Tuesday, October 27, 2015

ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් II (Electronics) - 18

ඒ අනුව ඉන්ඩක්ටරයක් විදුලි තරංගයේ එක් අර්ධයක් තුළදී විදුලි ශක්තිය ගබඩා කරගෙන ඊළඟ අර්ධයේදී නැවත පිට කරයි (කැප් එකකත් මෙයම සිදු වුණා). මෙලෙස විදුලි ශක්තියක් තාවකාලිකව ගබඩා කර ගන්නේ කෙසේද ඉන්ඩක්ටරයක් තුළ? ධාරිත්‍රකයක නම් එය විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය තුළ ගබඩා කර ගත්තා. ඉන්ඩක්ටරයක් එම ශක්තිය ගබඩා කර ගන්නේ චුම්භක ක්ෂේත්‍රය තුළයි. චුම්භක ක්ෂේත්‍රය ප්‍රසාරණය වන විට, එම ශක්තිය තව තවත් ගබඩා වේ. එය සංකෝචනය වන විට, ගබඩා කරගත් ශක්තිය (energy) විදුලිය ලෙස නැවත පිට වේ. ඉන්ඩක්ටරයක කොපමණ විදුලි ශක්තියක් ගබඩා කර ගත හැකිද යන්න පහත ආකාරයට ව්‍යුත්පන්න කළ හැකියි (අනුකලන ගණිත ක්‍රමය යොදා ගෙන ඇත). මෙහි අවසානයේ දැක්වෙන (තද අකුරින් පෙන්වන) සූත්‍රයයි ඔබ මතක තබා ගත යුත්තේ.




ඉන්ඩක්ටරයක් යනු සන්නායක කම්බිවලින් සෑදු එකකි. එනිසා, ඕනෑම කම්බියකට මෙන් මෙහිදීද ඒ හරහා යා හැකි උපරිම ධාරාවක් ඇත. කැප් එකකට දැරිය හැකි උපරිම වෝල්ටියතාවක් තිබුණා සේ, ප්‍රේරකයක උපරිම ධාරාවක් ඇත (කොයිල් එක සෑදීමට යොදා ගන්නා කම්බියේ විශ්කම්භය අනුව දළ වශයෙන් එම අගය තීරණය වේ).

ධාරිත්‍රකයක් සඳහා කාල නියතය නම් සංකල්පය තිබුණා සේම ප්‍රේරක සඳහාද කාල නියතයක් පවතී. එහි අගය පහත සූත්‍රය අනුව සෙවිය හැකියි.

ප්‍රේරක කාල නියතය, T = L/R

ධාරිත්‍රකයක් චාජ් වීමට කාල නියත පහක් ගනියි යනුවෙන් අප සරල රීතියක් ඉගෙන ගත්තා මතකද? මෙහිදීද එම රීතිය එලෙසම වලංගු වේ. ඉහත සූත්‍රය අනුව ගණනය කරන ප්‍රේරක කාල නියත 5කින් ප්‍රේරකයක් සම්පූර්ණයෙන්ම "චාජ්" වේ. ධාරිත්‍රකයක චාජ් වීම ලෙස සැලකුවේ ධාරිත්‍රකය දෙපස ඩ්‍රොප් වන වෝල්ටියතාව (සැපයුම් වෝල්ටියතාව දක්වා) ඉහල යෑමයි. එහෙත් ප්‍රේරකයකට චාජ් වීම යනු ප්‍රේරකය හරහා යන ධාරාව (භාහිරින් සපයන සැපයුම් ධාරාව දක්වා) ඉහල යෑමයි. ඔව්, ඉන්ඩක්ටරයක් හරහා ධාරාවක් අඩු වැඩි වෙන විට, ක්ෂණිකවම එම අඩු වැඩි වීම ඉන්ඩක්ටරය තුළ සිදු නොවේ. කාල නියත කිහිපයකට පසුව තමයි සැපයුම් ධාරාවට සමාන වන්නේ. ධාරිත්‍රකවලදී පරිපථය සැලසුම් කරන මොහොතෙදි ඒ ඒ අවස්ථාව අනුව ගත යුතු කාල නියත ගණන අපට තීරණය කළා සේම, ප්‍රේරකවලදීද ඒ ඒ අවස්ථාව අනුව ගත යුතු කාල නියත ගණන අපට තීරණය කිරීමට සිදු වෙනවා. ඩිස්චාජ් වීම ගැනද අමුතුවෙන් කිව යුතු දෙයක් නැත (ධාරිත්‍රකවල කියූ විස්තරයමයි).
 

