ઔદ્યોગિક ઇલેક્ટ્રોનિક્સ (4331103) - ઉનાળું 2025 સોલ્યુશન

પ્રશ્ન 1(a) [3 ગુણ]

#

Opto-Isolators, Opto-TRIAC અને Opto-ટ્રાન્ઝિસ્ટરની લાક્ષણિકતાઓ દોરો.

જવાબ:

ઓપ્ટો-ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોની લાક્ષણિકતાઓ:

Opto-Isolator	Opto-TRIAC	Opto-Transistor
LED કરંટ અને ફોટોડિટેક્ટર કરંટ વચ્ચે લીનિયર સંબંધ	થ્રેશોલ્ડ સાથે નોન-લીનિયર ટ્રિગરિંગ રિસ્પોન્સ	લીનિયર કરંટ ટ્રાન્સફર લાક્ષણિકતા
CTR (કરંટ ટ્રાન્સફર રેશિયો) મુખ્ય પેરામીટર છે	ચોક્કસ કરંટ થ્રેશોલ્ડ પર ટ્રિગરિંગ થાય છે	કલેક્ટર કરંટ બેઝ ઇલ્યુમિનેશન પર આધાર રાખે છે

• CTR (કરંટ ટ્રાન્સફર રેશિયો): આઉટપુટ કરંટનો ઇનપુટ કરંટ સાથેનો ગુણોત્તર
• ટ્રિગર કરંટ: ડિવાઈસને એક્ટિવેટ કરવા માટે જરૂરી ન્યૂનતમ કરંટ
• લિનિયારિટી: આઉટપુટ ઇનપુટ લાઇટના પ્રમાણમાં કેટલું છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “LTL - લાઇટ ટ્રાન્સફર્સ લાઇક કરંટ ફ્લોઝ – લીનિયર ફોર આઇસોલેટર્સ/ટ્રાન્ઝિસ્ટર્સ, ટ્રિગર્ડ ફોર TRIACs”

પ્રશ્ન 1(b) [4 ગુણ]

#

IGBT ની કાર્યકારી અને બાંધકામ સુવિધાઓનું વર્ણન કરો.

જવાબ:

IGBT સ્ટ્રક્ચર અને ઓપરેશન:

graph TD
    A[Gate] --> B[Metal Oxide]
    B --> C[P+ Body]
    C --> D[N- Drift Region]
    D --> E[P+ Collector/Substrate]
    F[Emitter] --> C
    E --> G[Collector]
    style A fill:#91a6ff
    style B fill:#ffeead
    style C fill:#ff9e9e
    style D fill:#d9ffb3
    style E fill:#ff9e9e
    style F fill:#91a6ff
    style G fill:#91a6ff

• વોલ્ટેજ કંટ્રોલ્ડ: MOSFET જેવી ગેટ વોલ્ટેજ દ્વારા નિયંત્રિત ડિવાઇસ
• કન્ડક્ટિવિટી મોડ્યુલેશન: P+ કલેક્ટર ડ્રિફ્ટ રિજિયનમાં હોલ્સ ઇન્જેક્ટ કરે છે
• લો ઓન-સ્ટેટ વોલ્ટેજ: MOSFET કરતાં ઓછું કન્ડક્શન લોસ

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “IGBT MBC” - “ઇનપુટ ફ્રોમ MOS, બોડી હેન્ડલ્સ કરંટ, કલેક્ટર એક્ટ્સ લાઇક BJT”

પ્રશ્ન 1(c) [7 ગુણ]

#

બે-ટ્રાન્ઝિસ્ટર એનાલોજીનો ઉપયોગ કરીને SCR નું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ:

SCR એઝ ટુ-ટ્રાન્ઝિસ્ટર મોડેલ:

graph TD
    A[Anode] --> B[P1]
    B --> C[N1]
    C --> D[P2]
    D --> E[N2]
    E --> F[Cathode]
    G[Gate] --> D

    subgraph PNP Transistor
    B
    C
    D
    end
    
    subgraph NPN Transistor
    C
    D
    E
    end
    
    style A fill:#91a6ff
    style B fill:#ff9e9e
    style C fill:#d9ffb3
    style D fill:#ff9e9e
    style E fill:#d9ffb3
    style F fill:#91a6ff
    style G fill:#91a6ff

બે-ટ્રાન્ઝિસ્ટર સમજૂતી:

• લેચિંગ મેકેનિઝમ: એકવાર ટ્રિગર થયા પછી, ટ્રાન્ઝિસ્ટર એકબીજાને ON રાખે છે
• ટ્રિગરિંગ: નાનો ગેટ કરંટ → T2 ચાલુ થાય → T1ને બેઝ કરંટ મળે → બંને ચાલુ રહે
• હોલ્ડિંગ કરંટ: રિજનરેટિવ એક્શન જાળવી રાખવા માટે જરૂરી ન્યૂનતમ કરંટ
• ટર્ન-ઓફ: એનોડ કરંટ હોલ્ડિંગ કરંટથી નીચે જવો જોઈએ

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “PPFF” - “પોઝિટિવ ફીડબેક પર્પેચ્યુએટ્સ ફોરવર્ડ કન્ડક્શન”

પ્રશ્ન 1(c) OR [7 ગુણ]

