ઔદ્યોગિક ઇલેક્ટ્રોનિક્સ (4331103) - શિયાળુ 2022 સોલ્યુશન

પ્રશ્ન 1(અ) [3 ગુણ]

#

SCR ની રચના દોરો અને સમજાવો.

જવાબ: SCR (સિલિકોન કંટ્રોલ્ડ રેક્ટિફાયર) એ ચાર-લેયર PNPN સેમિકન્ડક્ટર ડિવાઇસ છે જેમાં ત્રણ ટર્મિનલ્સ છે: એનોડ, કેથોડ અને ગેટ.

ડાયાગ્રામ:

graph TD
    A[Anode] --- P1[P-layer]
    P1 --- N1[N-layer]
    N1 --- P2[P-layer]
    P2 --- N2[N-layer]
    N2 --- K[Cathode]
    G[Gate] --- P2

• P-N-P-N લેયર્સ: ચાર અલ્ટરનેટિંગ સેમિકન્ડક્ટર લેયર્સ
• ગેટ ટર્મિનલ: ડિવાઇસના ટર્ન-ઓન ને નિયંત્રિત કરે છે
• કરંટ ફ્લો: ટ્રિગર થવા પર એનોડથી કેથોડ તરફ

મનેમોનિક: “સિલિકોન કંટ્રોલ્સ રેક્ટિફિકેશન” - SCR માત્ર ટ્રિગર થવા પર એક દિશામાં પ્રવાહ નિયંત્રિત કરે છે.

પ્રશ્ન 1(બ) [4 ગુણ]

#

TRIAC ની રચના દોરો અને સમજાવો.

જવાબ: TRIAC (ટ્રાયોડ ફોર અલ્ટરનેટિંગ કરંટ) એ બાયડાયરેક્શનલ ત્રણ-ટર્મિનલ સેમિકન્ડક્ટર ડિવાઇસ છે જે ટ્રિગર થતાં બંને દિશામાં કન્ડક્ટ કરે છે.

ડાયાગ્રામ:

graph TD
    MT1[Main Terminal 1] --- N1[N-layer]
    N1 --- P1[P-layer]
    P1 --- N2[N-layer]
    N2 --- P2[P-layer]
    P2 --- N3[N-layer]
    N3 --- MT2[Main Terminal 2]
    G[Gate] --- P1

• બાયડાયરેક્શનલ ઓપરેશન: ટ્રિગર થવા પર બંને દિશામાં કન્ડક્ટ કરે છે
• ગેટ કંટ્રોલ: એક ગેટ બંને દિશામાં કન્ડક્શન નિયંત્રિત કરે છે
• ઇક્વિવેલન્ટ સર્કિટ: એન્ટિ-પેરેલલમાં જોડાયેલા બે SCR જેવું કાર્ય કરે છે
• AC એપ્લિકેશન્સ: AC પાવર કંટ્રોલ એપ્લિકેશન્સમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે

મનેમોનિક: “ટ્રાય-દિશા AC કંટ્રોલર” - AC સર્કિટમાં બંને દિશામાં કરંટ નિયંત્રિત કરે છે.

પ્રશ્ન 1(ક) [7 ગુણ]

#

ઓપ્ટો-આઈસોલેટર, ઓપ્ટો-TRIAC, ઓપ્ટો-SCR, અને ઓપ્ટો-ટ્રાન્ઝિસ્ટરની રચના, કાર્યપદ્ધતિ વર્ણવો અને તેના ઉપયોગો લખો.

જવાબ: ઓપ્ટો-આઈસોલેટર્સ આઇસોલેટેડ સર્કિટ્સ વચ્ચે ઇલેક્ટ્રિકલ સિગ્નલ્સ ટ્રાન્સફર કરવા માટે પ્રકાશનો ઉપયોગ કરે છે.

ડાયાગ્રામ:

graph LR
    subgraph Input
        LED[LED]
    end
    subgraph Output
        PD[Photo Detector]
    end
    LED -- Light -- PD
    style Input fill:#f9f,stroke:#333
    style Output fill:#bbf,stroke:#333

• ઇલેક્ટ્રિકલ આઇસોલેશન: ઇનપુટ અને આઉટપુટ વચ્ચે સંપૂર્ણ અલગતા
• નોઇઝ ઇમ્યુનિટી: ઇલેક્ટ્રિકલ નોઇઝ પ્રત્યે ઉચ્ચ પ્રતિરોધ
• સ્પીડ: માઇક્રોસેકન્ડ રેન્જમાં રિસ્પોન્સ ટાઇમ

મનેમોનિક: “LOST” - Light Operates Semiconductor Terminals બધા ઓપ્ટો-ડિવાઇસમાં.

પ્રશ્ન 1(ક) OR [7 ગુણ]

#

બે ટ્રાન્ઝીસ્ટર એનાલોગી વડે SCRનું કાર્ય સમજાવો અને SCRનાં ઇન્ડસ્ટ્રીયલ ઉપયોગો લખો.

જવાબ: SCR ને બે ઇન્ટરકનેક્ટેડ ટ્રાન્ઝિસ્ટર તરીકે મોડેલ કરી શકાય છે: PNP (T1) અને NPN (T2).

