જેમાંથી એક SCR દ્વારા બદલાયેલ છે
• વેરિએબલ આઉટપુટ: SCR કન્ડક્શન એંગલ અને તેથી આઉટપુટ વોલ્ટેજને નિયંત્રિત કરે છે
• આર્થિક ડિઝાઇન: બે અથવા ચારને બદલે માત્ર એક SCR વાપરે છે
• કાર્યક્ષમતા: હાફ-વેવ કંટ્રોલ્ડ રેક્ટિફાયર કરતાં વધુ

સ્મરણવાક્ય: “બ્લેન્ડ ડાયોડ્સ સ્માર્ટલી”

પ્રશ્ન 3(b) [4 ગુણ]

#

ચોપર શું છે? તેની ઉપયોગો જણાવો.

જવાબ:

સ્મરણવાક્ય: “ચોપ્સ કરંટ પરફેક્ટલી”

પ્રશ્ન 3(c) [7 ગુણ]

#

1-φ A.C. લોડ માટે SCR નો ઉપયોગ કરીને સ્ટેટિક સ્વીચના સર્કિટ ડાયાગ્રામ દોરો અને સમજાવો.

જવાબ: SCR નો ઉપયોગ કરતું સ્ટેટિક સ્વિચ AC લોડ્સ માટે નોન-મિકેનિકલ સ્વિચિંગ પ્રદાન કરે છે.

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

              SCR1
             ┌──┐
     ┌───────┤  ├────┐
     │       └──┘    │
     │                │
AC   │                │   AC
Source┤                ├── Load
     │                │
     │       ┌──┐    │
     └───────┤  ├────┘
             └──┘
              SCR2
               │
               │
               │
          ┌────┴────┐
          │ Trigger │
          │ Circuit │
          └─────────┘

• એન્ટિપેરેલલ SCRs: બાઇડિરેક્શનલ કન્ડક્શન માટે ત્રણ SCRs ઇન્વર્સ પેરેલલમાં જોડાયેલા છે
• ગેટ કંટ્રોલ: યોગ્ય સમયના ગેટ સિગ્નલ્સ લોડને પાવર નિયંત્રિત કરે છે
• ઝીરો-ક્રોસિંગ સ્વિચિંગ: SCRs કુદરતી રીતે ઝીરો ક્રોસિંગ પર બંધ થાય છે
• એપ્લિકેશન્સ: હીટર કંટ્રોલ, મોટર સોફ્ટ-સ્ટાર્ટિંગ, લાઇટિંગ કંટ્રોલ
• ફાયદા: કોઈ મૂવિંગ પાર્ટ્સ નહીં, સાયલેન્ટ ઓપરેશન, લોંગ લાઇફ

સ્મરણવાક્ય: “સોલિડ સ્વિચિંગ ટેક્નોલોજી”

પ્રશ્ન 3(a OR) [3 ગુણ]

#

ડીસી ચોપરનો મૂળ સિદ્ધાંત સમજાવો.

જવાબ:

સ્મરણવાક્ય: “ડાયરેક્ટ કરંટ કંટ્રોલ”

પ્રશ્ન 3(b OR) [4 ગુણ]

#

આના પર ટૂંકી નોંધ લખો: અન-ઇન્ટરપ્ટેડ પાવર સપ્લાય (UPS).

જવાબ: UPS મુખ્ય સપ્લાય નિષ્ફળ જાય ત્યારે ઇમરજન્સી પાવર પ્રદાન કરે છે.

બ્લોક ડાયાગ્રામ:

    ┌─────────┐    ┌─────────┐    ┌─────────┐
    │  Mains  │    │Rectifier │    │ Inverter│
    │  Input  ├────┤  & DC   ├────┤  & AC   ├─── Output
    │ (AC)    │    │ Section │    │ Section │    (AC)
    └─────────┘    └─────────┘    └─────────┘
                        │
                    ┌───┴───┐
                    │Battery │
                    │System  │
                    └───────┘