#

ઓપ્ટો-એસસીઆરનો ઉપયોગ કરીને સોલિડ સ્ટેટ રિલેનું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ:

ઓપ્ટો-SCR સાથે સોલિડ સ્ટેટ રિલે:

graph LR
    A[AC/DC Input] --> B[LED]
    B --> C[Photo-SCR/Detector]
    C --> D[Main SCR/TRIAC]
    D --> E[Output Load]
    F[Zero Crossing Circuit] --> D
    style A fill:#b3e0ff
    style B fill:#ffcccc
    style C fill:#ffee99
    style D fill:#ccffcc
    style E fill:#dddddd
    style F fill:#e6ccff

કાર્ય સિદ્ધાંત અને ઘટકો:

• ઇલેક્ટ્રિકલ આઇસોલેશન: કંટ્રોલ અને પાવર સર્કિટ વચ્ચે સંપૂર્ણ અલગતા (>1000V)
• ઝીરો-ક્રોસિંગ: માત્ર ઝીરો વોલ્ટેજ પર સ્વિચિંગ EMI/RFI નોઇઝ ઘટાડે છે
• સાયલેન્ટ ઓપરેશન: પરંપરાગત રિલેથી વિપરીત, કોઈ મેકેનિકલ ક્લિક નથી
• લાંબી લાઇફ: પરંપરાગત રિલેમાં જેવા મેકેનિકલ ઘસારો નથી

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “LIPO” - “લાઇટ ઇન, પાવર આઉટ - આઇસોલેશન ગેરંટેડ”

પ્રશ્ન 2(a) [3 ગુણ]

#

SCR માટે સ્નબર સર્કિટનું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ:

SCR માટે સ્નબર સર્કિટ:

• dv/dt પ્રોટેક્શન: ઝડપી વોલ્ટેજ વધારાને કારણે ખોટા ટ્રિગરિંગને રોકે છે
• ટર્ન-ઓફ સપોર્ટ: વૈકલ્પિક પાથ પ્રદાન કરીને કમ્યુટેશનમાં મદદ કરે છે
• એનર્જી એબ્સોર્પશન: સ્વિચિંગ દરમિયાન ઇન્ડક્ટિવ લોડથી ઊર્જા શોષે છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “CARD” - “કેપેસિટર એન્ડ રેઝિસ્ટર ડેમ્પ અનવોન્ટેડ ટ્રિગરિંગ”

પ્રશ્ન 2(b) [4 ગુણ]

#

ફોર્સ્ડ અને નેચરલ કોમ્યુટેશન વચ્ચેનો તફાવત લખો.

જવાબ:

કોમ્યુટેશન પદ્ધતિઓની તુલના:

• ટાઇમિંગ કંટ્રોલ: ફોર્સ્ડ કોમ્યુટેશન વધુ સારો ટાઇમિંગ કંટ્રોલ આપે છે
• સર્કિટ સાઇઝ: નેચરલ કોમ્યુટેશનથી નાની સર્કિટ સાઇઝ મળે છે
• વિશ્વસનીયતા: નેચરલ કોમ્યુટેશનમાં નિષ્ફળ થવા માટે ઓછા ઘટકો છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “DANCE” - “DC નીડ્સ એક્ટિવ કોમ્યુટેશન, નેચરલ ફોર AC, કોસ્ટ્સ એક્સ્ટ્રા ફોર ફોર્સ્ડ”

પ્રશ્ન 2(c) [7 ગુણ]

#

બ્લોક ડાયાગ્રામની મદદથી યુપીએસની કામગીરીનું વર્ણન કરો.

જવાબ:

UPS બ્લોક ડાયાગ્રામ અને ઓપરેશન:

graph LR
    A[AC Input] --> B[Rectifier/Charger]
    B --> C[Battery Bank]
    C --> D[Inverter]
    B --> D
    D --> E[Output Filter]
    E --> F[AC Output]
    G[Control Circuit] --> B
    G --> D
    H[Bypass Switch] --> F
    A --> H
    style A fill:#b3e0ff
    style B fill:#ffcccc
    style C fill:#ffffb3
    style D fill:#ccffcc
    style E fill:#e6ccff
    style F fill:#b3e0ff
    style G fill:#ffee99
    style H fill:#ffddbb

UPS ઓપરેશન મોડ્સ:

• ઓનલાઇન UPS: પાવર હંમેશા રેક્ટિફાયર/ઇન્વર્ટર મારફતે વહે છે (ડબલ કન્વર્ઝન)
• ઓફલાઇન UPS: પાવર સીધો લોડમાં જાય છે, પાવર નિષ્ફળ થાય ત્યારે બેટરી પર સ્વિચ થાય છે
• લાઇન-ઇન્ટરેક્ટિવ: ઓફલાઇન જેવું પરંતુ વોલ્ટેજ રેગ્યુલેશન સાથે
• બેકઅપ ટાઇમ: બેટરી ક્ષમતા અને લોડ જરૂરિયાતો પર આધાર રાખે છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “BRIC” - “બેટરી રેડી વ્હેન ઇનપુટ કટ્સ ઓફ”

પ્રશ્ન 2(a) OR [3 ગુણ]

#

SCR ની પલ્સ ગેટ ટ્રિગરિંગ પદ્ધતિ સમજાવો.