ડાયાગ્રામ:

graph TD
    A[Anode] --- E1[Emitter T1]
    B1[Base T1] --- C2[Collector T2]
    C1[Collector T1] --- B2[Base T2]
    E2[Emitter T2] --- K[Cathode]
    G[Gate] --- B2

કાર્ય સિદ્ધાંત:

SCRના ઔદ્યોગિક ઉપયોગો:

• પાવર કંટ્રોલ: AC/DC મોટર સ્પીડ કંટ્રોલ
• સ્વિચિંગ: સ્ટેટિક સ્વિચ, સોલિડ-સ્ટેટ રિલે
• ઇન્વર્ટર: DC થી AC રૂપાંતર
• પ્રોટેક્શન: ઓવરવોલ્ટેજ પ્રોટેક્શન સર્કિટ
• લાઇટિંગ: લાઇટ ડિમર, ઇલ્યુમિનેશન કંટ્રોલ

મનેમોનિક: “POWER” - Power control, Overvoltage protection, Welding machines, Electronic converters, Regulated supplies.

પ્રશ્ન 2(અ) [3 ગુણ]

#

એસ.સી.આર માં ટ્રિગરીંગ વ્યાખ્યાયીત કરી.કોઈ પણ બે ટ્રિગરીંગ ટેકનિક સમજાવો.

જવાબ: ટ્રિગરિંગ એ SCRને તેના ગેટ ટર્મિનલ પર યોગ્ય સિગ્નલ લાગુ કરીને ON કરવાની પ્રક્રિયા છે.

બે ટ્રિગરિંગ ટેકનિક:

• ગેટ ટ્રિગરિંગ: ઇલેક્ટ્રિકલ પલ્સનો ઉપયોગ કરતી સૌથી સામાન્ય પદ્ધતિ
• લાઇટ ટ્રિગરિંગ: ફોટોસેન્સિટિવ સેમિકન્ડક્ટર ગુણધર્મોનો ઉપયોગ કરે છે

મનેમોનિક: “GET” - Gate Electrical Triggering સૌથી સામાન્ય પદ્ધતિ છે.

પ્રશ્ન 2(બ) [4 ગુણ]

#

ફોર્સ્ડ કોમ્યુટેશન અને નેચરલ કોમ્યુટેશન વચ્ચેનો તફાવત લખો.

જવાબ:

• ફોર્સ્ડ કોમ્યુટેશન: બાહ્ય સર્કિટનો ઉપયોગ કરીને SCRને સક્રિયપણે બંધ કરે છે
• નેચરલ કોમ્યુટેશન: જ્યારે AC કરંટ શૂન્ય ક્રોસ કરે છે ત્યારે SCR બંધ થાય છે

મનેમોનિક: “FACE” - Forced Active Commutation requires External components.

પ્રશ્ન 2(ક) [7 ગુણ]

#

SCR માટે સ્નબર સર્કિટ ડીઝાઈન કરો.

જવાબ: સ્નબર સર્કિટ SCRને ઊંચા dV/dt થી રક્ષણ આપે છે અને વોલ્ટેજ વૃદ્ધિના દરને મર્યાદિત કરે છે.

ડાયાગ્રામ:

graph LR
    A[Anode] --- R[Resistance]
    R --- C[Capacitance]
    C --- K[Cathode]
    A --- SCR[SCR]
    SCR --- K

ડિઝાઇન સ્ટેપ્સ:

• રેઝિસ્ટન્સ R: કેપેસિટરના ડિસ્ચાર્જ કરંટને મર્યાદિત કરે છે
• કેપેસિટન્સ C: ટ્રાન્ઝિયન્ટ એનર્જીને શોષે છે અને dV/dt ને મર્યાદિત કરે છે
• પ્રોટેક્શન: ખોટા ટ્રિગરિંગ અને નુકસાનને રોકે છે
• પાવર રેટિંગ: R પાસે પૂરતી પાવર રેટિંગ હોવી જોઈએ

મનેમોનિક: “RCSS” - Resistance-Capacitance Saves Silicon from Stress.

પ્રશ્ન 2(અ) OR [3 ગુણ]

#

એસ.સી.આર માટેનું ક્લાસ-ઈ કોમ્યુટેશન સમજાવો.

જવાબ: કોમ્યુટેશન એ SCRના એનોડ કરંટને હોલ્ડિંગ કરંટ લેવલથી નીચે ઘટાડીને તેને OFF કરવાની પ્રક્રિયા છે.

ક્લાસ-E કોમ્યુટેશન:

ડાયાગ્રામ:

graph LR
    S[Supply] --- L[Load]
    L --- SCR[SCR]
    L --- C[Capacitor]
    C --- A[Auxiliary SCR]
    A --- S

• ઓક્ઝિલરી SCR: કોમ્યુટેશન પ્રક્રિયાને નિયંત્રિત કરે છે
• રેઝોનન્ટ સર્કિટ: LC રેઝોનન્ટ સર્કિટ બનાવે છે
• ઓપરેશન: ઓક્ઝિલરી SCR મેઇન SCRને રિવર્સ-બાયસ કરવા માટે કેપેસિટર ડિસ્ચાર્જને ટ્રિગર કરે છે
• એપ્લિકેશન: ઇન્વર્ટર અને ચોપરમાં ઉપયોગ થાય છે

મનેમોનિક: “ACE” - Auxiliary Capacitor Extinguishes conduction.