• બેકઅપ પાવર: આઉટેજ દરમિયાન સતત પાવર પ્રદાન કરે છે
• પ્રકારો: ઓનલાઇન, ઓફલાઇન, લાઇન-ઇન્ટરેક્ટિવ UPS
• સુરક્ષા: પાવર સર્જ, સેગ્સ અને ફ્રિક્વન્સી વેરિએશન્સ સામે
• એપ્લિકેશન્સ: કોમ્પ્યુટર્સ, મેડિકલ ઇક્વિપમેન્ટ, ટેલિકોમ્યુનિકેશન્સ

સ્મરણવાક્ય: “અનઇન્ટરપ્ટેડ પાવર સિક્યોરલી”

પ્રશ્ન 3(c OR) [7 ગુણ]

#

SMPS ના બ્લોક ડાયાગ્રામ દોરો અને દરેક બ્લોકનું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ: સ્વિચ્ડ-મોડ પાવર સપ્લાય કુશળતાથી AC ને રેગ્યુલેટેડ DC માં રૂપાંતરિત કરે છે.

બ્લોક ડાયાગ્રામ:

    ┌─────────┐    ┌─────────┐    ┌─────────┐    ┌─────────┐    ┌─────────┐
    │  Mains  │    │  Input  │    │High-Freq│    │Output   │    │Output   │
    │  Input  ├────┤ Rectifier├────┤Switching├────┤Rectifier├────┤ Filter  ├─── DC Output
    │  (AC)   │    │& Filter │    │ Circuit │    │& Filter │    │         │
    └─────────┘    └─────────┘    └─────────┘    └─────────┘    └─────────┘
                                       │
                                  ┌────┴────┐
                                  │ Control │
                                  │ Circuit │
                                  └─────────┘

• ઇનપુટ રેક્ટિફાયર: AC ને અનરેગ્યુલેટેડ DC માં રૂપાંતરિત કરે છે
• હાઇ-ફ્રિક્વન્સી સ્વિચિંગ: ટ્રાન્ઝિસ્ટરનો ઉપયોગ કરીને DC ને હાઇ-ફ્રિક્વન્સી AC માં રૂપાંતરિત કરે છે
• ટ્રાન્સફોર્મર: આઇસોલેશન અને વોલ્ટેજ સ્કેલિંગ પ્રદાન કરે છે
• આઉટપુટ રેક્ટિફાયર: હાઇ-ફ્રિક્વન્સી AC ને DC માં રૂપાંતરિત કરે છે
• ફિલ્ટર: રિપલ ઘટાડવા માટે DC આઉટપુટને સ્મૂધ કરે છે
• કંટ્રોલ સર્કિટ: ફીડબેક દ્વારા આઉટપુટને રેગ્યુલેટ કરે છે

સ્મરણવાક્ય: “સ્વિચ મોડ પાવર સિસ્ટમ”

પ્રશ્ન 4(a) [3 ગુણ]

#

1-φ DC શન્ટ મોટરના ગતિ નિયંત્રણ માટે TRIAC નો ઉપયોગ કરીને સર્કિટ ડાયાગ્રામ દોરો અને તેની કામગીરી સમજાવો.

જવાબ: TRIAC-આધારિત સ્પીડ કંટ્રોલ DC શન્ટ મોટર માટે કાર્યક્ષમ વેરિએબલ સ્પીડ પ્રદાન કરે છે.

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

     ┌────────┐   ┌────────┐      ┌───────┐
AC   │        │   │        │      │ DC    │
Source┤ TRIAC  ├───┤ Bridge ├──────┤ Shunt │
     │        │   │Rectifier│      │ Motor │
     └────────┘   └────────┘      └───────┘
         │
     ┌───┴───┐
     │ DIAC  │
     │       │
     └───┬───┘
         │
     ┌───┴───┐
     │       │
     │   R   │
     │       │
     └───┬───┘
         │
     ┌───┴───┐
     │   C   │
     │       │
     └───────┘

• ફેઝ કંટ્રોલ: TRIAC ફેઝ એંગલ કંટ્રોલ દ્વારા અસરકારક વોલ્ટેજ બદલે છે
• રેક્ટિફિકેશન: બ્રિજ રેક્ટિફાયર AC ને DC માં મોટર માટે રૂપાંતરિત કરે છે
• સ્પીડ વેરિએશન: લાગુ કરેલા વોલ્ટેજના પ્રમાણમાં મોટર સ્પીડ
• RC ટાઇમિંગ: RC નેટવર્ક TRIAC ના ફાયરિંગ એંગલને નક્કી કરે છે

સ્મરણવાક્ય: “TRIAC રેગ્યુલેટ્સ સ્પીડ”

પ્રશ્ન 4(b) [4 ગુણ]

#

IC-556 નો ઉપયોગ કરીને ચાર તબક્કાના ક્રમિક ટાઈમર સર્કિટ ડાયાગ્રામ દોરો અને સમજાવો.

