एक चॉपर (Chopper) क्या है?

Question

Accepted Answer

D: उच्च गति अर्धचालक स्विच (High speed semiconductor switch)

Explanation & Concepts:
एक चॉपर मूल रूप से एक उच्च-गति वाला स्थैतिक अर्धचालक स्विच (high-speed static semiconductor switch) है जिसका उपयोग नियत (fixed) DC इनपुट वोल्टेज को सीधे परिवर्तनशील (variable) DC आउटपुट वोल्टेज में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है। यह AC ट्रांसफॉर्मर के DC समकक्ष के रूप में कार्य करता है, जो SCRs, MOSFETs या IGBTs जैसे पावर स्विचिंग उपकरणों का उपयोग करके स्टेप-अप या स्टेप-डाउन DC वोल्टेज नियंत्रण प्रदान करता है।

Working Principle: एक चॉपर उच्च-गति वाले अर्धचालक स्विचों का उपयोग करके नियत DC आपूर्ति से भार (load) को तेजी से जोड़कर और अलग करके काम करता है। ड्यूटी साइकिल ($T_{ON} / T$) को नियंत्रित करके, भार के पार औसत आउटपुट वोल्टेज को इनपुट DC स्रोत स्तर से ऊपर या नीचे लगातार बदला जा सकता है।

Key Formulas: $V_o = \alpha \cdot V_s = \left(\frac{T_{ON}}{T}\right) V_s$ — स्टेप-डाउन (बक) चॉपर के लिए आउटपुट वोल्टेज; $V_o = \frac{V_s}{1 - \alpha}$ — स्टेप-अप (बूस्ट) चॉपर के लिए आउटपुट वोल्टेज; $\alpha = \frac{T_{ON}}{T_{ON} + T_{OFF}} = f \cdot T_{ON}$ — चॉपर स्विच का ड्यूटी साइकिल

Key Points: चॉपर चुम्बकीय फ्लक्स जुड़ाव के बिना DC वोल्टेज का स्थैतिक रूपांतरण करते हैं (AC ट्रांसफॉर्मर के विपरीत)।; उच्च स्विचिंग आवृत्तियाँ (kHz रेंज) बाहरी फ़िल्टर प्रेरकों (inductors) और संधारित्रों (capacitors) के आकार को कम करने की अनुमति देती हैं।; SCRs, MOSFETs, IGBTs, या GTOs जैसे पावर इलेक्ट्रॉनिक्स उपकरण सॉलिड-स्टेट स्विचिंग तत्वों के रूप में कार्य करते हैं।; समय अनुपात नियंत्रण (Time Ratio Control - TRC) और धारा सीमा नियंत्रण (Current Limit Control - CLC) मुख्य उपयोग की जाने वाली नियंत्रण रणनीतियाँ हैं।

Advantages: स्थैतिक अर्धचालक उपकरणों में कम स्विचिंग हानि के कारण उच्च दक्षता; इलेक्ट्रोमैकेनिकल DC मोटर जनरेटर की तुलना में कॉम्पैक्ट आकार और हल्का वजन; औसत आउटपुट वोल्टेज पर सूक्ष्म नियंत्रण के साथ तीव्र डायनेमिक प्रतिक्रिया

Disadvantages: उच्च-आवृत्ति विद्युत शोर और विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (EMI) उत्पन्न करता है; आउटपुट धारा में रिपल (उतार-चढ़ाव) को सीमित करने के लिए स्मूथिंग प्रेरकों और फ़िल्टरों की आवश्यकता होती है

Applications: DC ट्रैक्शन सिस्टम गति नियंत्रण (इलेक्ट्रिक ट्रेनें, ट्रॉली बसें, EVs); स्विच्ड-मोड पावर सप्लाई (SMPS); DC मोटरों का पुनर्योजी ब्रेकिंग (Regenerative braking)

Additional Info: विकल्प A एक नियंत्रण तकनीक (समय अनुपात नियंत्रण) है जिसका उपयोग चॉपर के भीतर किया जाता है, यह स्वयं चॉपर की परिभाषा नहीं है।. विकल्प B एक दिष्टकारी (rectifier) का वर्णन करता है, जो AC को DC में परिवर्तित करता है।. विकल्प C एक सामान्य कार्यात्मक रूपक ('DC ट्रांसफॉर्मर') है, लेकिन तकनीकी रूप से गलत है क्योंकि चुंबकीय ट्रांसफॉर्मर फैराडे के नियम और AC फ्लक्स पर निर्भर करते हैं, जबकि एक चॉपर भौतिक रूप से एक स्विचिंग कनवर्टर है।

Answer: D सही है — एक चॉपर मूल रूप से एक स्थैतिक उच्च-गति अर्धचालक स्विच है जो DC वोल्टेज को स्टेप अप या स्टेप डाउन करने के लिए तेजी से चालू (ON) और बंद (OFF) होता है।

Exam Tip: याद रखें कि यद्यपि परीक्षाओं में चॉपर को अनौपचारिक रूप से 'DC ट्रांसफॉर्मर' कहा जाता है, लेकिन इसकी भौतिक पहचान हमेशा समय अनुपात नियंत्रण (TRC) पर काम करने वाला एक स्थैतिक उच्च-गति अर्धचालक स्विच होती है।

Answer

Option A: समय अनुपात नियंत्रक (Time ratio controller)

Answer

Option B: AC से DC कनवर्टर

Answer

Option C: DC ट्रांसफॉर्मर

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