සෑම කාල නියතයකට පසුව ඉන්ඩක්ටර් ධාරාව සැපයුම් ධාරාවේ හා දැනට තමන් තුළින් ගලා යන ඉන්ඩක්ටර් ධාරාවෙහි වෙනසින් 63%ක් දක්වා ඉහල යයි (චාජ් වේ). කැප් ගැන කියූ විස්තර මතක නම්, අමුතුවෙන් අවබෝධ කර ගැනීමට දෙයක් මෙහි නැති බව ඔබට පෙනෙනු ඇත. ඉහත රූපයේ පැහැදිලිවම පෙනෙනවා ඉන්ඩක්ටරයක් තුළින් විදුලිය ගමන් කරන විට, එහි ධාරාව හා විභවය අතර ඇතිවන විචලනය. ධාරාව උපරිම අගය ගන්නා විට, විභවය අවම අගය ගන්නවා (මෙය තමයි අංශක 90 කලා වෙනස කියා සලකන්නේ). ආරම්භක අවස්ථාවේ, එනම් විදුලියට කනෙක්ට් කළ මොහොතේ ධාරාව ශූන්‍ය (අවමය) වන අතර, විභවය උපරිම අගය ගනී. කාලයත් සමඟ ධාරාව ඝාතීය ලෙස ඉහල යන අතර, විභවය ඝාතීය ලෙස පහල යයි. ඉන්ඩක්ටරය හරහා ගලන ධාරාවේ උපරිම අගය යනු පරිපථය හරහා ගලා යන සාමාන්‍ය ධාරා ප්‍රමාණයයි.

ධාරිත්‍රකයක ක්‍රියාකාරිත්වය බද්ධ වී තිබුණේ විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් සමගය. එනිසා විභවය එතැන ප්‍රමුඛස්ථානය ගත්තා (මොකද විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් විචලනය වන්නේ විභවය විචලනය වන විටයි). ප්‍රේරකයක ක්‍රියාකාරිත්වය බද්ධ වන්නේ චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් සමගයි. එනිසා ධාරාව ප්‍රමුඛස්ථානය ගන්නවා (මොකද චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් විචලනය වන්නේ ධාරාව විචලනය වන විටයි).

ධාරිත්‍රක සේම ප්‍රේරකද සංඛ්‍යාතය මත විචලනය වන ප්‍රතිරෝධකයක් සේ සැලකිය හැකියි.

ධාරිත්‍රක පාඩමේදී සලකා බැලූ සේම ප්‍රේරකද භාවිතා කළ හැකි ආකාර සොයා බලමු. ධාරිත්‍රක පාඩම්වලදී සවිස්තරාත්මකව පැහැදිලි කිරීම් තිබුණු බැවින් සංක්ෂිප්තව කරුණු මෙහි දැක්වේ. ප්‍රේරක දෙකක් භාවිතා කරමින් පහත ආකාරයේ විභව බෙදුමක් සෑදිය හැකියි.
 
 
උපාංග දෙකම ඉන්ඩක්ටර් බැවින් සංඛ්‍යාතය වෙනස් වුවද විභවය බෙදෙන අනුපාතය වෙනස් නොවේ. එහෙත් ප්‍රේරණතාව වැඩි වන විට ප්‍රතිබාදකයද වැඩි වන බැවින් ධාරාව අඩු වේ. තවද, විචලනය නොවන විදුලියක් මෙන්ම විචලනය වන විදුලියක්ද මෙම පරිපථය හරහා ගලා යා හැකියි. මේ දෙවර්ගයේම විදුලියට එකම විභව බෙදුම් අනුපාතයක් දක්වනවා.

LR circuit

දැන් ඉන්ඩක්ටරයක් හා ප්‍රතිරෝධකයක් එකතුව සාදන පරිපථ ගැන බලමු. මෙවැනි පරිපථ කොටස් LR circuit හෝ RL circuit ලෙස හැඳින්වෙනවා. මෙම උපාංග දෙක ශ්‍රේණිගතව හෝ සමාන්තරගතව සම්බන්ධ විය හැකියි. පළමුව ශ්‍රේණිගත RL සර්කිට් ගැන බලමු.

 

දැන් සිතන්න ඉහත පරිපථයේ IN කොටසට විචලනය නොවන ඩීසී විදුලියක් ලබා දෙනවා කියා. එවිට, ප්‍රේරකයේ ප්‍රතිබාදක අගය 0 වේ (තවද, කොයිල් එක සාදන්නට ගත් කම්බිවල ප්‍රතිරෝධය සාමාන්‍ය පරිපථවලදී ගණන් ගන්නේ නැති බව මුලදිම පැවසුවා). ඒ කියන්නේ එවැනි ස්ථාවර ඩීසී විදුලියක් සඳහා ඉහත පරිපථයේ ඉන්ඩක්ටරයක් එතැන නැතැයි සිතා කටයුතු කළ හැකියි.
 