જવાબ: IC-556 ડ્યુઅલ ટાઇમરને મલ્ટી-સ્ટેજ સિક્વેન્શિયલ ટાઇમર તરીકે કોન્ફિગર કરી શકાય છે.

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

    Vcc
     │
     ├─────┬─────┬─────┬─────┐
     │     │     │     │     │
    R1    R2    R3    R4    │
     │     │     │     │     │
     ├─────┴─────┴─────┴─────┤
     │                       │
     │       IC-556          │
     │                       │
     ├───┬───┬───┬───────────┤
     │   │   │   │           │
     C1  C2  C3  C4          │
     │   │   │   │           │
     └───┴───┴───┴───────────┘
         │   │   │
         O1  O2  O3  O4

• ડ્યુઅલ ટાઇમર IC: IC-556 બે 555 ટાઇમર સર્કિટ્સ ધરાવે છે
• કેસ્કેડેડ કોન્ફિગરેશન: એક સ્ટેજનો આઉટપુટ આગલાને ટ્રિગર કરે છે
• ટાઇમિંગ કંટ્રોલ: RC ટાઇમ કોન્સ્ટન્ટ્સ દરેક સ્ટેજની અવધિ નક્કી કરે છે
• એપ્લિકેશન્સ: ઔદ્યોગિક સિક્વન્સિંગ, પ્રક્રિયા નિયંત્રણ, ઓટોમેશન

સ્મરણવાક્ય: “સિક્વેન્શિયલ સ્ટેપ્સ ટાઇમ્ડ પ્રિસાઇઝલી”

પ્રશ્ન 4(c) [7 ગુણ]

#

ઇન્ડક્શન હીટિંગ સમજાવો.

જવાબ: ઇન્ડક્શન હીટિંગ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શનનો ઉપયોગ કરીને નોન-કોન્ટેક્ટ હીટિંગ પ્રક્રિયા છે.

આકૃતિ:

    ┌───────────────┐
    │ High-Frequency│
    │ Power Supply  │
    └───────┬───────┘
            │
    ┌───────┴───────┐
    │    Induction  │
    │     Coil      │
    └───────┬───────┘
            │
    ┌───────┴───────┐
    │   Workpiece   │
    │  (Conductive  │
    │   Material)   │
    └───────────────┘

સ્મરણવાક્ય: “ઇન્ડ્યુસ્ડ હીટિંગ ઇફિશિયન્ટલી”

પ્રશ્ન 4(a OR) [3 ગુણ]

#

ત્રણ તબક્કાના IC555 ટાઈમર સર્કિટ દોરો અને સમજાવો.

જવાબ: IC555 નો ઉપયોગ કરતો ત્રણ-સ્ટેજ ટાઇમર ક્રમિક ટાઇમિંગ ઓપરેશન્સ પ્રદાન કરે છે.

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

                Vcc
                 │
         ┌───────┴───────┐
         │ Reset         │
    ┌────┤4          8├──┐
    │    │             │  │
    │ ┌──┤2  IC555   3├──┴────┐
    │ │  │             │      │
   R1│ │  │7            │      │
    │ │  │             │     R4
    │ │  │6            │      │
    ├─┘  │             │      │
    │   C1            C2     │
    │    │             │      │
    └────┴──────┬──────┴──────┘
                │
                O1