પ્રશ્ન 2(બ) OR [4 ગુણ]

#

થાઈરિસ્ટરનું ટ્રિગરીંગ વિગતવાર સમજાવો.

જવાબ:

• ગેટ ટ્રિગરિંગ: સૌથી સામાન્ય અને નિયંત્રિત પદ્ધતિ
• પેરામીટર કંટ્રોલ: પલ્સ પહોળાઈ, એમ્પ્લિટ્યુડ અને રાઈઝ ટાઈમ
• ગેટ સેન્સિટિવિટી: તાપમાન સાથે બદલાય છે
• પ્રોટેક્શન: અનિચ્છનીય ટ્રિગરિંગથી રક્ષણ જરૂરી છે

મનેમોનિક: “VITAL” - Voltage, Illumination, Temperature And Level બધી ટ્રિગરિંગ પદ્ધતિઓ છે.

પ્રશ્ન 2(ક) OR [7 ગુણ]

#

એસ.સી.આર ને ઓવર વૉલ્ટેજ અને ઓવર કરંટ થી બચાવવા માટેની મેથડ વિગતવાર સમજાવો.

જવાબ:

ઓવરવોલ્ટેજ પ્રોટેક્શન:

ડાયાગ્રામ:

graph LR
    S[Supply] --- F[Fuse]
    F --- V[Varistor]
    V --- SCR[SCR]
    SCR --- L[Load]
    V --- RC[RC Snubber]
    RC --- SCR

ઓવરકરંટ પ્રોટેક્શન:

ડાયાગ્રામ:

graph LR
    S[Supply] --- F[Fuse/Circuit Breaker]
    F --- R[Current Limiting Resistor]
    R --- SCR[SCR]
    SCR --- L[Load]

• કોઓર્ડિનેશન: પ્રોટેક્શન ડિવાઇસ સંકલનમાં કામ કરવી જોઈએ
• રિસ્પોન્સ ટાઇમ: અસરકારક સુરક્ષા માટે મહત્વપૂર્ણ છે
• મલ્ટીપલ લેયર્સ: ક્રિટિકલ એપ્લિકેશન માટે, કેટલીક પદ્ધતિઓને સંયોજિત કરવામાં આવે છે

મનેમોનિક: “SCOPE” - Snubbers, Clamps, Overload sensors, Protectors, and Electronic limiters.

પ્રશ્ન 3(અ) [3 ગુણ]

#

સિંગલ ફેઝ રેક્ટિફાયર અને થ્રી ફેઝ રેક્ટિફાયર વચ્ચેનો તફાવત લખો.

જવાબ:

• રિપલ ફેક્ટર: સિંગલ ફેઝમાં પોલી ફેઝની તુલનામાં ઊંચી રિપલ હોય છે
• ફોર્મ ફેક્ટર: પોલી ફેઝ સિસ્ટમમાં વધુ સારો
• સાઇઝ/વજન: પોલી ફેઝ સિસ્ટમમાં વધુ સારો પાવર/વજન રેશિયો હોય છે

મનેમોનિક: “PERCH” - Poly phase has Efficiency, Ripple improvement, Capacity, and Higher ratings.

પ્રશ્ન 3(બ) [4 ગુણ]

#

થ્રી ફેઝ હાફ વેવ રેક્ટિફાયર નો સર્કિટ ડાયગ્રામ દોરી તેની કાર્યપદ્ધતિ સમજાવો.

જવાબ: થ્રી-ફેઝ હાફ-વેવ રેક્ટિફાયર ત્રણ ડાયોડનો ઉપયોગ કરીને થ્રી-ફેઝ ACને પલ્સેટિંગ DCમાં રૂપાંતરિત કરે છે.

ડાયાગ્રામ:

graph TD
    A[Phase A] --- D1[Diode 1]
    B[Phase B] --- D2[Diode 2]
    C[Phase C] --- D3[Diode 3]
    D1 --- O[Output +]
    D2 --- O
    D3 --- O
    N[Neutral] --- ON[Output -]

કાર્યપદ્ધતિ:

• દરેક ડાયોડ ત્યારે કન્ડક્ટ કરે છે જ્યારે તેનું ફેઝ વોલ્ટેજ સૌથી વધુ પોઝિટિવ હોય છે
• દરેક ડાયોડનો કન્ડક્શન એંગલ 120° છે
• રિપલ ફ્રિક્વન્સી ઇનપુટ ફ્રિક્વન્સીની 3 ગણી છે
• એવરેજ આઉટપુટ વોલ્ટેજ = 3Vm/2π (જ્યાં Vm પીક ફેઝ વોલ્ટેજ છે)
• રિપલ ફેક્ટર = 0.17 (સિંગલ-ફેઝ હાફ-વેવ કરતાં ઘણો ઓછો)

મનેમોનિક: “THREE-D” - THREE Diodes ક્રમશઃ કન્ડક્ટ કરે છે.

