ઔદ્યોગિક ઇલેક્ટ્રોનિક્સ (4331103) - ઉનાળુ-2024 પરીક્ષા ઉકેલ

પ્રશ્ન 1(a) [3 ગુણ]

#

SCR ની બે ટ્રાન્ઝિસ્ટર સામ્યતા સમજાવો.

જવાબ: SCR એ પરસ્પર જોડાયેલા PNP અને NPN ટ્રાન્ઝિસ્ટર તરીકે રજૂ કરી શકાય છે.

આકૃતિ:

graph LR
    A[Anode] --- B1[PNP Base]
    B1 --- C1[PNP Collector]
    C1 --- E2[NPN Emitter]
    E2 --- B2[NPN Base]
    B2 --- C2[NPN Collector]
    C2 --- K[Cathode]
    G[Gate] --- B2
    E1[PNP Emitter] --- A
    E1 --- B2
    C2 --- B1

• પુનઃઉત્પાદક ક્રિયા: જ્યારે ગેટ પ્રવાહ NPN ને ટ્રિગર કરે છે, તે PNP ને વહન કરવા માટે કારણભૂત બને છે, જે સ્વ-ટકાઉ પ્રવાહ બનાવે છે
• લેચિંગ મિકેનિઝમ: એકવાર બંને ટ્રાન્ઝિસ્ટર ચાલુ થઈ જાય, ગેટ નિયંત્રણ ગુમાવે છે કારણ કે ફીડબેક પાથ વહન જાળવી રાખે છે

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “પુશ-પુલ નેટવર્ક સતત વહન ટ્રિગર કરે છે”

પ્રશ્ન 1(b) [4 ગુણ]

#

IGBT ની કામગીરી અને લાક્ષણિકતા સમજાવો.

જવાબ: IGBT (ઇન્સુલેટેડ ગેટ બાયપોલર ટ્રાન્ઝિસ્ટર) MOSFET ઇનપુટ લાક્ષણિકતાઓને BJT આઉટપુટ ક્ષમતાઓ સાથે જોડે છે.

આકૃતિ:

graph LR
    G[Gate] --- MOS[MOSFET Section]
    MOS --- BJT[BJT Section]
    BJT --- C[Collector]
    E[Emitter] --- BJT

લાક્ષણિકતા કોષ્ટક:

• ઇનપુટ ફાયદો: ઉચ્ચ અવરોધ સાથે વોલ્ટેજ-નિયંત્રિત ગેટ જેને લઘુત્તમ ડ્રાઇવ પાવરની જરૂર છે
• આઉટપુટ ફાયદો: ઉચ્ચ વિદ્યુત ઘનતા પર પણ ઓછો ઓન-સ્ટેટ વોલ્ટેજ ડ્રોપ

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “MOSFET ઇનપુટ, BJT આઉટપુટ, સંપૂર્ણ પાવર સ્વિચ બનાવે છે”

પ્રશ્ન 1(c) [7 ગુણ]

#

DIAC નું બાંધકામ, કાર્ય અને લાક્ષણિકતા સમજાવો.

જવાબ: DIAC (ડાયોડ ફોર ઓલ્ટરનેટિંગ કરંટ) એ દ્વિદિશ ટ્રિગરિંગ ઉપકરણ છે જે થાઇરિસ્ટર નિયંત્રણ સર્કિટોમાં વપરાય છે.

આકૃતિ:

graph LR
    A[Terminal A] --- P1[P-region]
    P1 --- N1[N-region]
    N1 --- P2[P-region]
    P2 --- N2[N-region]
    N2 --- B[Terminal B]

લાક્ષણિકતા વક્ર:

બાંધકામ અને કાર્ય કોષ્ટક:

• અવરોધ અવસ્થા: બ્રેકઓવર વોલ્ટેજથી નીચે, ઉચ્ચ અવરોધ પ્રવાહને રોકે છે
• વહન અવસ્થા: બ્રેકઓવર વોલ્ટેજથી ઉપર, નકારાત્મક અવરોધ વિસ્તાર અચાનક વહન સક્ષમ કરે છે
• દ્વિદિશીય: હકારાત્મક અને નકારાત્મક વોલ્ટેજ માટે સમાન રીતે કાર્ય કરે છે

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “બંને દિશામાં બ્રેક વોલ્ટેજ, પછી પ્રવાહ વહે છે”

પ્રશ્ન 1(c) OR [7 ગુણ]

#

ઓપ્ટો-આઇસોલેટર અને ઓપ્ટો-એસસીઆરનું બાંધકામ અને કાર્ય સમજાવો.

