निम्नलिखित में से किस मोटर का स्टार्टिंग टॉर्क (starting torque) सबसे अधिक होता है?

Question

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B: कैपेसिटर स्टार्ट मोटर (Capacitor Start motor)

Explanation & Concepts:
सिंगल-फेज इंडक्शन मोटरों में, कैपेसिटर-स्टार्ट मोटर सबसे अधिक स्टार्टिंग टॉर्क प्रदान करती है। यह सहायक (स्टार्टिंग) वाइंडिंग के साथ श्रेणी (series) में एक उच्च-मान वाला इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर रखकर उच्च स्टार्टिंग टॉर्क—आमतौर पर पूर्ण-लोड टॉर्क का 300% से 400%—प्राप्त करती है। यह स्टार्टिंग के दौरान मुख्य और सहायक वाइंडिंग्स में धाराओं के बीच $90^\circ$ के करीब एक फेज़ शिफ्ट ($ \alpha$) उत्पन्न करता है।

Working Principle: सिंगल-फेज इंडक्शन मोटर स्वयं स्टार्ट (self-starting) नहीं होती हैं क्योंकि सिंगल-फेज AC सप्लाई एक घूर्णी चुंबकीय क्षेत्र के बजाय एक स्पंदमान (pulsating) चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है। स्टार्टिंग वाइंडिंग के साथ श्रेणी में एक कैपेसिटर डालकर, सहायक वाइंडिंग धारा ($I_{aux}$) सप्लाई वोल्टेज ($V$) से आगे (lead) रहती है, जबकि मुख्य वाइंडिंग धारा ($I_{main}$) अपने उच्च प्रेरकत्व (inductance) के कारण वोल्टेज से पीछे (lag) रहती है। यह एक समकोण फेज़ अंतर ($ \alpha \approx 90^\circ$) प्रदान करता है, जिससे स्थिर अवस्था में एक मजबूत, समान घूर्णी चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है। स्टार्टिंग टॉर्क $T_{s}$ सीधे $ \sin \alpha$ के समानुपाती होता है, जिससे $ \alpha = 90^\circ$ होने पर टॉर्क अधिकतम होता है। एक बार जब मोटर रेटेड गति के लगभग 75% से 80% तक पहुंच जाती है, तो एक अपकेंद्री स्विच (centrifugal switch) सहायक वाइंडिंग और कैपेसिटर को डिस्कनेक्ट कर देता है।

Key Formulas: $T_s = k \cdot I_m \cdot I_a \cdot \sin \alpha$ — स्टार्टिंग टॉर्क समीकरण जहां $\alpha$ मुख्य ($I_m$) और सहायक ($I_a$) वाइंडिंग धाराओं के बीच फेज़ कोण है; $\alpha \approx 90^\circ \implies \sin \alpha \approx 1$ — अधिकतम स्टार्टिंग टॉर्क के लिए कैपेसिटर स्टार्ट मोटर में फेज़ विस्थापन स्थिति

Key Points: कैपेसिटर स्टार्ट मोटरें रेटेड फुल-लोड टॉर्क का 300% से 400% के बीच उच्च स्टार्टिंग टॉर्क प्रदान करती हैं।; कम लागत पर उच्च फेज़ शिफ्ट प्रदान करने के लिए स्टार्टिंग वाइंडिंग के साथ श्रेणी में एक शॉर्ट-ड्यूटी इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर का उपयोग किया जाता है।; अपकेंद्री स्विच (centrifugal switch) तुल्यकालिक गति के लगभग 75%-80% पर स्टार्टिंग वाइंडिंग और कैपेसिटर को डिस्कनेक्ट कर देता है।; स्टार्टिंग टॉर्क तुलना: कैपेसिटर स्टार्ट > कैपेसिटर स्टार्ट कैपेसिटर रन > रेजिस्टेंस स्प्लिट फेज़ > शेडेड पोल।

Advantages: अन्य सिंगल-फेज मोटरों की तुलना में अत्यधिक उच्च स्टार्टिंग टॉर्क; सरल संरचना और विश्वसनीय संचालन; बेहतर स्टार्टिंग पावर फैक्टर

Disadvantages: अपकेंद्री स्विच और इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर के कारण उच्च प्रारंभिक लागत; स्टार्टिंग कैपेसिटर की शॉर्ट-ड्यूटी रेटिंग के कारण बार-बार स्टार्टिंग चक्रों को संभाल नहीं सकता; अपकेंद्री स्विच एक संभावित यांत्रिक विफलता बिंदु पेश करता है

Applications: एयर कंप्रेसर, पंप और रेफ्रिजरेटर जैसे भारी-लोड उपकरण; कन्वेयर और मशीन टूल्स जिन्हें उच्च ब्रेकअवे टॉर्क की आवश्यकता होती है

Additional Info: विकल्प A (प्रतिरोध स्टार्ट मोटर): इसमें मध्यम स्टार्टिंग टॉर्क (~ पूर्ण लोड टॉर्क का 150%) होता है क्योंकि फेज़ कोण $\alpha$ अपेक्षाकृत छोटा (लगभग $30^\circ$) होता है।. विकल्प C (कैपेसिटर रन मोटर): इसमें कम स्टार्टिंग टॉर्क (~ पूर्ण लोड टॉर्क का 50%–100%) होता है क्योंकि यह एक छोटे निरंतर-ड्यूटी कैपेसिटर का उपयोग करता है जो स्टार्टिंग प्रदर्शन के बजाय रनिंग दक्षता के लिए अनुकूलित होता है।. विकल्प D (शेडेड पोल मोटर): खराब चुंबकीय शिफ्टिंग और कम दक्षता के कारण इसका स्टार्टिंग टॉर्क सबसे कम (~ पूर्ण लोड टॉर्क का 50% या उससे कम) होता है।

Answer: B सही है — स्टार्टिंग कैपेसिटर द्वारा प्रदान किए गए $90^\circ$ फेज़ शिफ्ट के कारण सिंगल-फेज इंडक्शन मोटरों में कैपेसिटर स्टार्ट मोटर उच्चतम स्टार्टिंग टॉर्क (फुल-लोड टॉर्क का 300%-400%) प्रदान करती हैं।

Exam Tip: प्रतिस्पर्धी परीक्षाओं के लिए, टॉर्क पदानुक्रम क्रम याद रखें: कैपेसिटर स्टार्ट कैपेसिटर रन (उच्च रनिंग दक्षता और अच्छा स्टार्टिंग टॉर्क) बनाम कैपेसिटर स्टार्ट (उच्चतम स्टार्टिंग टॉर्क) > रेजिस्टेंस स्प्लिट फेज़ > शेडेड पोल (सबसे कम दक्षता और टॉर्क)।

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Option A: प्रतिरोध स्टार्ट मोटर (Resistance Start motor)

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Option C: कैपेसिटर रन मोटर (Capacitor Run Motor)

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Option D: शेडेड पोल मोटर (Shaded pole motor)

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