પ્રશ્ન 3(ક) [7 ગુણ]

#

બ્લોક ડાયાગ્રામની મદદથી યુપીએસ અને એસએમપીએસની કામગીરીનું વર્ણન કરો.

જવાબ:

UPS (અનઇન્ટેરપ્ટેબલ પાવર સપ્લાય):

ડાયાગ્રામ:

graph LR
    AC[AC Input] --- R[Rectifier]
    R --- BC[Battery Charger]
    BC --- B[Battery]
    B --- I[Inverter]
    R --- I
    I --- F[Filter]
    F --- L[Load]
    AC -.Bypass.-> L

SMPS (સ્વિચ્ડ મોડ પાવર સપ્લાય):

ડાયાગ્રામ:

graph LR
    AC[AC Input] --- R[Rectifier & Filter]
    R --- SW[High Frequency Switch]
    SW --- T[HF Transformer]
    T --- RF[Rectifier & Filter]
    RF --- L[Load]
    FB[Feedback] --- SW
    RF --- FB

• UPS કાર્યક્ષમતા: 80-90%, બેકઅપ પાવર પ્રદાન કરે છે
• SMPS કાર્યક્ષમતા: 70-90%, લિનિયર સપ્લાય કરતાં ઘણી નાની
• નિયમન: બંને નિયંત્રિત આઉટપુટ વોલ્ટેજ પ્રદાન કરે છે

મનેમોનિક: “BRIEF” - Battery backup, Rectification, Inversion, Efficient switching, Feedback control.

પ્રશ્ન 3(અ) OR [3 ગુણ]

#

ચોપર સર્કિટના સિદ્ધાંત અને કાર્યને સમજાવો.

જવાબ: ચોપર એ DC-થી-DC કન્વર્ટર છે જે ફિક્સ્ડ DC ઇનપુટ વોલ્ટેજને વેરિએબલ DC આઉટપુટ વોલ્ટેજમાં રૂપાંતરિત કરે છે.

ડાયાગ્રામ:

graph LR
    DC[DC Source] --- S[Switch/SCR]
    S --- L[Load]
    L --- DC

સિદ્ધાંત:

• સ્વિચ (સામાન્ય રીતે SCR, MOSFET, અથવા IGBT) ઝડપથી સ્રોતને લોડ સાથે જોડે છે અને અલગ કરે છે

• આઉટપુટ વોલ્ટેજ ડ્યુટી સાયકલ દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે (ON સમય / કુલ સમય)

• સરેરાશ આઉટપુટ વોલ્ટેજ = ઇનપુટ વોલ્ટેજ × ડ્યુટી સાયકલ

• ટાઇમ રેશિયો કંટ્રોલ: ફ્રિક્વન્સી સ્થિર રાખીને ડ્યુટી સાયકલ બદલે છે

• ફ્રિક્વન્સી મોડ્યુલેશન: ON સમય સ્થિર રાખીને ફ્રિક્વન્સી બદલે છે

• એપ્લિકેશન: DC મોટર કંટ્રોલ, બેટરી-પાવર્ડ વાહનો

મનેમોનિક: “CHOP” - Control High-speed Operation with Pulses.

પ્રશ્ન 3(બ) OR [4 ગુણ]

#

સિંગલ-ફેઝ અને પોલી-ફેઝ રેક્ટિફાયર સર્કિટની તુલના કરો.

જવાબ:

• હાર્મોનિક કન્ટેન્ટ: પોલી-ફેઝ સિસ્ટમમાં નીચી
• TUF (ટ્રાન્સફોર્મર ઉપયોગિતા ફેક્ટર): પોલી-ફેઝ સિસ્ટમમાં ઊંચી
• કોસ્ટ-ઇફેક્ટિવનેસ: ઊંચા પાવર માટે પોલી-ફેઝ વધુ આર્થિક

મનેમોનિક: “PERIPHERY” - Poly-phase Efficiency Ripple Improvement Power Handling Economy Rating Yield.

પ્રશ્ન 3(ક) OR [7 ગુણ]

#

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

જવાબ: સોલર PV પાવર જનરેશન સેમિકન્ડક્ટર મટીરિયલનો ઉપયોગ કરીને સૂર્યપ્રકાશને સીધો ઇલેક્ટ્રિસિટીમાં રૂપાંતરિત કરે છે.