જવાબ: ઓપ્ટો-ઉપકરણો સર્કિટો વચ્ચે વિદ્યુત અલગાવ જાળવતા સિગ્નલો ટ્રાન્સફર કરવા માટે પ્રકાશનો ઉપયોગ કરે છે.

ઓપ્ટો-આઇસોલેટર આકૃતિ:

graph LR
    A[Input] --- L[LED]
    L --- G[Glass/Plastic]
    G --- D[Phototransistor]
    D --- O[Output]

ઓપ્ટો-SCR આકૃતિ:

graph LR
    A[Input] --- L[LED]
    L --- G[Glass/Plastic]
    G --- S[Light-sensitive SCR]
    S --- O[Output]

તુલના કોષ્ટક:

• વિદ્યુત આઇસોલેશન: સંપૂર્ણ વિદ્યુત અલગતા અવાજ પ્રતિરક્ષા અને સુરક્ષા પ્રદાન કરે છે
• સિગ્નલ ટ્રાન્સફર: પ્રકાશ કપલિંગ ગ્રાઉન્ડ લૂપ્સ અને વોલ્ટેજ સ્તરના મુદ્દાઓને દૂર કરે છે
• ટ્રિગરિંગ: ઓપ્ટો-SCRમાં પ્રકાશ ગેટ વિદ્યુત પ્રવાહને SCR સક્રિયકરણ માટે બદલે છે

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “પ્રકાશ અંતર કૂદે છે જ્યારે વિદ્યુત ઘરે રહે છે”

પ્રશ્ન 2(a) [3 ગુણ]

#

1) UJT 2) SCS 3) MCT નું પ્રતીક દોરો અને ઉપયોગ આપો.

જવાબ:

UJT (યુનિજંક્શન ટ્રાન્ઝિસ્ટર):

SCS (સિલિકોન કંટ્રોલ્ડ સ્વિચ):

MCT (MOS-કંટ્રોલ્ડ થાઇરિસ્ટર):

ઉપયોગ કોષ્ટક:

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “અનોખી ટાઇમિંગ, નિયંત્રિત સ્વિચિંગ, મુખ્ય પાવર”

પ્રશ્ન 2(b) [4 ગુણ]

#

SCR માટે ગેટ પ્રોટેક્શનનું મહત્વ સમજાવો.

જવાબ: ગેટ પ્રોટેક્શન સર્કિટ SCRને નકલી ટ્રિગરિંગ અને વોલ્ટેજ સ્પાઇક્સથી સુરક્ષિત રાખે છે.

ગેટ પ્રોટેક્શન સર્કિટ:

સુરક્ષા કોષ્ટક:

• જંક્શન સુરક્ષા: ગેટ-કેથોડ જંક્શનને રિવર્સ વોલ્ટેજ નુકસાનથી બચાવે છે
• નોઇઝ પ્રતિરક્ષા: વિદ્યુત ઘોંઘાટને ફિલ્ટર કરે છે જે અનિચ્છનીય ટ્રિગરિંગનું કારણ બની શકે છે

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “ગેટની રક્ષા કરો સમસ્યાઓ અટકાવવા માટે”

પ્રશ્ન 2(c) [7 ગુણ]

#

SCR ને ટ્રિગર કરવાની વિવિધ પદ્ધતિઓની યાદી બનાવો અને તેમાંથી કોઈપણ ત્રણ સમજાવો.

જવાબ: SCR ટ્રિગરિંગ પદ્ધતિઓ ગેટ સક્રિયકરણ દ્વારા ઉપકરણને અવરોધનથી વહન અવસ્થામાં રૂપાંતરિત કરે છે.

ટ્રિગરિંગ પદ્ધતિઓ કોષ્ટક:

1. ગેટ કરંટ ટ્રિગરિંગ:

• સીધું નિયંત્રણ: નાનો ગેટ પ્રવાહ મોટા એનોડ પ્રવાહને શરૂ કરે છે
• પ્રવાહ રેન્જ: SCR રેટિંગ પર આધાર રાખીને સામાન્ય રીતે 10-100mA જરૂરી

2. પ્રકાશ ટ્રિગરિંગ (LASCR):

• ઓપ્ટિકલ કંટ્રોલ: ફોટોન્સ જંક્શન પર કેરિયર્સ ઉત્પન્ન કરે છે
• અલગાવ: કંટ્રોલ અને પાવર સર્કિટ વચ્ચે વિદ્યુત અલગાવ પ્રદાન કરે છે

3. dV/dt ટ્રિગરિંગ:

• રેટ સંવેદનશીલતા: ઝડપી વોલ્ટેજ વધારો જંક્શન કેપેસિટન્સ ચાર્જિંગનું કારણ બને છે
• નિવારણ: સ્નબર સર્કિટ (RC નેટવર્ક) વોલ્ટેજ વધારાના દરને નિયંત્રિત કરે છે

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “ગેટ, પ્રકાશ, અને વોલ્ટેજ પરિવર્તન SCRને ચાલુ કરે છે”

પ્રશ્ન 2(a) OR [3 ગુણ]

#

ઓપ્ટો-એસસીઆરનો ઉપયોગ કરીને સોલિડ સ્ટેટ રિલેનું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ: સોલિડ સ્ટેટ રિલે (SSRs) વિદ્યુત અલગાવ સાથે સંપર્ક વગરના સ્વિચિંગ માટે ઓપ્ટો-SCRનો ઉપયોગ કરે છે.

SSR બ્લોક ડાયાગ્રામ:

graph LR
    I[Control Input] --> LED[LED]
    LED --> OSCR[Opto-SCR]
    OSCR --> ZC[Zero Crossing Circuit]
    ZC --> TS[Thyristor Switch]
    TS --> O[Output Load]

ઓપરેશન કોષ્ટક:

• મૌન ઓપરેશન: સ્વિચિંગ દરમિયાન કોઈ યાંત્રિક અવાજ નથી
• લાંબુ આયુષ્ય: ઇલેક્ટ્રોમેકેનિકલ રિલેની જેમ સંપર્ક અવનતિ નથી

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “પ્રકાશ લોજિકને લોડ સાથે જોડે છે”

પ્રશ્ન 2(b) OR [4 ગુણ]

#

સ્નબર સર્કિટ વ્યાખ્યાયિત કરો અને સ્નબર સર્કિટનું મહત્વ સમજાવો.

જવાબ: સ્નબર સર્કિટ એ સુરક્ષાત્મક નેટવર્ક છે જે સ્વિચિંગ ઉપકરણોમાં વોલ્ટેજ અને કરંટ ક્ષણિકોને દબાવે છે.

બેઝિક RC સ્નબર:

મહત્વ કોષ્ટક:

• સર્કિટ સુરક્ષા: ઉપકરણ પર તણાવને મર્યાદિત કરીને થાઇરિસ્ટરનું આયુષ્ય વધારે છે
• અવાજ ઘટાડો: આસપાસની સર્કિટોમાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ટરફેરન્સ ઘટાડે છે

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “અવાજ દબાવો, સંતુલિત વર્તન સરળતાથી પુનઃસ્થાપિત થાય”

પ્રશ્ન 2(c) OR [7 ગુણ]

#

SCR ની વિવિધ કોમ્યુટેશન પદ્ધતિઓની યાદી બનાવો અને તેમાંથી કોઈપણ બે સમજાવો

જવાબ: કોમ્યુટેશન એ એનોડ પ્રવાહને હોલ્ડિંગ વેલ્યુ નીચે ઘટાડીને SCRને બંધ કરવાની પ્રક્રિયા છે.

કોમ્યુટેશન પદ્ધતિઓ કોષ્ટક:

1. નૈસર્ગિક કોમ્યુટેશન:

• શૂન્ય ક્રોસિંગ: જ્યારે AC શૂન્ય પાર કરે છે અને એનોડ કરંટ હોલ્ડિંગથી નીચે પડે છે ત્યારે SCR બંધ થાય છે
• સરળતા: કોમ્યુટેશન માટે કોઈ વધારાના ઘટકોની જરૂર નથી
• મર્યાદા: ફક્ત AC સર્કિટમાં નિશ્ચિત આવૃત્તિ પર કામ કરે છે

2. ફોર્સ્ડ કોમ્યુટેશન (વર્ગ B):

• ઓક્ઝિલરી SCR: બીજું SCR (SCR2) મુખ્ય SCRને રિવર્સ બાયસ કરવા કેપેસિટર ડિસ્ચાર્જ કરે છે
• ટાઇમિંગ કંટ્રોલ: SCR ક્યારે બંધ થાય તેના પર ચોક્કસ નિયંત્રણ
• એપ્લિકેશન: DC સર્કિટમાં વપરાય છે જ્યાં નૈસર્ગિક કોમ્યુટેશન શક્ય નથી

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “પ્રકૃતિ પ્રવાહને અનુસરે છે, ફોર્સ્ડ પ્રવાહ કોલેપ્સ બનાવે છે”

પ્રશ્ન 3(a) [3 ગુણ]

#

સિંગલ ફેઝ રેક્ટિફાયર કરતાં પોલિફેસ રેક્ટિફાયરના ફાયદા સમજાવો.