 
මෙන්න මෙම ලක්ෂණය යොදා ගන්නවා පල්සේටිං ඩීසී විදුලියක් සුමට කිරීමට. පහත රූපයේ ආකාරයට චෝක් එකක් (ලෝඩ් එක සමගින්) ශ්‍රේණිගතව යෙදුවා යැයි සිතන්න. එනිසා, චෝක් එක හා ලෝඩ් එක දැන් විභව බෙදුමක් ආකාරයටයි පවතින්නේ. පල්සේටිං ඩීසී විදුලියේ ස්ථායි ඩීසී සංරචකය සඳහා චෝක් එකෙන් ප්‍රතිරෝධයක්/ප්‍රතිබාදකයක් දක්වන්නේ නැහැ (සැබෑ ජීවිතයේදී ඇත්තටම චෝක් එකේ වයර් විසින් ඇති කරන ඉතා කුඩා මිලිඕම් ගණනක ප්‍රතිරෝධය නම් තියෙනවා). එවිට, එම ස්ථායි ඩීසී විදුලිය සම්පූර්ණයෙන්ම වාගේ පිහිටන්නේ ලෝඩ් එක හරහාය (සැබෑ ජීවිතයේදී චෝක් එකේ තිබෙන ඉතා කුඩා ප්‍රතිරෝධය නිසා ඇත්ත වශයෙන්ම ගණන් ගත නොහැකි තරම් කුඩා වෝල්ටියතාවක් චෝක් එක දෙපසත් ඩ්‍රොප් වෙනවා). දැන් පල්සේටිං ඩීසී විදුලියේ ඒසී සංරචකය බලමු. මෙය හර්ට්ස් 50 (හෝ 60) විදුලියකි. මෙවිට චෝක් එක ඊට යම් ප්‍රතිබාදකයක් ඇති කරනවා (හෙන්රි එකක චෝක් එකක් සඳහා එම ප්‍රතිබාදක අගය ඕම් 629කි; පල්සේටිං සංඛ්‍යාතය 100 ලෙස ගෙන ඇත). දැන් පවර් සප්ලයි එකෙන් පිට වන විදුලියේ ඒසී සංරචකයයේ විභවය බෙදේ. ඒ කියන්නේ විචලනය වන වෝල්ටියතාවෙන් ලෝඩ් එකට යන ප්‍රමාණය අඩු වේ. ඒ කියන්නේ ඒසී කොටසේ විචලනය හායනය වෙනවා. මෙය තමයි ෆිල්ටර්වීම කියන්නෙ.
 

 
මීට අමතරව තවත් පැත්තක් එහි ඇත. විදුලිය සැපයූ ක්ෂණයෙහිම විචලනය වන විදුලි තරංගයේ ඉහලට යන කොටසේදී චෝක් එක "චාජ්" වේ (චුම්භක ක්ෂේත්‍රය විශාල වේ). විදුලි තරංගය උච්ච අගයට පැමිණි විට චෝක් එකද සම්පූර්ණයෙන්ම චාජ් වේ. මේ හේතුව නිසා ලෝඩ් එකට යන විදුලි ධාරාවේ යම් අඩුවක් ඇති වේ මොකද කොටසක් චෝක් එකේ ගබඩා කර ගන්නා නිසා චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් ලෙස. (ඔබ සමහරවිට නොදන්නවා විය හැකියි චුම්භක ස්‍රාවය හා ධාරාව යනු "අයිය මලෝ". එකක් අනෙක බවට පහසුවෙන්ම පරිවර්ථනය වේ. මේ හේතුව නිසාම ඇත්ත වශයෙන්ම ධාරාව මෙන්ම චුම්භක ධ්‍රැවයේ අගය (එනම් චුම්භකත්වය) මනින්නේද ඇම්පියර්වලිනි.) දැන් විදුලි තරංගය බැසගෙන යන විට, චෝක් එකේ චුම්භක ක්ෂේත්‍රය හැකිලෙමින් එහි තිබූ ශක්තිය නැවත විදුලි ශක්තිය ලෙස ලෝඩ් එකට ලබා දේ. එවිට ස්මූතිං කැප් එක "වල පිරෙව්වා" සේම චෝක් එකද "වල පුරවයි". මෙයම තමයි තවත් විදියකට ඉහත ෆිල්ටර් වීම ලෙස දැක්කේ. මේ තවත් දකින/විග්‍රහ කරන විදියක් පමණයි.
 


සටහන
කැප් එකක් යෙදීමෙන් හෝ චෝක් එකක් යෙදීමෙන් හෝ 100%ක්ම විචලනය නතර කිරීමට නොහැකි අතර අපට කරදරයක් නොවන මට්ටමක් දක්වා එම විචලනය අවම කිරීමයි කළ හැක්කේ. එහෙත් තවත් උපක්‍රම යෙදීමෙන් මෙම විචලනය ඉතාම කුඩා කළ හැකි හෝ සම්පූර්ණයෙන්ම ඉවත් කිරීමටද හැකියි. ඒ ක්‍රම ගැන පසුවට බලමු.

හරි, ස්ථායි ඩීසී විදුලියක් වෙනුවට දැන් විචලනය වන විදුලියක් ශ්‍රේනිගත LR පරිපථයට ලබා දෙනවා යැයි සිතමු. එවිට, යොදන විදුලියේ සංඛ්‍යාතය අනුව යම් ප්‍රතිබාදක අගයක් ප්‍රේරකය විසින් දක්වනු ඇත. ඒ කියන්නේ දැන් තිබෙන්නේ සංඛ්‍යාතය මත වෙනස් වන විභව බෙදුම් අනුපාතයක්. මෙය විභව බෙදුම් පරිපථයක් ලෙස සැකසිය හැකි අවුට්පුට් එක එම උපාංග දෙක මැදින් ගැනීමෙන්.