જવાબ:

પલ્સ ગેટ ટ્રિગરિંગ મેથડ:

• પ્રિસાઇઝ કંટ્રોલ: SCR ટર્ન-ઓનનો ચોક્કસ સમય
• નોઇઝ ઇમ્યુનિટી: ખોટા ટ્રિગરિંગને ઓછું સંવેદનશીલ
• પાવર એફિશિયન્સી: ઓછો એવરેજ ગેટ પાવર વપરાશ
• આઇસોલેશન: પલ્સ ટ્રાન્સફોર્મર અથવા ઓપ્ટો-આઇસોલેટર મારફતે કપલ કરી શકાય છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “TRAP” - “ટાઇમ્ડ, રિલાયબલ, એમ્પ્લિટ્યુડ-કંટ્રોલ્ડ પલ્સિસ”

પ્રશ્ન 2(b) OR [4 ગુણ]

#

SCR ની કમ્યુટેશન પદ્ધતિઓની યાદી બનાવો અને કોઈપણ એકને વિગતવાર સમજાવો.

જવાબ:

SCR ની કમ્યુટેશન પદ્ધતિઓ:

ક્લાસ E (કેપેસિટર કોમ્યુટેશન)ની વિગતવાર સમજૂતી:

graph TD
    A[DC Source] --> B[SCR1]
    B --> C[Load]
    C --> D[Ground]
    A --> E[Commutating Capacitor]
    E --> F[Auxiliary SCR2]
    F --> D
    style A fill:#b3e0ff
    style B fill:#ffcccc
    style C fill:#ffffb3
    style D fill:#ccffcc
    style E fill:#e6ccff
    style F fill:#ffcccc

• કાર્ય સિદ્ધાંત: જ્યારે SCR1 ચાલુ હોય અને લોડ કરંટ વહન કરતો હોય, ત્યારે SCR2ને ફાયર કરવાથી પ્રી-ચાર્જ્ડ કેપેસિટર SCR1 પર જોડાય છે, જે તેને રિવર્સ બાયસ કરે છે
• ટર્ન-ઓફ ટાઇમ: કેપેસિટર વેલ્યુ અને સર્કિટ રેઝિસ્ટન્સ દ્વારા નક્કી થાય છે
• એપ્લિકેશન્સ: DC ચોપર્સ, પાવર કંટ્રોલ સર્કિટ્સ, ઇન્વર્ટર્સ
• ફાયદાઓ: સરળ સર્કિટ, વિશ્વસનીય ઓપરેશન, કોસ્ટ-ઇફેક્ટિવ

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “CARE” - “કેપેસિટર એપ્લાઇઝ રિવર્સ વોલ્ટેજ ફોર એક્સ્ટિંક્શન”

પ્રશ્ન 2(c) OR [7 ગુણ]

#

બ્લોક ડાયાગ્રામની મદદથી SMPS ની કામગીરીનું વર્ણન કરો.

જવાબ:

SMPS બ્લોક ડાયાગ્રામ અને ઓપરેશન:

graph LR
    A[AC Input] --> B[EMI Filter]
    B --> C[Rectifier/PFC]
    C --> D[High Frequency Inverter]
    D --> E[HF Transformer]
    E --> F[Rectifier/Filter]
    F --> G[Output DC]
    H[Feedback Control] --> D
    F --> H
    style A fill:#b3e0ff
    style B fill:#ffddbb
    style C fill:#ffcccc
    style D fill:#ccffcc
    style E fill:#ffffb3
    style F fill:#e6ccff
    style G fill:#b3e0ff
    style H fill:#ffee99

SMPS કાર્ય સિદ્ધાંત:

• હાઇ એફિશિયન્સી: લીનિયર પાવર સપ્લાય 50-60% ની તુલનામાં 70-95% કાર્યક્ષમ
• સાઇઝ રિડક્શન: હાઇ-ફ્રીક્વન્સી ઓપરેશન નાના ટ્રાન્સફોર્મર્સને શક્ય બનાવે છે
• રેગ્યુલેશન: ફીડબેક લૂપ ઇનપુટ/લોડ પરિવર્તન છતાં સ્થિર આઉટપુટ જાળવે છે
• પ્રોટેક્શન: ઓવરકરંટ, ઓવરવોલ્ટેજ, અને થર્મલ પ્રોટેક્શન બિલ્ટ-ઇન

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “RELIEF” - “રેક્ટિફાય, એનર્જાઈઝ એટ હાઇ ફ્રીક્વન્સી, આઇસોલેટ, એક્સટ્રેક્ટ DC, ફીડબેક”

પ્રશ્ન 3(a) [3 ગુણ]

#

ઓવરવોલ્ટેજ સામે SCR ને સુરક્ષિત કરવાની પદ્ધતિ જણાવો.