જવાબ: પોલિફેઝ રેક્ટિફાયર પાવર એપ્લિકેશનમાં સિંગલ-ફેઝ ડિઝાઇન કરતાં નોંધપાત્ર સુધારા આપે છે.

ફાયદા કોષ્ટક:

• આઉટપુટ સ્મૂધનેસ: નોંધપાત્ર રીતે ઓછો રિપલ જેને નાના ફિલ્ટરિંગ ઘટકોની જરૂર પડે છે
• ટ્રાન્સફોર્મર ઉપયોગ: વધુ સારો ઉપયોગ ફેક્ટર (0.955 vs 0.812) ટ્રાન્સફોર્મર કદ ઘટાડે છે

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “વધુ ફેઝ એટલે વધુ સરળ પાવર”

પ્રશ્ન 3(b) [4 ગુણ]

#

UPS પર ટૂંકી નોંધ લખો.

જવાબ: UPS (અનઇન્ટરપ્ટિબલ પાવર સપ્લાય) મુખ્ય પાવર સપ્લાય નિષ્ફળ થાય ત્યારે સતત પાવર પ્રદાન કરે છે.

UPS બ્લોક ડાયાગ્રામ:

graph LR
    A[AC Input] --> R[Rectifier]
    R --> C[DC Bus]
    C --> I[Inverter]
    I --> O[AC Output]
    C <--> B[Battery Bank]
    S[Static Switch] --> O
    A --> S

UPS પ્રકાર કોષ્ટક:

• બેકઅપ સમય: બેટરી ક્ષમતા પર આધાર રાખીને સામાન્ય રીતે 5-30 મિનિટ
• સુરક્ષા: સર્જ પ્રોટેક્શન, વોલ્ટેજ રેગ્યુલેશન, અને ફ્રિક્વન્સી સ્ટેબિલાઇઝેશન

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “પાવર સતત સ્વિચ હેઠળ સુરક્ષિત”

પ્રશ્ન 3(c) [7 ગુણ]

#

ઇન્વર્ટરનું કાર્ય આપો અને ઇન્વર્ટરના મૂળભૂત સિદ્ધાંતને સમજાવો પણ સુઘડ ડાયાગ્રામ અને વેવફોર્મ સાથે શ્રેણી ઇન્વર્ટર સમજાવો.

જવાબ: ઇન્વર્ટર ડીસી પાવરને એસી પાવરમાં રૂપાંતરિત કરે છે, ડીસીને ટ્રાન્સફોર્મર દ્વારા કે સીધા જ સ્વિચ કરીને વૈકલ્પિક તરંગ બનાવે છે.

કાર્ય કોષ્ટક:

બેઝિક સિદ્ધાંત ડાયાગ્રામ:

graph LR
    D[DC Source] --> S[Switching Circuit]
    S --> T[Transformer/Filter]
    T --> A[AC Output]
    C[Control Circuit] --> S

શ્રેણી ઇન્વર્ટર સર્કિટ:

વેવફોર્મ:

• ઓસીલેશન: SCR ટ્રિગર થતાં શ્રેણી LC સર્કિટ રેઝોનન્ટ ઓસીલેશન બનાવે છે
• કોમ્યુટેશન: રેઝોનન્સ દ્વારા કરંટ રિવર્સ થાય ત્યારે SCR આપમેળે બંધ થાય છે
• આવૃત્તિ: LC વેલ્યુ દ્વારા નક્કી થાય છે: f = 1/(2π√LC)

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “ડાયરેક્ટ કરંટ સ્વિચ થઈને રેઝોનન્ટ સર્કિટ દ્વારા ઓલ્ટરનેટિંગ કરંટ બને છે”

પ્રશ્ન 3(a) OR [3 ગુણ]

#

ચોપરના મૂળ સિદ્ધાંતને સમજાવો.

જવાબ: ચોપર એ DC-થી-DC કન્વર્ટર છે જે નિયંત્રિત સરેરાશ DC આઉટપુટ ઉત્પન્ન કરવા માટે DC ઇનપુટને ચાલુ/બંધ કરે છે.