 
ඉහත රූපයේ දැක්වෙන විභව බෙදුමේ L = 20mH හා R = 1000 ohm විට, ඒ හරහා හර්ට්ස් 20ක විදුලි සංඥාවක් ගමන් කරනවා යැයි සිතන්න. දැන් එම ප්‍රේරකයේ ප්‍රතිබාදක අගය 2πfL අනුව, ඕම් 2.5කි. ඒ කියන්නේ විභවය බෙදෙන්නේ 2.5:1000 හෙවත් 1:400 අනුපාතයටයි. දැන් හර්ට්ස් 20000ක විදුලි සංඥාවක් ගමන් කරනවා යැයි සිතන්න. එවිට ප්‍රතිබාදක අගය ඕම් 2500කි. එවිට විභවය බෙදෙන්නේ 2500:1000 හෙවත් 5:2අනුපාතයෙනි. මෙය ෆිල්ටරයක් නේද? ඔව්, මෙය ලෝපාස් ෆිල්ටරයකි (LPF). සුපුරුදු ලෙසම කට්-ඕෆ් සංඛ්‍යාතයේදී -3dB ක හායනයක් සිදු වන ලෙස ෆිල්ටරය සෑදිය යුතුය. මෙහි බෝඩ් ප්ලොට් එකත් CR filter එකක LPF එකට සමානය. රෝල්-ඕෆ් (බෑවුම) -6db/octave වේ (විභවය සලකා). එ් කියන්නේ CR filter එකක තිබෙන බෑවුමයි LR filter එකකත් තිබෙන්නේ.
 

ඉහත LR පරිපථයේ විභවය හා ධාරාව හැසිරෙන විදිය ගැන තවදුරටත් අධ්‍යනය කරමු. පළමුව එහි ෆේසර් ඩයග්‍රැම් එක බලමු.
 

 
ශ්‍රේණිගත සම්බන්ධතාවක් නිසා, ගලා යන ධාරාව එකමය. ප්‍රතිරෝධකය හරහා ගලා යන ධාරාව හා විභවය සමකලාවේ පවතී. එලෙසම ප්‍රේරකයේ විභවය එම ධාරාවට වඩා අංශක 90ක් ඉදිරියෙන් යයි. මෙම පරිපථයේ සම්භාධක අගය සොයන සූත්‍රය සුපුරුදු පරිදි වේ (පහත දැක්වේ).

Z2 = XL2 + R2
 
ඒ අනුව ගලා යන ධාරාව, සැපයුම් විදුලියේ විභවය සම්භාදකයෙන් බෙදීමෙන් ලැබේ. කාල නියත පහකදී ප්‍රේරකය පැමිණෙන්නේ මෙන්න මෙම ධාරාවේ අගයට තමයි. තවද, එක් එක් උපාංගය දෙපස ඩ්‍රොප් වන විභවය වන්නේ එම ධාරාවෙන් අදාල උපාංගයේ ප්‍රතිරෝධි/ප්‍රතිබාදක අගය වැඩි කිරීමෙන් ලැබෙන අගයන්ය; එනම්, VR = R x I හා VL = XL x I වේ. අවසාන වශයෙන්, මුලු පරිපථයේ ගමන් කළ ධාරාවේ කලා වෙනස සෙවීමට tan-1(XL/R) යන සූත්‍රය යෙදිය හැකියි.

ඉහත රූපයේ ඉන්ඩක්ටරය හා රෙසිස්ටරය උඩ යට මාරු කළ විට, මෙය හයිපාස් ෆිල්ටරයක් (HPF) බවට පත් වේ. සියලු විස්තර දැන් ඔබට පහසුවෙන්ම සිතා ගත හැකියි.

දැන් බලමු සමාන්තරගත LR පරිපථ ගැන. සුපුරුදු ලෙසම උපාංග දෙකෙහිම දෙපස ඩ්‍රොප් වන්නේ එකම පොදු වෝල්ටියතාවකි. එහෙත් ධාරාවන් වෙනස් වේ. යොදන විදුලියේ සංඛ්‍යාතය අනුව ප්‍රේරකය විසින් යම් ප්‍රතිබාදක අගයක් ඇති කර ගන්නා අතර, පොදු විභවය එම ප්‍රතිබාදකයෙන් බෙදීමෙන් ප්‍රේරකය හරහා යන ධාරාවද, පොදු විභවය ප්‍රතිරෝදකයෙන් බෙදීමෙන් ප්‍රතිරෝධකය හරහා යන ධාරාවද වෙන වෙනම ගණනය කළ හැකියි. එහෙත් කලා වෙනස නිසා, ඒ දෙක නිකංම එකතු කර මුලු ධාරාව සෙවිය නොහැකියි. ඒ සඳහා මෙම ධාරාවන් දෙකෙහි දෛශික අාකලනය ගත යුතුයි. එනම්,