• મોનોસ્ટેબલ મોડ: દરેક સ્ટેજ ફિક્સ્ડ ટાઇમ ડિલે સાથે મોનોસ્ટેબલ મોડમાં કામ કરે છે
• કેસ્કેડેડ કનેક્શન: પ્રથમ ટાઇમરનો આઉટપુટ બીજાને ટ્રિગર કરે છે, વગેરે
• ટાઇમિંગ કોમ્પોનન્ટ્સ: R-C નેટવર્ક દરેક સ્ટેજનો ટાઇમ ડિલે નક્કી કરે છે
• એપ્લિકેશન્સ: ઓટોમેટિક સિક્વન્સિંગ, પ્રોસેસ ટાઇમિંગ, ઔદ્યોગિક નિયંત્રણ

સ્મરણવાક્ય: “ટાઇમ ઇન્ટરવલ્સ ક્રિએટેડ”

પ્રશ્ન 4(b OR) [4 ગુણ]

#

ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગનો સિદ્ધાંત સમજાવો.

જવાબ:

સ્મરણવાક્ય: “ડાઇલેક્ટ્રિક એનર્જી હીટ્સ”

પ્રશ્ન 4(c OR) [7 ગુણ]

#

ઇન્ડક્શન હીટિંગ અને ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગ વચ્ચે સરખામણી કરો.

જવાબ:

સ્મરણવાક્ય: “ICED” - ઇન્ડક્શન કન્ડક્ટિવ, એડી કરંટ્સ; ડાઇલેક્ટ્રિક, ડિપોલ્સ

પ્રશ્ન 5(a) [3 ગુણ]

#

યુનિવર્સલ મોટરનું બાંધકામ અને કાર્ય સમજાવો.

જવાબ: યુનિવર્સલ મોટર AC અને DC બંને પાવર સોર્સ પર કામ કરે છે.

આકૃતિ:

       ┌───┐
       │   │
       │   │
       │   │
 ┌─────┴───┴─────┐
 │  Field Winding │
 │   ┌─────┐     │
 │   │     │     │
 │   │Rotor│     │
 │   │     │     │
 │   └─────┘     │
 │               │
 └───────────────┘
      Brushes

• સીરીઝ કનેક્શન: ફિલ્ડ વાઇન્ડિંગ આર્મેચર વાઇન્ડિંગ સાથે શ્રેણીમાં
• બાંધકામ: ફિલ્ડ વાઇન્ડિંગ સાથે સ્ટેટર, કોમ્યુટેટર અને બ્રશ સાથે રોટર
• કાર્ય સિદ્ધાંત: AC અને DC બંને પર સમાન દિશા ટોર્ક
• લાક્ષણિકતાઓ: ઉચ્ચ સ્ટાર્ટિંગ ટોર્ક, ઓછા લોડ પર ઉચ્ચ ગતિ
• એપ્લિકેશન્સ: પોર્ટેબલ ટૂલ્સ, ઘરેલું ઉપકરણો, બ્લેન્ડર્સ

સ્મરણવાક્ય: “યુનિવર્સલી મોટરાઇઝ્ડ”

પ્રશ્ન 5(b) [4 ગુણ]

#

ડીસી સર્વો મોટરનું બાંધકામ દોરો અને સમજાવો.

જવાબ: DC સર્વો મોટર ચોક્કસ પોઝિશન અથવા સ્પીડ કંટ્રોલ પ્રદાન કરે છે.

આકૃતિ:

     ┌─────────────┐
     │  Permanent  │
     │   Magnet    │
     │   Stator    │
     │   ┌─────┐   │
     │   │     │   │
     │   │Rotor│   │
     │   │     │   │
     │   └─────┘   │
     │             │
     └─────┬───────┘
           │
     ┌─────┴─────┐
     │  Encoder  │
     │  Feedback │
     └───────────┘

• બાંધકામ: પરમેનન્ટ મેગ્નેટ સ્ટેટર, હળવા રોટર, ફીડબેક ડિવાઇસ
• કંટ્રોલ સિસ્ટમ: પોઝિશન/વેલોસિટી ફીડબેક સાથે ક્લોઝ્ડ-લૂપ કંટ્રોલ
• લો ઇનર્શિયા: ઝડપી પ્રતિસાદ અને ચોક્કસ પોઝિશનિંગની મંજૂરી આપે છે
• એપ્લિકેશન્સ: રોબોટિક્સ, CNC મશીન્સ, પોઝિશનિંગ સિસ્ટમ્સ
• ફીચર્સ: ઉચ્ચ ટોર્ક-ટુ-ઇનર્શિયા રેશિયો, ફાસ્ટ રિસ્પોન્સ, એક્યુરસી