બેઝિક ચોપર સર્કિટ:

સિદ્ધાંત કોષ્ટક:

• સ્વિચિંગ એક્શન: DC ઇનપુટને ચોપ કરવા માટે ઝડપથી ON/OFF થાય છે
• પલ્સ વિડ્થ મોડ્યુલેશન: ON-ટાઇમ રેશિઓને બદલીને વોલ્ટેજ નિયંત્રિત કરે છે

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “ચોપિંગ નિયંત્રિત DC બનાવે છે”

પ્રશ્ન 3(b) OR [4 ગુણ]

#

SMPS ના બ્લોક ડાયાગ્રામ દોરો અને દરેક બ્લોકનું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ: SMPS (સ્વિચ્ડ મોડ પાવર સપ્લાય) ઉચ્ચ-આવૃત્તિ સ્વિચિંગનો ઉપયોગ કરીને ઇનપુટ પાવરને નિયંત્રિત આઉટપુટમાં રૂપાંતરિત કરે છે.

SMPS બ્લોક ડાયાગ્રામ:

graph LR
    A[AC Input] --> F[EMI Filter]
    F --> R[Rectifier & Filter]
    R --> S[Switching Circuit]
    S --> T[Transformer]
    T --> O[Output Rectifier]
    O --> OF[Output Filter]
    OF --> OUT[DC Output]
    FB[Feedback Control] --> S
    OUT --> FB

બ્લોક્સ કાર્ય કોષ્ટક:

• ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા: લિનિયર સપ્લાય માટે 30-60% ની સરખામણીએ 70-90%
• નાનું કદ: ઉચ્ચ આવૃત્તિ નાના ટ્રાન્સફોર્મર અને ઘટકોની મંજૂરી આપે છે

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “ફિલ્ટર, રેક્ટિફાય, ટ્રાન્સફોર્મર મારફતે સ્વિચ, રેક્ટિફાય, ફિલ્ટર”

પ્રશ્ન 3(c) OR [7 ગુણ]

#

વેવફોર્મ સાથે 1 ફેઝ હાફ વેવ રેક્ટિફાયર સમજાવો પણ વેવફોર્મ સાથે 3 ફેઝ ફુલ વેવ રેક્ટિફાયર સમજાવો.

જવાબ: રેક્ટિફાયર એક દિશામાં પ્રવાહની મંજૂરી આપીને અને રિવર્સ ફ્લોને અવરોધીને AC થી DC માં રૂપાંતરિત કરે છે.

1-ફેઝ હાફ વેવ રેક્ટિફાયર:

1-ફેઝ હાફ વેવ વેવફોર્મ:

3-ફેઝ ફુલ વેવ રેક્ટિફાયર:

3-ફેઝ ફુલ વેવ વેવફોર્મ:

તુલના કોષ્ટક:

• 1-ફેઝ હાફ વેવ: સૌથી સરળ ડિઝાઇન પરંતુ ઉચ્ચ રિપલ અને ઓછી કાર્યક્ષમતા સાથે
• 3-ફેઝ ફુલ વેવ: એક ચક્ર દીઠ 6 પલ્સ સાથે ઘણો સરળ આઉટપુટ

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “અર્ધ માત્ર શિખરો પસાર કરે છે, ત્રણ ફેઝ ખીણો ભરે છે”

પ્રશ્ન 4(a) [3 ગુણ]

#

બ્લોક ડાયાગ્રામ સાથે સૌર ફોટોવોલ્ટેઇક આધારિત પાવર જનરેશનની કામગીરીનું વર્ણન કરો.

જવાબ: સોલર PV પાવર જનરેશન ફોટોવોલ્ટાઇક ઇફેક્ટ દ્વારા સૂર્યપ્રકાશને સીધો વિદ્યુતમાં રૂપાંતરિત કરે છે.

સોલર PV સિસ્ટમ બ્લોક ડાયાગ્રામ:

ઘટક કોષ્ટક:

• ઊર્જા રૂપાંતરણ: ફોટોન્સ અર્ધવાહક સામગ્રીમાં ઇલેક્ટ્રોનને ઉત્તેજિત કરીને પ્રવાહ બનાવે છે
• સ્કેલેબિલિટી: પાવર જરૂરિયાતો અનુસાર સિસ્ટમનું કદ સમાયોજિત કરી શકાય છે

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “સૂર્યપ્રકાશ વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરે છે, બેટરી લોડને મદદ કરે છે”

પ્રશ્ન 4(b) [4 ગુણ]

#

સ્ટેટિક સ્વીચ તરીકે SCR નો ઉપયોગ સમજાવો.

જવાબ: SCR વિશ્વસનીય અને ઝડપી સ્વિચિંગ માટે કોઈ હલનચલન ભાગો વગરના સોલિડ-સ્ટેટ સ્વિચ તરીકે કાર્ય કરે છે.