જવાબ:

SCR ઓવરવોલ્ટેજ પ્રોટેક્શન મેથડ્સ:

• વોલ્ટેજ રેટિંગ: હંમેશા સામાન્ય ઓપરેટિંગ વોલ્ટેજથી 2-3 ગણી વોલ્ટેજ રેટિંગવાળા SCR નો ઉપયોગ કરો
• રેટ-ઓફ-રાઇઝ: સ્નબર સર્કિટ્સ (dv/dt પ્રોટેક્શન) સાથે ફાસ્ટ ટ્રાન્ઝિયન્ટથી રક્ષણ કરો
• બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ: SCR જંક્શનના રિવર્સ બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજને ક્યારેય ઓળંગશો નહીં
• કોઓર્ડિનેટેડ પ્રોટેક્શન: ક્રિટિકલ એપ્લિકેશન્સ માટે બહુવિધ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરો

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “SCRAM” - “સ્નબર સર્કિટ્સ રિડ્યુસ એબનોર્મલ મેક્સિમમ વોલ્ટેજ”

પ્રશ્ન 3(b) [4 ગુણ]

#

સિંગલ-ફેઝ રેક્ટિફાયર કરતાં પોલિફેઝ રેક્ટિફાયરના કોઈપણ ચાર ફાયદા જણાવો.

જવાબ:

પોલિફેઝ રેક્ટિફાયરના ફાયદાઓ:

• ફોર્મ ફેક્ટર: નીચો ફોર્મ ફેક્ટર એટલે વધુ સારી DC ક્વોલિટી
• રિપલ ફ્રિક્વન્સી: ઉચ્ચ રિપલ ફ્રિક્વન્સી ફિલ્ટર કરવી સરળ છે
• બેલેન્સ્ડ લોડ: પોલિફેઝ સપ્લાયમાંથી બેલેન્સ્ડ કરંટ ખેંચે છે
• સાઇઝ રિડક્શન: નાના ફિલ્ટર ઘટકોની જરૂર પડે છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “HERBS” - “હાયર એફિશિયન્સી, ઇવન લોડ, રિડ્યુસ્ડ રિપલ, બેટર PF, સ્મોલર ફિલ્ટર્સ”

પ્રશ્ન 3(c) [7 ગુણ]

#

બ્લોક ડાયાગ્રામની મદદથી સૌર ફોટોવોલ્ટેઇક (PV) આધારિત પાવર જનરેશનની કામગીરીનું વર્ણન કરો.

જવાબ:

સોલર PV પાવર જનરેશન સિસ્ટમ:

graph LR
    A[Solar PV Array] --> B[Charge Controller]
    B --> C[Battery Bank]
    C --> D[Inverter]
    D --> E[AC Loads]
    D --> F[Grid Connection]
    B --> G[DC Loads]
    H[Maximum Power Point Tracker] --> B
    A --> H
    style A fill:#ffffb3
    style B fill:#ffcccc
    style C fill:#b3e0ff
    style D fill:#ccffcc
    style E fill:#e6ccff
    style F fill:#ffddbb
    style G fill:#e6ccff
    style H fill:#ffee99

સિસ્ટમ ઘટકો અને કાર્યો:

• ગ્રિડ-ટાઇડ સિસ્ટમ્સ: યુટિલિટી ગ્રિડથી જોડાયેલ, વધારાની પાવર વેચી શકે છે
• ઓફ-ગ્રિડ સિસ્ટમ્સ: બેટરી સ્ટોરેજ સાથે સ્ટેન્ડઅલોન સિસ્ટમ
• હાઇબ્રિડ સિસ્ટમ્સ: બેટરી બેકઅપ સાથે બંને મોડમાં ચાલી શકે છે
• એફિશિયન્સી: સૂર્યપ્રકાશથી વપરાશયોગ્ય વીજળી સુધીની સામાન્ય સિસ્ટમ કાર્યક્ષમતા 15-20%

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “SIMPLE” - “સન ઇન, મેક્સિમમ પાવર, લોકલ એનર્જી”

પ્રશ્ન 3(a) OR [3 ગુણ]

#

ઓવર કરંટ સામે SCR ને સુરક્ષિત કરવાની પદ્ધતિ જણાવો.

જવાબ:

SCR ઓવરકરંટ પ્રોટેક્શન મેથડ્સ:

• કરંટ રેટિંગ: હંમેશા મહત્તમ ઓપરેટિંગ કરંટથી ઉપરની કરંટ રેટિંગવાળા SCR નો ઉપયોગ કરો
• di/dt પ્રોટેક્શન: જંક્શન નુકસાન અટકાવવા માટે કરંટ વૃદ્ધિના દરને મર્યાદિત કરો
• થર્મલ મેનેજમેન્ટ: થર્મલ રનવે અટકાવવા માટે યોગ્ય હીટસિંકિંગ
• કોઓર્ડિનેશન: SCR ને નુકસાન થાય તે પહેલા પ્રોટેક્શન ડિવાઇસ કાર્ય કરવું જોઈએ

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “FIRE” - “ફ્યુઝ ઇમિડિયટલી રિસ્ટ્રિક્ટ એક્સેસિવ કરંટ”

પ્રશ્ન 3(b) OR [4 ગુણ]

#

ડીસી ચોપરનો મૂળ સિદ્ધાંત સમજાવો.