(මුලු ධාරාව)2 = (ධාරිත්‍රක ධාරාව)2 + (ප්‍රතිරෝධක ධාරාව)2

තවද, මෙහි සම්භාදක අගය සුපුරුදු ලෙසම (1/Z)2 = (1/XL)2 + (1/R)2 යන සූත්‍රයෙන් සෙවිය හැකියි. මෙම සම්බාදක අගය දන්නේ නම්, භාහිර පොදු විභවය එම සම්බාදක අගයෙන් බෙදූ විටද ලැබෙන්නේ මුලු ධාරාව වේ.

සටහන
ප්‍රතිරෝධකතාව (Resistance) යන්නෙහි පරස්පරය හෙවත් (1/ප්‍රතිරෝධකතාව) “සන්නායකතාව" (conductance) යන නමින් හැඳින්වෙනවා. එය G යන ඉංග්‍රිසි අකුරින් සංඛේතවත් කෙරෙන අතර, මනින ඒකකය සීමන්ස් (Siemens) හෝ මෝ (mho) වේ. මෝ යන්න සාදා තිබෙන්නේ ohm යන්නෙහි අකුරු ආපස්සට ලිවීමෙනි.

සීමන්ස් 1 = මෝ 1 = 1/(ඕම් 1)

සමහර වෙලාවට R සමග ගණනය කරනවාට වඩා G සමග ගණනය කිරීම පහසුය. එවැනි අවස්ථාවලදී G සමග අතරමැදි ගණනය කිරීම් සියල්ල සිදු කර, අවසානයේ එහි පරස්පරය ගැනීමෙන් අපට අවශ්‍ය ඕම් අගය (ප්‍රතිරෝධ අගය) ලැබේ. උදාහරණයක් ලෙස, සමාන්තරගත ප්‍රතිරෝධකවල සමක අගය සෙවීම පහසුවෙන්ම සන්නායකතාව මඟින් කළ හැකියි.
 


 
මෙලෙසම ප්‍රතිබාධකයන්ගේද පරස්පරයන් පවතී. එය susceptance යන වචනයෙන් හැඳින්වෙන අතර, B යන සංඛේත අකුරින් දැක්වෙනවා. මේ අනුව සසෙප්ටන්ස් වර්ග දෙකක් තිබෙනවා.
 
 
සසෙප්ටන්ස් අගයන්ද මනින්නේ මෝ/සීමන්ස්වලින්ය (ප්‍රතිබාදක ඕම්වලින් මනින නිසා). මෙලසම සම්බාදකයේ පරස්පරය admittance (Y) යනුවෙන් දැක්වෙනවා. එහි අගයද මෝ/සීමන්ස්වලින් මැනිය යුතුය. මුලින් ප්‍රතිරෝධක අවස්ථාවේදී පෙන්වා දුන් පරිදි මෙම පරස්පර රාශින් මඟින් සමහර සූත්‍ර සරලව ලිවිය හැකියි.

අවශ්‍යම නම් LR පරිපථවලින් ෆිල්ටර් සර්කිට් සෑදිය හැකියි. මේවාද පැසිව් ෆිල්ටර් වේ. එක් ප්‍රේරකයක් පමණක් සහිත විට, එය ෆස්ට් ඔර්ඩර් ෆිල්ටරයකි. ඉතිං මෙවැනි ෆිල්ටර් කොටස් කිහිපයක් එකට සම්බන්ධ කිරීමෙන් (සර්කිට් ලෝඩිං සිදු නොවන අයුරින්) සෙකන්ඩ් ඔර්ඩර් හා ඊට වැඩි ඕර්ඩර්වල ෆිල්ටර් සෑදිය හැකියි. ධාරිත්‍රකයකට වඩා ඉන්ඩක්ටර් ගොඩක් විශාල නිසාත්, ධාරිත්‍රකයකට වඩා ඉන්ඩක්ටරයක් සෑදීමට යන වියදම බොහෝවිට වැඩි නිසාත්, ප්‍රේරකයේ පවතින ඉන්ඩක්ටිව් කප්ලිං නිසාත්, RL filter වලට වඩා RC filter තමයි වැඩිපුර භාවිතා වන්නේ.

Power Factor (PF)

ශ්‍රේණිගතව හා සමාන්තරගතව ඇති RL පරිපථ (හා RC පරපථ) ගැන කතා කරන විට පවර් ෆැක්ටර් නම් වැදගත් කාරණාවක් හමු වෙනවා. මෙය පරිපථවලදී එතරම් වැදගත් නොවූවත් විදුලි ක්ෂේත්‍රයේ ඉතාම වටිනා නොසලකා හැරිය නොහැකි දෙයකි. දැන් ඒ ගැන බලමු. පළමුව ශ්‍රේණිගත RL පරිපථයක ෆේසර් ඩයග්‍රැම් එක බලමු.