SCR સ્ટેટિક સ્વિચ સર્કિટ:

એપ્લિકેશન કોષ્ટક:

• લેચિંગ એક્શન: એકવાર ટ્રિગર થયા પછી, પ્રવાહ હોલ્ડિંગ વેલ્યુથી નીચે પડે ત્યાં સુધી વહન ચાલુ રાખે છે
• ઉચ્ચ વિશ્વસનીયતા: હલનચલન ભાગોની ગેરહાજરીને કારણે કોઈ યાંત્રિક ઘસારો નથી

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “સેમિકન્ડક્ટર સ્વિચિંગ ચાલતા લોડને નિયંત્રિત કરે છે”

પ્રશ્ન 4(c) [7 ગુણ]

#

ઇન્ડક્શન હીટિંગ અને ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગના કાર્ય સિદ્ધાંતનું વર્ણન કરો પણ ઇન્ડક્શન હીટિંગ અને ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગની તુલના આપો.

જવાબ: બંને હીટિંગ પદ્ધતિઓ સીધા સંપર્ક વિના ગરમી ઉત્પન્ન કરવા માટે વિદ્યુતચુંબકીય સિદ્ધાંતોનો ઉપયોગ કરે છે.

ઇન્ડક્શન હીટિંગ ડાયાગ્રામ:

graph LR
    A[AC Power] --> B[High Frequency Generator]
    B --> C[Work Coil]
    C --> D[Magnetic Field]
    D --> E[Eddy Currents in Workpiece]
    E --> F[Heat Generation]

ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગ ડાયાગ્રામ:

graph LR
    A[RF Generator] --> B[Applicator Plates]
    B --> C[Electric Field]
    C --> D[Molecular Friction in Material]
    D --> E[Heat Generation]

તુલના કોષ્ટક:

• ઇન્ડક્શન હીટિંગ: વાહક સામગ્રીમાં એડી કરંટ બનાવતા વિદ્યુતચુંબકીય પ્રેરણ દ્વારા કાર્ય કરે છે
• ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગ: પોલર અણુઓના ઝડપી દોલનનું કારણ બને છે જે આંતરિક ઘર્ષણ અને ગરમી પેદા કરે છે

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “ઇન્ડક્શન ધાતુઓને ગરમ કરે છે, ડાઇલેક્ટ્રિક્સ બિન-ધાતુઓને ગરમ કરે છે”

પ્રશ્ન 4(a) OR [3 ગુણ]

#

ફોટો ડાયોડનો ઉપયોગ કરીને ફોટો ઇલેક્ટ્રિક રિલેના સર્કિટ ડાયાગ્રામ દોરો અને સમજાવો.

જવાબ: ફોટો-ઇલેક્ટ્રિક રિલે આપમેળે સ્વિચિંગ ઓપરેશન નિયંત્રિત કરવા માટે પ્રકાશ શોધનો ઉપયોગ કરે છે.

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

ઓપરેશન કોષ્ટક:

• પ્રકાશ શોધ: પ્રકાશિત થયેલ ફોટોડાયોડ વહન કરે છે, ટ્રાન્ઝિસ્ટર પર બાયસ બદલે છે
• સ્વિચિંગ: ટ્રાન્ઝિસ્ટર રિલે કોઇલ ચલાવવા માટે નાના ફોટોડાયોડ પ્રવાહને વધારે છે

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “પ્રકાશ ડાયોડને ચલાવે છે, ડાયોડ ટ્રાન્ઝિસ્ટરને ચલાવે છે, ટ્રાન્ઝિસ્ટર રિલેને ચલાવે છે”

પ્રશ્ન 4(b) OR [4 ગુણ]

#

DIAC-TRIAC નો ઉપયોગ કરીને AC પાવર કંટ્રોલનો સર્કિટ ડાયાગ્રામ દોરો અને તેને સમજાવો.

જવાબ: DIAC-TRIAC સર્કિટ ફેઝ એંગલ એડજસ્ટમેન્ટ દ્વારા AC પાવરને સરળ રીતે નિયંત્રિત કરવા દે છે.

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

ઓપરેશન કોષ્ટક:

• ફેઝ કંટ્રોલ: RC નેટવર્ક AC સાયકલની અંદર ટ્રિગરિંગ પોઇન્ટમાં વિલંબ બનાવે છે
• દ્વિદિશીય ઓપરેશન: AC સાયકલના બંને અર્ધ પર કામ કરે છે

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “વિલંબ કેપેસિટર પર શરૂ થાય છે, વિશ્વસનીય સ્વતંત્ર AC કંટ્રોલ ટ્રિગર કરે છે”

પ્રશ્ન 4(c) OR [7 ગુણ]

#

વેવફોર્મ સાથે કામ કરતા IC555 ત્રણ તબક્કાના ક્રમિક ટાઈમરને સમજાવો.