જવાબ:

DC ચોપર બેઝિક પ્રિન્સિપલ:

graph LR
    A[DC Input] --> B[Switching Device]
    B --> C[Filter]
    C --> D[DC Output]
    E[Control Circuit] --> B
    style A fill:#b3e0ff
    style B fill:#ffcccc
    style C fill:#ffffb3
    style D fill:#ccffcc
    style E fill:#ffee99

• બેઝિક ઇક્વેશન: Vout = Vin × ડ્યુટી સાયકલ (સ્ટેપ-ડાઉન ચોપર માટે)
• ઓપરેટિંગ પ્રિન્સિપલ: રેપિડ સ્વિચિંગ એવરેજ વોલ્ટેજ નિયંત્રિત કરે છે
• ફાયદાઓ: ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા, ચોક્કસ નિયંત્રણ, કોમ્પેક્ટ સાઇઝ
• એપ્લિકેશન્સ: DC મોટર ડ્રાઇવ, બેટરી ચાર્જિંગ, DC વોલ્ટેજ રેગ્યુલેશન

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “DISC” - “ડ્યુટી સાયકલ ઇન્ફ્લુએન્સિસ સ્વિચિંગ ટુ કંટ્રોલ આઉટપુટ”

પ્રશ્ન 3(c) OR [7 ગુણ]

#

ડાયોડનો ઉપયોગ કરીને 3-Φ ફુલ વેવ રેક્ટિફાયરનું સર્કિટ ડાયાગ્રામ દોરો અને સમજાવો.

જવાબ:

3-ફેઝ ફુલ વેવ ડાયોડ રેક્ટિફાયર (બ્રિજ કોન્ફિગરેશન):

વર્કિંગ પ્રિન્સિપલ:

• રિપલ ફ્રિક્વન્સી: ઇનપુટ ફ્રિક્વન્સીથી 6 ગણી (50/60Hz ઇનપુટ માટે 300/360Hz)
• રિપલ ફેક્ટર: આશરે 4.2% (સિંગલ-ફેઝથી ઘણું ઓછું)
• એવરેજ આઉટપુટ વોલ્ટેજ: Vdc = 1.35 × Vrms (લાઇન વોલ્ટેજ)
• કન્ડક્શન એંગલ: દરેક ડાયોડ સાયકલના 120° માટે કન્ડક્ટ કરે છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “PRESTO” - “પેર્સ ઓફ ડાયોડ્સ રેક્ટિફાય એફિશિયન્ટલી, સિક્સ ટાઇમ્સ પર સાયકલ આઉટપુટ”

પ્રશ્ન 4(a) [3 ગુણ]

#

ઇન્ડક્શન હીટિંગની એપ્લિકેશનો લખો.

જવાબ:

ઇન્ડક્શન હીટિંગની એપ્લિકેશન્સ:

• ઔદ્યોગિક ફાયદાઓ: ઝડપી હીટિંગ, ઊર્જા કાર્યક્ષમતા, ક્લીન પ્રોસેસ
• કંટ્રોલ બેનિફિટ્સ: ચોક્કસ તાપમાન નિયંત્રણ, પુનરાવર્તનીય પરિણામો
• પર્યાવરણીય અસર: જીવાશ્મ બળતણ હીટિંગની તુલનામાં ઘટાડેલા ઉત્સર્જન
• મેટલર્જિકલ ક્વોલિટી: ઘણા એપ્લિકેશન્સમાં સુધારેલા મટીરિયલ પ્રોપર્ટીઝ

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “HAMMER” - “હાર્ડનિંગ, એનિલિંગ, મેલ્ટિંગ, મેડિકલ, એડી-કરંટ કુકિંગ, રિશેપિંગ મેટલ્સ”

પ્રશ્ન 4(b) [4 ગુણ]

#

TRIAC અને DIAC નો ઉપયોગ કરીને AC લોડને નિયંત્રિત કરવાની સર્કિટ દોરો અને સમજાવો.

જવાબ:

TRIAC અને DIAC સાથે AC લોડ કંટ્રોલ:

સર્કિટ ઓપરેશન:

• ફેઝ કંટ્રોલ: R1 એડજસ્ટ કરવાથી જે ફેઝ એંગલ પર DIAC ટ્રિગર થાય છે તે બદલાય છે
• પાવર કંટ્રોલ: ફાયરિંગ એંગલ બદલવાથી લોડનો એવરેજ પાવર નિયંત્રિત થાય છે
• બાય-ડિરેક્શનલ કંટ્રોલ: AC ઇનપુટના બંને અર્ધ-ચક્રો પર કામ કરે છે
• એપ્લિકેશન્સ: લાઇટ ડિમર, ફેન સ્પીડ કંટ્રોલ, હીટર કંટ્રોલ

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “CRAFT” - “કેપેસિટર અને રેઝિસ્ટર એડજસ્ટ ફાયરિંગ ટાઇમ”

પ્રશ્ન 4(c) [7 ગુણ]

#

વર્કિંગ અને એપ્લિકેશન્સ સાથે સ્પોટ વેલ્ડીંગ સમજાવો.