ડાયાગ્રામ:

graph LR
    Sun((Sunlight)) --- PV[PV Array]
    PV --- CC[Charge Controller]
    CC --- B[Battery Bank]
    B --- I[Inverter]
    I --- L[AC Load]
    B --- DCL[DC Load]
    I --- G[Grid Connection]

કાર્ય સિદ્ધાંત:

• ફોટોવોલ્ટેઇક ઇફેક્ટ: સૂર્યપ્રકાશના ફોટોન્સ સેમિકન્ડક્ટરમાં ઇલેક્ટ્રોન્સને મુક્ત કરે છે

• સેલ સ્ટ્રક્ચર: P-N જંક્શન ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ બનાવે છે

• વોલ્ટેજ જનરેશન: ટિપિકલ સેલ 0.5-0.6V DC ઉત્પન્ન કરે છે

• એરે કોન્ફિગરેશન: ઇચ્છિત વોલ્ટેજ/કરંટ માટે સીરીઝ-પેરેલલ કનેક્શન

• કાર્યક્ષમતા: સામાન્ય રીતે કોમર્શિયલ પેનલ માટે 15-22%

• એપ્લિકેશન: રેસિડેન્શિયલ, કોમર્શિયલ, ઔદ્યોગિક પાવર જનરેશન

મનેમોનિક: “SOLAR” - Semiconductors Oriented Light-to-electricity Array Regulation.

પ્રશ્ન 4(અ) [3 ગુણ]

#

સ્ટેટિક સ્વીચના ફાયદા લખો.

જવાબ:

• વિશ્વસનીયતા: કોઈ મિકેનિકલ ઘસારો નથી
• સ્પીડ: મિકેનિકલ સ્વિચ કરતાં ઘણી ઝડપી
• આઇસોલેશન: ઇલેક્ટ્રિકલ આઇસોલેશન પ્રદાન કરી શકે છે

મનેમોનિક: “SAFE” - Speed, Arc-free, Fast response, Endurance.

પ્રશ્ન 4(બ) [4 ગુણ]

#

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

જવાબ: DIAC-TRIAC સર્કિટ રેઝિસ્ટિવ અને ઇન્ડક્ટિવ લોડ માટે સ્મૂથ AC પાવર કંટ્રોલ પ્રદાન કરે છે.

ડાયાગ્રામ:

graph LR
    AC[AC Supply] --- L[Load]
    L --- T[TRIAC]
    T --- AC
    AC --- R1[Resistor R1]
    R1 --- C[Capacitor C]
    C --- D[DIAC]
    D --- G[TRIAC Gate]
    G --- T
    R2[Variable Resistor R2] --- C
    R2 --- T

કાર્યપદ્ધતિ:

• વેરિએબલ રેઝિસ્ટર R2 કેપેસિટર Cના ચાર્જિંગ રેટને નિયંત્રિત કરે છે

• જ્યારે કેપેસિટર વોલ્ટેજ DIAC બ્રેકઓવર વોલ્ટેજ પર પહોંચે છે, ત્યારે DIAC કન્ડક્ટ કરે છે

• DIAC TRIAC ગેટને ટ્રિગર પલ્સ આપે છે

• TRIAC બાકીના હાફ-સાયકલ માટે કન્ડક્ટ કરે છે

• પ્રક્રિયા બંને હાફ-સાયકલ માટે પુનરાવર્તિત થાય છે

• ફેઝ કંટ્રોલ: ફાયરિંગ એન્ગલ બદલીને પાવર નિયંત્રિત કરે છે

• એપ્લિકેશન: લાઇટ ડિમર્સ, હીટર કંટ્રોલ, મોટર સ્પીડ કંટ્રોલ

• પાવર રેન્જ: લગભગ-શૂન્યથી પૂર્ણ પાવર સુધી નિયંત્રિત કરી શકે છે

મનેમોનિક: “DIRECT” - DIAC Initiates Regulated Energy Control in TRIAC.

પ્રશ્ન 4(ક) [7 ગુણ]

#

ટ્રિગરિંગ સર્કિટમાં UJT સાથે SCR નો ઉપયોગ કરીને DC પાવર કંટ્રોલ સર્કિટના કાર્યનું વર્ણન કરો

જવાબ: UJT-ટ્રિગર્ડ SCR સર્કિટ લોડમાં DC પાવરનું ચોક્કસ નિયંત્રણ પ્રદાન કરે છે.

ડાયાગ્રામ:

graph LR
    DC[DC Source] --- L[Load]
    L --- SCR[SCR]
    SCR --- DC
    DC --- R1[Resistor R1]
    R1 --- R2[Variable Resistor R2]
    R2 --- C[Capacitor C]
    C --- E[UJT Emitter]
    B1[UJT Base 1] --- R3[Resistor R3]
    B2[UJT Base 2] --- R4[Resistor R4]
    R3 --- DC
    R4 --- G[SCR Gate]
    G --- SCR
    E --- B1
    E --- B2

કાર્ય સિદ્ધાંત:

• ચોક્કસ કંટ્રોલ: UJT સ્થિર, અનુમાનિત ટ્રિગરિંગ પ્રદાન કરે છે
• એપ્લિકેશન: બેટરી ચાર્જર, DC મોટર સ્પીડ કંટ્રોલ, તાપમાન નિયંત્રણ
• ફાયદા: ઓછી કિંમત, ઉચ્ચ વિશ્વસનીયતા, સારી તાપમાન સ્થિરતા
• કંટ્રોલ રેન્જ: લગભગ-શૂન્યથી પૂર્ણ પાવર સુધીની વિશાળ રેન્જ

મનેમોનિક: “SCRUP” - SCR Using Pulse from UJT for Power control.