જવાબ: ત્રણ-તબક્કાનો ક્રમિક ટાઇમર પ્રક્રિયા નિયંત્રણ માટે સમયબદ્ધ ક્રમ બનાવવા માટે બહુવિધ 555 ICનો ઉપયોગ કરે છે.

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

graph LR
    T[Trigger] --> IC1[555 Timer 1]
    IC1 --> O1[Output 1]
    IC1 --> D1[Delay]
    D1 --> IC2[555 Timer 2]
    IC2 --> O2[Output 2]
    IC2 --> D2[Delay]
    D2 --> IC3[555 Timer 3]
    IC3 --> O3[Output 3]
    IC3 --> R[Reset]
    R -.-> IC1

વેવફોર્મ:

ક્રમિક ઓપરેશન કોષ્ટક:

• કેસ્કેડિંગ કનેક્શન: પહેલા ટાઇમરનો આઉટપુટ બીજાને ટ્રિગર કરે છે, અને આ રીતે આગળ વધે છે
• ટાઇમિંગ કંટ્રોલ: RC વેલ્યુ સાથે દરેક તબક્કાનો સમયગાળો સ્વતંત્ર રીતે સમાયોજિત કરી શકાય છે
• ઉપયોગો: ઔદ્યોગિક સિક્વન્સિંગ, પ્રક્રિયા નિયંત્રણ, સ્વચાલિત સિસ્ટમ

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “પ્રથમ તબક્કો સમાપ્ત થાય, બીજો શરૂ થાય, ત્રીજો અનુસરે”

પ્રશ્ન 5(a) [3 ગુણ]

#

ડીસી શંટ મોટરના સોલિડ સ્ટેટ કંટ્રોલ દોરો અને સમજાવો.

જવાબ: સોલિડ-સ્ટેટ DC મોટર કંટ્રોલ મોટરને આપવામાં આવતા વોલ્ટેજને નિયંત્રિત કરવા માટે SCRનો ઉપયોગ કરે છે.

સર્કિટ ડાયાગ્રામ:

કંટ્રોલ પદ્ધતિ કોષ્ટક:

• ગતિ નિયમન: મોટરની ગતિ બદલવા માટે આર્મેચર વોલ્ટેજ નિયંત્રિત કરે છે
• ટોર્ક કંટ્રોલ: કરંટ મર્યાદિત કરીને ઉચ્ચ સ્ટાર્ટિંગ ટોર્ક જાળવે છે

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “SCR પ્રવાહ નિયંત્રિત કરે છે મોટર પાવર વિતરણ માટે”

પ્રશ્ન 5(b) [4 ગુણ]

#

સ્ટેપર મોટરના કામના સિદ્ધાંતને સમજાવો.

જવાબ: સ્ટેપર મોટર્સ વિદ્યુતચુંબકીય સિદ્ધાંતો દ્વારા ડિજિટલ પલ્સને ચોક્કસ યાંત્રિક ફેરફારમાં રૂપાંતરિત કરે છે.

સ્ટેપર મોટર સ્ટ્રક્ચર:

graph LR
    C[Controller] --> D[Driver]
    D --> P[Phase Windings]
    P --> R[Rotor Movement]

ઓપરેશન સિદ્ધાંત કોષ્ટક:

• ડિજિટલ પોઝિશનિંગ: દરેક પલ્સ મોટરને ચોક્કસ ખૂણે ફેરવે છે
• હોલ્ડિંગ ટોર્ક: ફેરફાર વિના સ્થિતિ જાળવે છે જ્યારે એનર્જાઇઝ્ડ હોય

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “પલ્સ ચોક્કસ સ્થિતિગત સ્ટેપ્સ ઉત્પન્ન કરે છે”

પ્રશ્ન 5(c) [7 ગુણ]

#

PLC ના બ્લોક ડાયાગ્રામ દોરો અને દરેક બ્લોકનું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ: પ્રોગ્રામેબલ લોજિક કંટ્રોલર (PLC) એ ઓટોમેશન કંટ્રોલ માટેનું ઔદ્યોગિક ડિજિટલ કમ્પ્યુટર છે.