જવાબ:

સ્પોટ વેલ્ડિંગ પ્રોસેસ અને એપ્લિકેશન્સ:

graph TD
    A[Step 1: Material Positioning] --> B[Step 2: Electrode Contact]
    B --> C[Step 3: Current Flow]
    C --> D[Step 4: Heat Generation]
    D --> E[Step 5: Weld Formation]
    E --> F[Step 6: Cooling]
    style A fill:#ffffb3
    style B fill:#ffcccc
    style C fill:#b3e0ff
    style D fill:#e6ccff
    style E fill:#ccffcc
    style F fill:#ffddbb

સ્પોટ વેલ્ડિંગ વર્કિંગ પ્રિન્સિપલ:

સ્પોટ વેલ્ડિંગના એપ્લિકેશન્સ:

• ઓટોમોટિવ: કાર બોડી એસેમ્બલી, શીટ મેટલ જોઇનિંગ
• ઇલેક્ટ્રોનિક્સ: બેટરી ટેબ્સ, નાના કોમ્પોનન્ટ એસેમ્બલી
• ઉપકરણો: રેફ્રિજરેટર, વોશિંગ મશીન, ડિશવોશર
• એરોસ્પેસ: એરક્રાફ્ટ પેનલ એસેમ્બલી, લાઇટવેઇટ સ્ટ્રક્ચર
• મેડિકલ: સર્જિકલ ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ્સ, ઇમ્પ્લાન્ટેબલ ડિવાઇસિસ
• કન્ઝ્યુમર પ્રોડક્ટ્સ: મેટલ ફર્નિચર, કન્ટેનર, રમકડાં

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “PCAFRI” - “પોઝિશન, કોમ્પ્રેસ, એપ્લાય કરંટ, ફોર્મ નગેટ, રિલીઝ આફ્ટર કૂલિંગ, ઇન્સ્પેક્ટ”

પ્રશ્ન 4(a) OR [3 ગુણ]

#

ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગની એપ્લિકેશનો લખો.

જવાબ:

ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગની એપ્લિકેશન્સ:

• પ્રોસેસ બેનિફિટ્સ: વોલ્યુમેટ્રિક હીટિંગ (માત્ર સરફેસ જ નહીં પણ સંપૂર્ણ વસ્તુને ગરમ કરે છે)
• સ્પીડ એડવાન્ટેજ: પરંપરાગત હીટિંગથી નોંધપાત્ર રીતે ઝડપી
• ક્વોલિટી ઇમ્પ્રુવમેન્ટ: વધુ યુનિફોર્મ હીટિંગ, બેટર પ્રોડક્ટ ક્વોલિટી
• એનર્જી એફિશિયન્સી: મટીરિયલમાં ડાયરેક્ટ એનર્જી ટ્રાન્સફર

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “FITPP” - “ફૂડ, ઇન્સુલેશન ડ્રાઇંગ, ટેક્સટાઇલ, પ્લાસ્ટિક્સ, ફાર્માસ્યુટિકલ પ્રોડક્ટ્સ”

પ્રશ્ન 4(b) OR [4 ગુણ]

#

SCR ડીલે ટાઈમર પર ટૂંકી નોંધ લખો.

જવાબ:

SCR ડિલે ટાઇમર:

graph LR
    A[Trigger Input] --> B[RC Timing Circuit]
    B --> C[SCR]
    C --> D[Relay/Output Device]
    E[Power Supply] --> B
    E --> C
    E --> D
    style A fill:#b3e0ff
    style B fill:#ffcccc
    style C fill:#ffffb3
    style D fill:#ccffcc
    style E fill:#e6ccff

• ટાઇમિંગ પ્રિન્સિપલ: RC ચાર્જિંગ ટાઇમ ડિલે પીરિયડ નક્કી કરે છે
• એક્યુરેસી: સામાન્ય રીતે સેટ ટાઇમના ±5-10%
• એપ્લિકેશન્સ: ઔદ્યોગિક પ્રોસેસ કંટ્રોલ, સિક્વન્સ કંટ્રોલ, પ્રોટેક્શન સર્કિટ
• ફાયદાઓ: સરળ ડિઝાઇન, વિશ્વસનીય ઓપરેશન, કોસ્ટ-ઇફેક્ટિવ

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “TIME” - “ટાઇમિંગ ઇઝ મેનેજ્ડ બાય ઇલેક્ટ્રોનિક્સ”

પ્રશ્ન 4(c) OR [7 ગુણ]

#

સ્ટેટિક સ્વીચ તરીકે SCR નું કાર્ય સમજાવો. સ્ટેટિક સ્વીચના ફાયદા લખો.

જવાબ:

SCR એઝ સ્ટેટિક સ્વિચ:

વર્કિંગ પ્રિન્સિપલ:

• DC ઓપરેશન: ટર્ન-ઓફ માટે કમ્યુટેશન સર્કિટની જરૂર પડે છે
• AC ઓપરેશન: ઝીરો ક્રોસિંગ પર નેચરલ ટર્ન-ઓફ
• કંટ્રોલ મેથડ્સ: ડાયરેક્ટ ગેટ ડ્રાઇવ, પલ્સ ટ્રિગરિંગ, ઓપ્ટો-આઇસોલેશન
• પ્રોટેક્શન: સ્નબર સર્કિટ, કરંટ લિમિટિંગની જરૂર પડે છે

સ્ટેટિક સ્વિચના ફાયદાઓ:

• રિલાયબિલિટી: ઉચ્ચ MTBF (મીન ટાઇમ બિટ્વીન ફેલ્યોર્સ)
• કંપેટિબિલિટી: ઇલેક્ટ્રોનિક કંટ્રોલ સિસ્ટમ સાથે કામ કરે છે
• વોલ્ટેજ આઇસોલેશન: ઓપ્ટો-આઇસોલેશન સમાવી શકે છે
• સર્જ હેન્ડલિંગ: યોગ્ય ડિઝાઇન સાથે બેટર ટ્રાન્ઝિયન્ટ પ્રોટેક્શન

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “FANS” - “ફાસ્ટ સ્વિચિંગ, આર્ક-ફ્રી ઓપરેશન, નો મુવિંગ પાર્ટ્સ, સાયલન્ટ ઓપરેશન”

પ્રશ્ન 5(a) [3 ગુણ]

#

ડીસી ડ્રાઇવ શું છે? ડીસી ડ્રાઇવ્સનું વર્ગીકરણ આપો.