ඉහත රූපයේදී ඔබට පෙනෙනවා අවසාන මුලු ධාරාවට හා රෙසිස්ටරයේ වෝල්ටියතාවට වඩා අංශක 90ක කලා කෝණයක් ඉදිරියෙන් කොයිලයේ වෝල්ටියතාව පිහිටන බව. මෙම රූපයෙන් ධාරිත්‍රක හා ප්‍රේරක වෝල්ටියතාවන් දෙක පමණක් සලකා දෛශික (පෛතගරස්) ආකලනය මඟින් එම විභවයන් දෙකෙහි අවසන් (සම්ප්‍රයුක්ත) විභවය (දම්පාටින්) ඇඳ ඇත. එම සම්ප්‍රයුක්ත විභවය සැපයුම් විභවයට අනිවාර්යෙන්ම සමානද වේ. දැන් එම සම්ප්‍රයුක්ත විභවයත් පිහිටන්නේ මුලු ධාරාවට වඩා යම් කලා කෝණයක් ඉදිරියෙනි
 
දැන් මෙම පරිපථ කොටසෙහි උත්සර්ජනය වන ජවය කොපමණද? ඔබ දන්නවා යම් පරිපථයක (උත්සර්ජනය වන හෝ නිෂ්පාදනය වන) ජවය මනින සූත්‍රය වන්නේ, ජවය = වෝල්ටියතාව x ධාරාව කියා. එවිට, බැලූ බැල්මට ඉහත පරිපථ කොටසේ ජවය ලෙස V x I දැක්විය හැකියි. බැලූ බැල්මට පෙනෙන විදියටයි එම සූත්‍රය අප යෙදුවේ. එනිසා මෙම ජවයට apparent power ("බැලූබැල්මට පෙනෙන ජවය") යන නම ව්‍යවහාර වෙනවා. එය සූත්‍රයක් ලෙස පහත ආකාරයට ලියනවා.

Apparent Power (VA) = V x I

ජවයේ සාමාන්‍ය ඒකකය වොට් (W) වේ. එහෙත් ඇපරන්ට් පවර් හි ඒකක දක්වන්නේ "වෝල්ට්-ඇම්පියර්" (VA) ලෙසයි (වෝල්ටියතාව හා ධාරාව මනින ඒකක දෙක කෙලින්ම එකට ලිවීමෙන් මෙම ඒකකය ලැබෙන බව පෙනෙනවා). මෙවැනි වෙනස්කමක් ඇපරන්ට් ජවයට කරන්නේ ඇයි? මොකද, එය මෙම පරිපථයේ නියම ඇත්තටම උත්සර්ජනය වන ජවය නොවන නිසා. මතකද පෙර අප ඉගෙන ගත්තා ධාරිත්‍රකයක් හා ඉන්ඩක්ටරයක් කිසිදු ජවයක් උත්සර්ජනය නොකරන බව? ඇපරන්ට් ජවය ගණනය කරන විට, එය අමතක කරයි සූත්‍රය සකසා ඇත්තේ. සත්‍ය වශයෙන්ම එවැනි RL (හා RC) පරිපථයක ඇති ප්‍රතිරෝධකය පමණයි ජවය උත්සර්ජනය කරන්නේ. ඒ අනුව එවැනි පරිපථයක සත්‍ය වශයෙන්ම ප්‍රතිරෝධකය විසින් පමණක් උත්සර්ජනය කරන ජවය තමයි නියම ජවය. මෙම ජවයට true power (W) (සත්‍ය ජවය) යන නම යෙදෙනවා. එය සුපුරුදු ලෙසම ධාරාව පරිපථයේ රෙසිස්ටරයේ අගයෙන් වැඩි කිරීමෙන් ලැබේ. මෙම ජවය සුපුරුදු ලෙසම වොට්වලින් මැනේ.