PLC બ્લોક ડાયાગ્રામ:

graph TD
    P[Power Supply] --> CPU[Central Processing Unit]
    CPU --> M[Memory]
    CPU --> I[Input Module]
    CPU --> O[Output Module]
    I --> S[Input Sensors/Switches]
    O --> A[Actuators/Motors]
    CPU --> C[Communication Module]
    CPU --> P[Programming Device]

PLC ઘટકો કોષ્ટક:

• સ્કેન સાયકલ: સતત ઇનપુટ વાંચે છે, પ્રોગ્રામ ચલાવે છે, આઉટપુટ અપડેટ કરે છે
• પ્રોગ્રામિંગ ભાષાઓ: લેડર લોજિક, ફંક્શન બ્લોક, સ્ટ્રક્ચર્ડ ટેક્સ્ટ, વગેરે
• ફાયદાઓ: વિશ્વસનીયતા, લચીલાપણું, વિસ્તરણશીલતા, નિદાન ક્ષમતાઓ

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “પાવર પ્રોસેસિંગને કેન્દ્રિત કરે છે, ઇનપુટ/આઉટપુટ ઓટોમેશન બનાવે છે”

પ્રશ્ન 5(a) OR [3 ગુણ]

#

ડીસી સર્વો મોટરનું બાંધકામ દોરો અને સમજાવો.

જવાબ: DC સર્વો મોટર્સ ઓટોમેશન અને રોબોટિક્સ માટે ફીડબેક સાથે ચોક્કસ પોઝિશન કંટ્રોલ પ્રદાન કરે છે.

બાંધકામ ડાયાગ્રામ:

બાંધકામ કોષ્ટક:

• ઓછી જડતા: ખાસ ડિઝાઇન ઝડપી એક્સેલરેશન/ડિસેલરેશનની મંજૂરી આપે છે
• ઉચ્ચ ટોર્ક-ટુ-ઇનર્શિયા રેશિઓ: કંટ્રોલ સિગ્નલનો ઝડપથી જવાબ આપે છે

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “ચોક્સાઈભર્યું પોઝિશન ફીડબેક સટીક નિયંત્રણ ચલાવે છે”

પ્રશ્ન 5(b) OR [4 ગુણ]

#

BLDC મોટરની કામગીરી સમજાવો.

જવાબ: બ્રશલેસ DC (BLDC) મોટર્સ યાંત્રિક બ્રશ અને કમ્યુટેટરને બદલે ઇલેક્ટ્રોનિક કમ્યુટેશનનો ઉપયોગ કરે છે.

BLDC ઓપરેશન ડાયાગ્રામ:

graph LR
    PS[Power Supply] --> C[Controller]
    C --> D[Driver Circuit]
    D --> W[Stator Windings]
    HS[Hall Sensors] --> C
    W --> R[Rotor Rotation]
    R --> HS

કામગીરી સિદ્ધાંત કોષ્ટક:

• કમ્યુટેશન: ઇલેક્ટ્રોનિક સ્વિચિંગ સિક્વન્સ સ્ટેટર વાઇન્ડિંગ્સમાં પાવર આપે છે
• કાર્યક્ષમતા: બ્રશ લોસિસના નિર્મૂલનને કારણે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા
• વિશ્વસનીયતા: બ્રશનો ઘસારો કે સ્પાર્કિંગ નથી, લાંબુ આયુષ્ય

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “ઇલેક્ટ્રોનિક સ્વિચિંગ બ્રશ વગર ફેરફાર બનાવે છે”

પ્રશ્ન 5(c) OR [7 ગુણ]

#

VFD નું બાંધકામ અને કાર્ય સમજાવો.

જવાબ: વેરિએબલ ફ્રિક્વન્સી ડ્રાઇવ (VFD) આવૃત્તિ અને વોલ્ટેજમાં ફેરફાર કરીને AC મોટરની ગતિ નિયંત્રિત કરે છે.

VFD બાંધકામ ડાયાગ્રામ:

graph LR
    A[AC Input] --> R[Rectifier]
    R --> D[DC Bus/Filter]
    D --> I[Inverter]
    I --> M[Motor]
    C[Control Circuit] --> I
    F[Feedback] --> C

બાંધકામ અને કામગીરી કોષ્ટક:

• ગતિ નિયંત્રણ: સતત ટોર્ક પ્રદાન કરવા માટે V/f રેશિઓ જાળવવામાં આવે છે
• ઊર્જા બચત: વાસ્તવિક લોડ જરૂરિયાતો અનુસાર પાવર સમાયોજિત કરે છે
• સોફ્ટ સ્ટાર્ટ: ક્રમશઃ એક્સેલરેશન યાંત્રિક આઘાતને અટકાવે છે

યાદ રાખવા માટે સૂત્ર: “રેક્ટિફાય, ફિલ્ટર, મોટર કંટ્રોલ માટે આવૃત્તિ બદલો”