પ્રશ્ન 4(અ) OR [3 ગુણ]

#

ડાઈ-ઈલેક્ટ્રીક હિટીંગના ઉપયોગો વર્ણવો.

જવાબ:

• મટીરિયલ રિક્વાયરમેન્ટ: પોલર મોલેક્યુલ્સ ધરાવતા નબળા કન્ડક્ટર્સ સાથે શ્રેષ્ઠ કામ કરે છે
• ફ્રિક્વન્સી રેન્જ: સામાન્ય રીતે 10-100 MHz
• ફાયદા: યુનિફોર્મ હીટિંગ, ઝડપી પ્રોસેસિંગ, ઊર્જા કાર્યક્ષમતા

મનેમોનિક: “POWER” - Plastics, Organics, Wood, Edibles, and Rubber processing.

પ્રશ્ન 4(બ) OR [4 ગુણ]

#

ત્રણ તબક્કાના IC555 ટાઈમર સર્કિટ દોરો અને સમજાવો.

જવાબ: ત્રણ-સ્ટેજ IC555 ટાઈમર સર્કિટ સિક્વેન્શિયલ ટાઈમિંગ ઓપરેશન્સ પ્રદાન કરે છે.

ડાયાગ્રામ:

graph TD
    subgraph "Timer 1"
        IC1[555 Timer] 
    end
    subgraph "Timer 2"
        IC2[555 Timer]
    end
    subgraph "Timer 3"
        IC3[555 Timer]
    end
    TR[Trigger Input] --> IC1
    IC1 --> O1[Output 1]
    O1 --> IC2
    IC2 --> O2[Output 2]
    O2 --> IC3
    IC3 --> O3[Output 3]

કાર્યપદ્ધતિ:

• પ્રથમ ટાઈમર બાહ્ય ટ્રિગર દ્વારા સક્રિય થાય છે

• પ્રથમ ટાઈમરનો આઉટપુટ બીજા ટાઈમરને ટ્રિગર કરે છે

• બીજા ટાઈમરનો આઉટપુટ ત્રીજા ટાઈમરને ટ્રિગર કરે છે

• દરેક ટાઈમર સ્વતંત્ર રીતે એડજસ્ટ કરી શકાય છે

• એપ્લિકેશન: ઔદ્યોગિક સિક્વેન્સિંગ, પ્રોસેસ કંટ્રોલ, એનિમેશન ઇફેક્ટ્સ

• ટાઈમિંગ રેન્જ: યોગ્ય કોમ્પોનન્ટ પસંદગી સાથે માઇક્રોસેકન્ડથી કલાકો સુધી

• ફીચર્સ: સ્થિર ટાઈમિંગ, સપ્લાય વેરિએશન્સથી પ્રતિકાર

• ફાયદા: સરળ ડિઝાઇન, વિશ્વસનીય ઓપરેશન, ઓછી કિંમત

મનેમોનિક: “THREE-SET” - THREE Stage Electronic Timers in sequence.

પ્રશ્ન 4(ક) OR [7 ગુણ]

#

ઇન્ડક્શન હીટિંગના કાર્ય સિદ્ધાંતનું વર્ણન કરો. અને ઇન્ડક્શન હીટિંગના ફાયદાઓ-ગેરફાયદાઓની યાદી બનાવો.

જવાબ: ઇન્ડક્શન હીટિંગ ઇલેક્ટ્રિકલી કન્ડક્ટિવ મટીરિયલ્સને ગરમ કરવા માટે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શનનો ઉપયોગ કરે છે.

ડાયાગ્રામ:

graph TD
    PS[Power Supply] --> INV[Inverter]
    INV --> LC[Matching Circuit]
    LC --> WC[Work Coil]
    WC --> W[Workpiece]
    FC[Feedback Control] --> INV

કાર્ય સિદ્ધાંત:

• વર્ક કોઇલમાં હાઇ ફ્રિક્વન્સી AC અલ્ટરનેટિંગ મેગ્નેટિક ફિલ્ડ બનાવે છે
• મેગ્નેટિક ફિલ્ડ વર્કપીસમાં એડી કરંટ પ્રેરિત કરે છે
• મટીરિયલના રેઝિસ્ટન્સને કારણે એડી કરંટ ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે
• હીટિંગ બાહ્ય સ્રોતથી નહીં, પરંતુ વર્કપીસની અંદર થાય છે

• ફ્રિક્વન્સી રેન્જ: એપ્લિકેશન પર આધારિત 1 kHz થી 1 MHz
• એપ્લિકેશન: હીટ ટ્રીટમેન્ટ, મેલ્ટિંગ, બ્રેઝિંગ, સોલ્ડરિંગ

મનેમોનિક: “EDDY” - Electromagnetic Device Develops Yield of heat.

પ્રશ્ન 5(અ) [3 ગુણ]

#

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

જવાબ: DC શન્ટ મોટર સ્પીડ કંટ્રોલ માટેની સોલિડ-સ્ટેટ સર્કિટ આર્મેચર વોલ્ટેજને કંટ્રોલ કરવા માટે SCRનો ઉપયોગ કરે છે.