ඉතිං ඉහත කරුණ ඉතාම සරල මෙන්ම ඉතාම පැහැදිලියි. ඇයි අමුතුවෙන් මේ ගැන සොයා බැලිය යුත්තේ? ඇත්තටම ඉහත පෙන්වා දුන් පරිදි නම් එය පහසුවෙන්ම පරිපථයේ පෙනෙන්නට තිබෙන මෙන්ම පහසුවෙන්ම ගණනය කිරීමටද හැකි වුවත් ප්‍රායෝගික ලෝකයේදී එම තත්වයන් එතරම් පැහැදිලි නොවේ. ඊට හේතුවක් තිබෙනවා. පරිපථයක නම්, අප යොදන උපාංග මෙන්ම ඒවායේ නිශ්චිත අගයන් අප දන්නවා. එහෙත් මා පෙරත් සඳහන් කළ පරිදි මෙම තත්වය ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් පරිපථවලට වඩා ප්‍රශ්නයක් වී ඇත්තේ ඉලෙක්ට්‍රිකල් කෂේත්‍රයේය. කර්මාන්තශාලා (හා ගෙවල්වල පවා) භාවිතා කෙරෙන බොහෝ උපකරණවල විවිධ මාදිලියේ මොටර් ඇත. උදාහරණයක් ලෙස, ෆ්‍රිජ්, ඒසී, ෆෑන්, වොෂින් මැෂින්, බ්ලෙන්ඩර්/ග්‍රයින්ඩර්, වතුර මෝටර්, කර්මාන්තශාලාවල තිබෙන සෑම උපකරණයකම ඇතුලත ඇති විවිධාකාරයේ මෝටර් ගැන සිතන්න. මෝටර් සාදා තිබෙන්නේ කොයිල්වලින් වන අතර, ඒ හරහා විදුලිය යන විටත් ඔබ ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස්හි ඉගෙන ගන්නා ඉන්ඩක්ටර්වලට ඉහත සිදුවූ දේම සිදු වේ (එනම් ධාරාව හා වෝල්ටියතාව අතර කලා වෙනසක් ඇති කරනවා). එ් කියන්නේ මෝටර් (හා කොයිල් යොදා ගන්නා ඕනෑම උපකරණයක්) මඟින්ද ප්‍රේරණතාව ඇති කරනවා. එහෙත් මේ කිසිදු උපකරණයක ප්‍රේරණතාවන් නිශ්චිතවම ඔබ දන්නේ නැහැ නේද? (එහෙත් ඉලෙක්ට්‍රොනික් සර්කිට්වල යොදන කොයිල්වල ප්‍රේරණතාවන් සියල්ලම ඔබ දන්නවා.) පේනව නේද වෙනස? ඉතිං මෙවැනි සංකීර්ණ අවස්ථාවක (ප්‍රේරණතාවන් නොදන්නා) අපට බැහැ එම උපාංග කොලයක ඇඳ ඒවායේ සත්‍ය ජවයන් ඉහත කළ ආකාරයට ගණනය කිරීමෙන් දැන ගන්නට. එය දැනගත හැක්කේ සුදුසු වොට් මීටරයක් (true wattmeter) සවි කර කෙලින්ම මැන ගැනීමෙන්ය. එහෙත්, අපට පුලුවන් පහසුවෙන්ම ඇපරන්ට් ජවය ගණනය කරන්න මොකද එය නිකංම වෝල්ටියතාව හා මුලු ධාරාව ගුණ කිරීමෙන් ලැබෙනවා. ඉතිං ජවයන් දෙකක් අප අතරේ භාවිතයේ තිබෙන්නේ එනිසයි.

ඉහත පෙන්වා දුන්නේ RL පරිපථයක තත්වයයි. RC පරිපථයකද එවැනි තත්වයක් ඇති වේ. ඉහත ෆේසර් ඩයග්‍රැම් එක නැවත බලන්න. මෙහිද මුලු ධාරාව හා මුලු (සම්ප්‍රයුක්ත) වෝල්ටියතාව අතර කලා වෙනසක් පවතිනවා. එනිසා ඇපරන්ට් හා ටෲ පවර් යන දෙකම වෙන වෙනම ගණනය කළ හැකියි.

ඇපරන්ට් ජවය = (ධාරාව)2 x (සම්භාදකය) → VA = I2Z
ටෲ ජවය = (ධාරාව)2 x (ප්‍රතිරෝධක අගය) → W = I2R

RC හා RL පරිපථ දෙකෙහිම දෙවර්ගයේම ජවයන් පැවතියත්, මෙම අවස්ථා දෙකෙහි විශාල වෙනසක් තිබෙනවා. ඔබ RL හා RC දෙකෙහි ෆේසර් ඩයග්‍රැම් දෙක නැවත හොඳින් බැලුවොත් වෙනස පෙනේවි. RL හි කලා කෝණය ධන වන අතර, RC හි කලා කෝණය ඍණ වේ. මෙය ඉතාම වැදගත් මෙන්ම ප්‍රයෝජනයක් ගත හැකි තත්වයකි. ඔබ දන්නවා එකිනෙකට විරුද්ධව ඇතිවිට එකක් අනෙකින් උදාසීන කළ හැකි බව. ඒ කියන්නේ RC පරිපථයකින් ඇතිවන කලා වෙනස, ඊට ගැලපෙන (එනම් එම කලා වෙනස ගාණට කපා හැරිය හැකි පරිදි අගයන් යෙදූ) RL පරිපථයකින් අහෝසි කළ හැකියි. එහෙත් දැන් අලුතින් ඇතිවන ප්‍රශ්නය වන්නේ එලෙස කලා වෙනසක් ඇති වූවාට තිබෙන ගැටලුව කුමක්ද යන්නයි.