સ્મરણવાક્ય: “સર્વો સિસ્ટમ કંટ્રોલ”

પ્રશ્ન 5(c) [7 ગુણ]

#

પ્રોગ્રામેબલ લોજિક કંટ્રોલ (PLC) નો બ્લોક ડાયાગ્રામ દોરો અને દરેક બ્લોકની કામગીરી સમજાવો.

જવાબ: PLC ઓટોમેશન કંટ્રોલ માટે ઔદ્યોગિક ડિજિટલ કોમ્પ્યુટર છે.

બ્લોક ડાયાગ્રામ:

    ┌─────────────┐    ┌─────────────┐    ┌─────────────┐
    │             │    │             │    │             │
    │   Input     │    │  Central    │    │   Output    │
    │   Modules   ├────┤ Processing  ├────┤   Modules   │
    │             │    │   Unit      │    │             │
    └─────────────┘    └──────┬──────┘    └─────────────┘
                              │
         ┌───────────────────┼───────────────────┐
         │                   │                   │
    ┌────┴─────┐       ┌─────┴─────┐       ┌────┴─────┐
    │  Memory  │       │Programming│       │  Power   │
    │  Unit    │       │  Device   │       │  Supply  │
    └──────────┘       └───────────┘       └──────────┘

• CPU (સેન્ટ્રલ પ્રોસેસિંગ યુનિટ): પ્રોગ્રામ એક્ઝિક્યુટ કરે છે, I/O ડેટા પ્રોસેસ કરે છે, નિર્ણયો લે છે
• ઇનપુટ મોડ્યુલ્સ: ફિલ્ડ સિગ્નલ્સ (સેન્સર્સ, સ્વિચેસ) ને CPU માટે ડિજિટલ સિગ્નલ્સમાં રૂપાંતરિત કરે છે
• આઉટપુટ મોડ્યુલ્સ: CPU કમાન્ડ્સને એક્ટ્યુએટર સિગ્નલ્સ (મોટર્સ, વાલ્વ્સ) માં રૂપાંતરિત કરે છે
• મેમોરી યુનિટ: પ્રોગ્રામ અને ડેટા સ્ટોર કરે છે (OS માટે ROM, યુઝર પ્રોગ્રામ માટે RAM)
• પ્રોગ્રામિંગ ડિવાઇસ: પ્રોગ્રામ ડેવલપમેન્ટ અને મોનિટરિંગ માટે PC અથવા કન્સોલ
• પાવર સપ્લાય: PLC કોમ્પોનન્ટ્સને રેગ્યુલેટેડ પાવર પ્રદાન કરે છે

સ્મરણવાક્ય: “પ્રોગ્રામ્સ લોજિક કમ્પ્લીટલી”

પ્રશ્ન 5(a OR) [3 ગુણ]

#

સ્ટેપર મોટરનું બાંધકામ દોરો અને સમજાવો.

જવાબ: સ્ટેપર મોટર ચોક્કસ પોઝિશનિંગ માટે ડિસ્ક્રીટ સ્ટેપ્સમાં ફરે છે.

આકૃતિ:

      ┌───────────┐
      │           │
      │  Stator   │
      │  ┌─────┐  │
      │  │     │  │
      │  │Rotor│  │
      │  │     │  │
      │  └─────┘  │
      │           │
      └───────────┘
          Phases

• સ્ટેટર: મલ્ટિપલ કોઇલ વાઇન્ડિંગ્સ (ફેઝીસ) ધરાવે છે
• રોટર: પરમેનન્ટ મેગ્નેટ અથવા વેરિએબલ રિલક્ટન્સ પ્રકાર
• પ્રકારો: પરમેનન્ટ મેગ્નેટ, વેરિએબલ રિલક્ટન્સ, હાઇબ્રિડ
• સ્ટેપ એંગલ: સામાન્ય રીતે 1.8° (200 સ્ટેપ્સ/રેવ) અથવા 0.9° (400 સ્ટેપ્સ/રેવ)
• એપ્લિકેશન્સ: પ્રિન્ટર્સ, ડિસ્ક ડ્રાઇવ્સ, રોબોટિક્સ, CNC મશીન્સ