ડાયાગ્રામ:

graph LR
    AC[AC Supply] --- BR[Bridge Rectifier]
    BR --- SCR[SCR]
    SCR --- A[Armature]
    A --- BR
    BR --- F[Field Winding]
    F --- BR
    RC[Firing Circuit] --- SCR

• આર્મેચર વોલ્ટેજ કંટ્રોલ: SCR આર્મેચરને વોલ્ટેજ કંટ્રોલ કરે છે
• ફિલ્ડ વાઇન્ડિંગ: સીધો DC સપ્લાયથી જોડાયેલ
• સ્પીડ કંટ્રોલ: SCR ફાયરિંગ એંગલ બદલીને
• ફાયદા: સ્મૂથ કંટ્રોલ, ઊંચી કાર્યક્ષમતા, કોમ્પેક્ટ સાઇઝ

મનેમોનિક: “SAFE” - SCR Armature Firing for Efficient control.

પ્રશ્ન 5(બ) [4 ગુણ]

#

સ્ટેપર મોટરના કાર્ય સિદ્ધાંતને સમજાવો.

જવાબ: સ્ટેપર મોટર ઇલેક્ટ્રિકલ પલ્સને ડિસ્ક્રીટ મિકેનિકલ મૂવમેન્ટમાં રૂપાંતરિત કરે છે.

ડાયાગ્રામ:

graph TD
    subgraph "Stepper Motor"
        R[Rotor]
        S1[Stator Winding 1]
        S2[Stator Winding 2]
        S3[Stator Winding 3]
        S4[Stator Winding 4]
    end

કાર્ય સિદ્ધાંત:

• ક્રમમાં સ્ટેટર વાઇન્ડિંગ્સને એનર્જાઇઝ કરવાથી રોટેટિંગ મેગ્નેટિક ફિલ્ડ બને છે
• પર્માનન્ટ મેગ્નેટ રોટર મેગ્નેટિક ફિલ્ડ સાથે એલાઇન થાય છે
• દરેક પલ્સ “સ્ટેપ” એંગલ દ્વારા ચોક્કસ રોટેશન બનાવે છે
• સ્ટેપ એંગલ મોટર કન્સ્ટ્રક્શન દ્વારા નિર્ધારિત થાય છે (સામાન્ય રીતે 1.8° અથવા 0.9°)

• ચોક્કસ પોઝિશનિંગ: ચોક્કસ ઇન્ક્રિમેન્ટ સ્ટેપ્સમાં મૂવમેન્ટ
• ઓપન-લૂપ કંટ્રોલ: પોઝિશન કંટ્રોલ માટે કોઈ ફીડબેક જરૂરી નથી
• હોલ્ડિંગ ટોર્ક: એનર્જાઇઝ્ડ હોય ત્યારે પોઝિશન જાળવે છે

મનેમોનિક: “STEP” - Sequential Triggering Enables Precise positioning.

પ્રશ્ન 5(ક) [7 ગુણ]

#

PLC નો બ્લોક ડાયાગ્રામ દોરો અને દરેક બ્લોકની કામગીરી સમજાવો.

જવાબ: પ્રોગ્રામેબલ લોજિક કંટ્રોલર (PLC) એ ઔદ્યોગિક પ્રોસેસના ઓટોમેશન માટે વપરાતું ડિજિટલ કમ્પ્યુટર છે.

ડાયાગ્રામ:

graph TD
    PS[Power Supply] --- CPU[Central Processing Unit]
    I[Input Modules] --- CPU
    CPU --- O[Output Modules]
    M[Memory] --- CPU
    P[Programming Device] --- CPU
    C[Communication Module] --- CPU

• સ્કેન સાયકલ: ઇનપુટ સ્કેનિંગ → પ્રોગ્રામ એક્ઝિક્યુશન → આઉટપુટ અપડેટિંગ
• ફાયદા: વિશ્વસનીયતા, ફ્લેક્સિબિલિટી, મોડ્યુલર ડિઝાઇન, સરળ ટ્રબલશૂટિંગ
• એપ્લિકેશન: મેન્યુફેક્ચરિંગ ઓટોમેશન, પ્રોસેસ કંટ્રોલ, મટીરિયલ હેન્ડલિંગ
• પ્રોગ્રામિંગ: લેડર લોજિક, ફંક્શન બ્લોક ડાયાગ્રામ, સ્ટ્રક્ચર્ડ ટેક્સ્ટ

મનેમોનિક: “PILOT” - Processing Inputs and Logic for Outputs with Timing control.

પ્રશ્ન 5(અ) OR [3 ગુણ]

#

ડીસી સર્વો મોટરનું બંધારણ દોરો અને સમજાવો.

જવાબ: DC સર્વો મોટર ચોક્કસ પોઝિશન અને સ્પીડ કંટ્રોલ માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવે છે.