જવાબ:

DC ડ્રાઇવ વ્યાખ્યા અને વર્ગીકરણ:

DC ડ્રાઇવ્સનું વર્ગીકરણ:

• પાવર રેન્જ: ફ્રેક્શનલ HP થી લઈને હજારો HP સુધી
• કંટ્રોલ પ્રિસિઝન: બેઝિકથી હાઇ-પ્રિસિઝન (0.01%)
• રિસ્પોન્સ ટાઇમ: મિલિસેકન્ડથી માઇક્રોસેકન્ડ સુધી
• પ્રોટેક્શન: વિવિધ બિલ્ટ-ઇન પ્રોટેક્શન ફીચર્સ

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “PQCAS” - “પાવર રેટિંગ, ક્વોડ્રન્ટ્સ, કંટ્રોલ ટાઇપ, AC ઇનપુટ ફેઝિસ, સ્વિચિંગ મેથડ”

પ્રશ્ન 5(b) [4 ગુણ]

#

વેરિએબલ રીલક્ટન્સ પ્રકાર સ્ટેપર મોટરનું બાંધકામ દોરો અને સમજાવો.

જવાબ:

વેરિએબલ રિલક્ટન્સ સ્ટેપર મોટર કન્સ્ટ્રક્શન:

• ટૂથ કોન્ફિગરેશન: સામાન્ય રીતે રોટર ટીથ સ્ટેટર ટીથ કરતા ઓછી હોય છે
• સ્ટેપ એંગલ: આના દ્વારા નક્કી થાય છે: સ્ટેપ એંગલ = 360° ÷ (રોટર ટીથની સંખ્યા × ફેઝની સંખ્યા)
• કન્સ્ટ્રક્શન સિમ્પ્લિસિટી: રોટર પર કોઈ પર્મેનન્ટ મેગ્નેટ્સ કે વાઇન્ડિંગ્સ નથી
• ઓપરેટિંગ પ્રિન્સિપલ: ફેઝિસ એનર્જાઇઝ થાય ત્યારે મેગ્નેટિક રિલક્ટન્સ પાથ મિનિમાઇઝ થવાનો પ્રયાસ કરે છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “STAR” - “સ્ટેટર એનર્જાઇઝીસ, ટીથ એલાઇન વિથ મિનિમમ રિલક્ટન્સ”

પ્રશ્ન 5(c) [7 ગુણ]

#

VFD (વેરિએબલ ફ્રીક્વન્સી ડ્રાઇવ) ની કામગીરી સમજાવો.

જવાબ:

વેરિએબલ ફ્રીક્વન્સી ડ્રાઇવ (VFD) વર્કિંગ:

graph LR
    A[AC Input] --> B[Rectifier]
    B --> C[DC Bus/Filter]
    C --> D[Inverter]
    D --> E[AC Motor]
    F[Control System] --> B
    F --> D
    G[Operator Interface] --> F
    H[Feedback Sensors] --> F
    style A fill:#b3e0ff
    style B fill:#ffcccc
    style C fill:#ffffb3
    style D fill:#ccffcc
    style E fill:#e6ccff
    style F fill:#ffee99
    style G fill:#ffddbb
    style H fill:#d9ffb3

VFD કોમ્પોનન્ટ્સ અને ફંક્શન્સ:

વર્કિંગ પ્રિન્સિપલ:

• સ્પીડ કંટ્રોલ ઇક્વેશન: મોટર સ્પીડ (RPM) = (ફ્રિક્વન્સી × 120) ÷ પોલ્સની સંખ્યા
• ટોર્ક કંટ્રોલ: V/F રેશિયો જાળવવાથી ટોર્ક આઉટપુટ નિયંત્રિત થાય છે
• સોફ્ટ સ્ટાર્ટ: ક્રમશઃ ફ્રિક્વન્સી/વોલ્ટેજ રેમ્પ-અપ ઇનરશ કરંટ ઘટાડે છે
• બ્રેકિંગ મેથડ્સ: રિજનરેટિવ, ડાયનેમિક, અથવા DC ઇન્જેક્શન બ્રેકિંગ
• એનર્જી સેવિંગ્સ: ઘટાડેલી સ્પીડ પર નોંધપાત્ર ઊર્જા બચત
• એડવાન્સ્ડ ફીચર્સ: PID કંટ્રોલ, નેટવર્ક કમ્યુનિકેશન, પ્રોગ્રામેબલ ફંક્શન્સ

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “DRIVE” - “DC કન્વર્ઝન, રેગ્યુલેશન, ઇન્વર્ટર ક્રિએટ્સ, વેરિએબલ ફ્રિક્વન્સી, એફિશિયન્ટ મોટર કંટ્રોલ”

પ્રશ્ન 5(a) OR [3 ગુણ]

#

હોલ ઇફેક્ટ સેન્સર શું છે અને ડીસી મોટર્સમાં તેમની ભૂમિકા શું છે?