સ્મરણવાક્ય: “સ્ટેપ્સ પ્રિસાઇઝલી મૂવ્ડ”

પ્રશ્ન 5(b OR) [4 ગુણ]

#

ડીસી શન્ટ મોટર સ્પીડને નિયંત્રિત કરવા માટે સોલિડ સ્ટેટ સર્કિટ સમજાવો.

જવાબ: સોલિડ-સ્ટેટ સર્કિટ DC મોટર સ્પીડ કંટ્રોલ માટે કાર્યક્ષમ અને સ્મૂધ કંટ્રોલ પ્રદાન કરે છે.

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

     +Vdc
      │
      │           ┌──────┐
      ├───────────┤ Field │
      │           │ Winding│
      │           └──────┘
      │
    ┌─┴─┐
    │   │     ┌──────┐
    │PWM├─────┤ MOSFET│    ┌──────┐
    │   │     │Driver │────┤MOSFET│
    └───┘     └──────┘     │      │
                          ┌┴──────┴┐
                          │Armature│
                          │Winding │
                          └────────┘

• PWM કંટ્રોલર: ગતિ નિયંત્રિત કરવા માટે વેરિએબલ ડ્યુટી સાયકલ પલ્સ જનરેટ કરે છે
• MOSFET ડ્રાઇવર: પાવર MOSFET માટે ગેટ ડ્રાઇવ પ્રદાન કરે છે
• પાવર MOSFET: આર્મેચર વાઇન્ડિંગમાં કરંટ નિયંત્રિત કરે છે
• ફીડબેક: ટેકોજનરેટર અથવા એન્કોડર સ્પીડ ફીડબેક પ્રદાન કરે છે
• ફાયદા: કાર્યક્ષમ, સરળ નિયંત્રણ, વિશાળ ગતિ રેન્જ

સ્મરણવાક્ય: “પાવર વિથ MOSFET”

પ્રશ્ન 5(c OR) [7 ગુણ]

#

VFD (વેરિયેબલ ફ્રીક્વન્સી ડ્રાઇવ) ની કામગીરી સમજાવો.

જવાબ: VFD ફ્રિક્વન્સી અને વોલ્ટેજમાં ફેરફાર કરીને AC મોટર સ્પીડ નિયંત્રિત કરે છે.

બ્લોક ડાયાગ્રામ:

    ┌─────────┐    ┌─────────┐    ┌─────────┐    ┌─────────┐
    │  AC     │    │Rectifier │    │DC Link  │    │Inverter │    ┌─────────┐
    │  Input  ├────┤ Circuit  ├────┤Capacitor├────┤ Circuit ├────┤   AC    │
    │         │    │         │    │         │    │         │    │  Motor   │
    └─────────┘    └─────────┘    └─────────┘    └─────────┘    └─────────┘
                                       │
                                  ┌────┴────┐
                                  │ Control │
                                  │ Circuit │
                                  └─────────┘

• સ્પીડ કંટ્રોલ: મોટર સ્પીડ ફ્રિક્વન્સીના પ્રમાણમાં (RPM = 120f/P)
• ટોર્ક કંટ્રોલ: કોન્સ્ટન્ટ ટોર્ક માટે V/f રેશિયો જાળવે છે
• એનર્જી સેવિંગ્સ: ઓછી ગતિએ ઊર્જા વપરાશ ઘટાડે છે
• એપ્લિકેશન્સ: પંપ્સ, ફેન્સ, કન્વેયર્સ, પ્રોસેસ કંટ્રોલ
• ફીચર્સ: સોફ્ટ સ્ટાર્ટ, ઓવરકરંટ પ્રોટેક્શન, રિજનરેટિવ બ્રેકિંગ

સ્મરણવાક્ય: “વેરી ફ્રિક્વન્સી, ડ્રાઇવ મોટર”