ડાયાગ્રામ:

graph TD
    subgraph "DC Servo Motor"
        A[Armature]
        F[Field Winding]
        S[Shaft]
        FB[Feedback Device]
    end

કોમ્પોનન્ટ્સ:

• આર્મેચર: ઝડપી પ્રતિસાદ માટે લો ઇનર્શિયા

• ફિલ્ડ સિસ્ટમ: મેગ્નેટિક ફિલ્ડ પ્રદાન કરે છે (આધુનિક મોટરમાં પર્માનન્ટ મેગ્નેટ્સ)

• ફીડબેક ડિવાઇસ: પોઝિશન સેન્સર (એન્કોડર/રિઝોલ્વર/ટેકોમીટર)

• હાઉસિંગ: બેરિંગ્સ અને માઉન્ટિંગ પ્રોવિઝન્સ ધરાવે છે

• હાઇ ટોર્ક-ટુ-ઇનર્શિયા રેશિયો: ઝડપી સ્ટાર્ટ અને સ્ટોપની મંજૂરી આપે છે

• લિનિયર ટોર્ક-સ્પીડ કેરેક્ટરિસ્ટિક્સ: ચોક્કસ કંટ્રોલને સક્ષમ બનાવે છે

મનેમોનિક: “SAFE” - Sensitive Armature with Feedback for Exactness.

પ્રશ્ન 5(બ) OR [4 ગુણ]

#

ડીસી સીરીઝ મોટરની ઝડપને નિયંત્રિત કરવા માટે સર્કિટ દોરો અને સમજાવો.

જવાબ: SCRનો ઉપયોગ કરીને DC સીરીઝ મોટર સ્પીડ કંટ્રોલ સર્કિટ.

ડાયાગ્રામ:

graph LR
    AC[AC Supply] --- BR[Bridge Rectifier]
    BR --- SCR[SCR]
    SCR --- S[Series Field]
    S --- A[Armature]
    A --- BR
    FC[Firing Circuit] --- SCR
    P[Potentiometer] --- FC

કાર્યપદ્ધતિ:

• બ્રિજ રેક્ટિફાયર ACને DCમાં રૂપાંતરિત કરે છે

• SCR મોટરને એવરેજ વોલ્ટેજ કંટ્રોલ કરે છે

• ફાયરિંગ એંગલ પોટેન્શિયોમીટર દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે

• સીરીઝ ફિલ્ડ અને આર્મેચર કરંટ સમાન છે

• ઓછા લોડ પર સ્પીડ વોલ્ટેજના વિપરીત બદલાય છે

• આર્મેચર વોલ્ટેજ કંટ્રોલ: સ્પીડ કંટ્રોલ માટે પ્રાથમિક પદ્ધતિ

• ટોર્ક કેરેક્ટરિસ્ટિક્સ: ઉચ્ચ સ્ટાર્ટિંગ ટોર્ક જાળવવામાં આવે છે

• સ્પીડ રેન્જ: સ્થિર ઓપરેશન માટે સામાન્ય રીતે 3:1

મનેમોનિક: “SCRAM” - SCR Controls Rectified Armature and Motor speed.

પ્રશ્ન 5(ક) OR [7 ગુણ]

#

સ્ટેપર મોટર નું બંધારણ અને કાર્યપદ્ધતિ સમજાવી તેના ઉપયોગો જણાવો

જવાબ: સ્ટેપર મોટર એ ઇલેક્ટ્રોમેકેનિકલ ડિવાઇસ છે જે ઇલેક્ટ્રિકલ પલ્સને ડિસ્ક્રીટ મિકેનિકલ મૂવમેન્ટમાં રૂપાંતરિત કરે છે.

બંધારણ:

ડાયાગ્રામ:

graph TD
    subgraph "Stepper Motor"
        R[Rotor - Permanent Magnet]
        S[Stator - Electromagnetic Coils]
        SH[Shaft]
    end

કાર્ય સિદ્ધાંત:

• ડિજિટલ પલ્સ ક્રમમાં સ્ટેટર વાઇન્ડિંગ્સને એનર્જાઇઝ કરે છે
• મેગ્નેટિક ફિલ્ડ સ્ટેટરની આસપાસ સ્ટેપ્સમાં ફરે છે
• રોટર ચોક્કસ એંગ્યુલર સ્ટેપ્સમાં મેગ્નેટિક ફિલ્ડને અનુસરે છે
• દિશા એનર્જાઈઝેશનના ક્રમ દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે
• સ્પીડ પલ્સ ફ્રિક્વન્સી દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે

સ્ટેપર મોટરના પ્રકાર:

ઉપયોગો:

• CNC મશીન અને 3D પ્રિન્ટર્સ
• રોબોટિક્સ અને ઓટોમેશન
• કેમેરા લેન્સ ફોકસિંગ મિકેનિઝમ
• પ્રિસિઝન પોઝિશનિંગ સિસ્ટમ
• મેડિકલ ઇક્વિપમેન્ટ
• ઓફિસ ઇક્વિપમેન્ટ (પ્રિન્ટર, સ્કેનર)
• ઓટોમોટિવ એપ્લિકેશન (હેડલાઇટ પોઝિશનિંગ)
• નાના કન્ઝ્યુમર ડિવાઇસિસ

મનેમોનિક: “REACT” - Rotation Exactly At Controlled Timing.