જવાબ:

DC મોટર્સમાં હોલ ઇફેક્ટ સેન્સર:

DC મોટર્સમાં રોલ:

• BLDC મોટર્સ: ઇલેક્ટ્રોનિક કોમ્યુટેશન (મિકેનિકલ કોમ્યુટેટરને રિપ્લેસ કરવા) માટે ક્રિટિકલ
• પ્રિસિઝન: મિકેનિકલ સેન્સર કરતાં ઉચ્ચ ચોકસાઈ
• રિલાયબિલિટી: કોઈ મિકેનિકલ ઘસારો નહીં, લાંબી સર્વિસ લાઇફ
• ઇન્ટિગ્રેશન: ડ્રાઇવ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ સાથે ઇન્ટિગ્રેટેડ થઈ શકે છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “MAPS” - “મેઝર્સ પોઝિશન, એઇડ્સ કોમ્યુટેશન, પ્રોવાઇડ્સ સ્પીડ ડેટા, સેન્સિસ મેગ્નેટિક ફિલ્ડ્સ”

પ્રશ્ન 5(b) OR [4 ગુણ]

#

સ્ટેપર મોટરના કાર્ય સિદ્ધાંતને સમજાવો.

જવાબ:

સ્ટેપર મોટર વર્કિંગ પ્રિન્સિપલ:

graph TD
    A[Step 1: Energize Phase A] --> B[Rotor aligns with Phase A]
    B --> C[Step 2: Energize Phase B]
    C --> D[Rotor aligns with Phase B]
    D --> E[Step 3: Energize Phase C]
    E --> F[Rotor aligns with Phase C]
    F --> G[Step 4: Energize Phase D]
    G --> H[Rotor aligns with Phase D]
    H --> A
    style A fill:#ffffb3
    style B fill:#ffcccc
    style C fill:#b3e0ff
    style D fill:#ccffcc
    style E fill:#e6ccff
    style F fill:#ffddbb
    style G fill:#d9ffb3
    style H fill:#ffee99

• પોઝિશન કંટ્રોલ: ફીડબેક વગર ચોક્કસ એન્ગ્યુલર પોઝિશનિંગ
• સ્ટેપ એંગલ: સામાન્ય સ્ટેપ એંગલ્સ 1.8° (200 સ્ટેપ્સ/રેવ) અથવા 0.9° (400 સ્ટેપ્સ/રેવ)
• હોલ્ડિંગ ટોર્ક: સ્ટેન્ડસ્ટિલ પર ફેઝિસ એનર્જાઇઝ્ડ હોય ત્યારે પોઝિશન જાળવે છે
• ઓપન-લૂપ કંટ્રોલ: સામાન્ય રીતે પોઝિશન ફીડબેકની જરૂર નથી
• સ્પીડ-ટોર્ક: સ્પીડ વધે તેમ ટોર્ક ઘટે છે

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “STEPS” - “સિક્વેન્શિયલ ટ્રિગરિંગ ઓફ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ફેઝિસ કોઝિસ સ્ટેપિંગ”

પ્રશ્ન 5(c) OR [7 ગુણ]

#

PLC નો બ્લોક ડાયાગ્રામ દોરો અને દરેક બ્લોકની કામગીરી સમજાવો.

જવાબ:

PLC બ્લોક ડાયાગ્રામ અને ફંક્શન્સ:

graph TD
    A[Power Supply] --> B[CPU/Processor]
    C[Input Interface] --> B
    B --> D[Output Interface]
    B --> E[Memory]
    F[Programming Device] --> B
    G[Communication Interface] --> B
    style A fill:#ffffb3
    style B fill:#ffcccc
    style C fill:#b3e0ff
    style D fill:#ccffcc
    style E fill:#e6ccff
    style F fill:#ffddbb
    style G fill:#d9ffb3

દરેક બ્લોકનાં ફંક્શન્સ:

• સ્કેન સાયકલ: ઇનપુટ વાંચવા, પ્રોગ્રામ એક્ઝિક્યુટ કરવા, આઉટપુટ અપડેટ કરવાની ક્રમિક પ્રક્રિયા
• પ્રોગ્રામિંગ લેંગ્વેજિસ: લેડર ડાયાગ્રામ (LD), ફંક્શન બ્લોક ડાયાગ્રામ (FBD), સ્ટ્રક્ચર્ડ ટેક્સ્ટ (ST), ઇન્સ્ટ્રક્શન લિસ્ટ (IL), સિક્વેન્શિયલ ફંક્શન ચાર્ટ (SFC)
• મોડ્યુલરિટી: વધારાના I/O મોડ્યુલ્સ સાથે વિસ્તૃત કરી શકાય છે
• રોબસ્ટનેસ: કઠોર ઔદ્યોગિક પર્યાવરણ માટે ડિઝાઇન કરેલ
• રિલાયાબિલિટી: સામાન્ય રીતે MTBF >100,000 કલાક

યાદ રાખવાનું સૂત્ર: “PICO MPC” - “પાવર, ઇનપુટ્સ, CPU, આઉટપુટ્સ, મેમરી, પ્રોગ્રામિંગ ઇન્ટરફેસ, કમ્યુનિકેશન”