විශාල ගැටලුවක් තිබේ. එය මෙලෙස තර්ක කරන්න. හැමවිටම ඇපරන්ට් ජවය සත්‍ය ජවයට වඩා විශාලය. උදාහරණයක් ලෙස මොටරයක් ගමු. මෝටරයට වැය වන ඇපරන්ට් ජවය 1200VA නම්, එහි සත්‍ය ජවය 1000W ක් විය හැකියි. මේ ජවයන් දෙකෙන් සත්‍ය ලෙසම මෝටරය උත්සර්ජනය කරන්නේ 1000 වේ. එවිට, වෙනස වන (1200-1000=) 200ට කුමක් සිදු වේද? එය උත්සර්ජනය නොවේ නම්, නැවත පරිපථයට ලැබෙන නිසා එය ගැටලුවක් නොවේ යැයි ඔබට එකවරම සිතෙනු ඇත. එහෙත් එම වෙනස පරිපථයට නැවත ලැබුණත් පරිපථය එය භාර ගැනීමට සූදානම් නැත. එහෙත් එය භාර ගැනීමට හැකිවනු පිණිසද පරිපථය වෙනස් කළ හැකියි (ඇත්තටම එය කරන හැටි තමයි අප ඉගෙන ගත යුත්තේ). මෙහෙම සිතන්න. ඔබේ නිවසට විදුලිය ලැබෙන්නේ විදුලි බල මණ්ඩලයෙන්. ඔබ ඔවුන්ගෙන් විදුලිය ගැනීම පමණයි කළ හැක්කේ. ඒ සඳහා ඔබ ඔවුන්ට විදුලි බිල්පත් මඟින් මුදල්ද ගෙවනවා. එහෙත් ඔබ විසින් එක තත්පරයකටවත් විදුලි බල මණ්ඩලයට විදුලිය සැපයිය හැකිද? (එවිට ඔවුන්ට ඔබෙන් ලැබෙන විදුලිබලයට මුදල් ගෙවීමටත් සිදු වෙනවා.) නොහැකියි නේද? ඊට හේතුව ඔවුන්ගේ විදුලි බෙදා හැරීමේ පරිපථ සාදා තිබෙන්නේ විදුලිය ලබා දීමට පමණයි. දැන් ඉහත කාරණය ගැන සිතන්න. පරිපථයෙන් පිට කරන වෝට් 200 ලබා ගන්නට විදුලි බල මණ්ඩලයේ පරිපථ සූදානම් නැහැ. සාමාන්‍යයෙන් ඔබේ පරිපථත් ඊට සූදානම් නැහැ. ඉතිං එම අමතර විදුලිය අපතේ යනවා. කොච්චර නාස්තියක්ද එය? කර්මාන්තශාලාවලට මෙය රුපියල් මිලියන ගණනක නාස්තියක් විය හැකියි. එය නිකංම නාස්ති වෙනවා නොවේ; එය නාස්ති වෙන්නේ පරිපථය හා උපකරණ ඔස්සේම එම ධාරාව නිකරුණේ ගමන් කරවමින්. මෙවිට අමතර තාපයක් උපදිනවා. ඒවා උපකරණවලට හානිකර වෙන්නත් පුලුවන්. එම හානිය (තාපය) අඩු කිරීමට නැවතත් අමතර වියදමක් යොදා සිසිල් කිරීමටද සිදු වේ.

විදුලි ශක්තිය පැත්තෙන් බැලුවහම එය විශාල නාස්තියක්; විශාල පරිසර දූෂණයක්. සෑම නාස්තියකින්ම හා පරිසර දූෂණයකින්ම විශාල (විශේෂයෙන්ම ආර්ථික) පාඩු සිදු වේ. මෙම පාඩුව එක්කෝ විදුලි බල මණ්ඩලය දැරිය යුතුය; නැතහොත් කර්මාන්තශාලාව/නිවස විසින් දැරිය යුතුය. එනිසා කර්මාන්තශාලා එම නාස්තිය වැලැක්වීමට කටයුතු කළ යුතුයි. එය කළ හැක්කේ ඉහතදී පෙන්වා දුන් පරිදි කොයිල්වලින් ඇතිවන කලා වෙනසයි ධාරිත්‍රකවලින් ඇතිවන කලා වෙනසයි එකිනෙකට විරුද්ධ නිසා. සාමාන්‍යයෙන් උපකරණවල ධාරිත්‍රක බහුලව යොදාගෙන ක්‍රියාත්මක වන උපකරණ නැත. එනිසා ධාරිත්‍රකවලින් ගැටලුවක් (ජව හානියක්) ගැන ඇපරන්ට් පවර් එකක් ගැන අප සාමාන්‍යයෙන් කතා කරන්නේ නැත. කොයිල්වලින් ඇතිවන ගැටලුවක් තමයි තිබෙන්නේ. එ් කියන්නේ දැන් පුලුවන් එම කොයිල්වලින් ඇතිවල ජව හානිය සුදුසු කැප් යොදමින් නිවැරදි කරන්න. එලෙස කිව්වත් සැබෑ ලෙස සිදුවන්නේ මෙයයි. කොයිල් විසින් තාවකාලිකව ගබඩා කරගත් විදුලිය නැවත පිට කරනවා. මෙම පිට කරන විදුලිය කවුරුත් භාරගන්න කැමැති නැති නිසා, එය ගබඩා කර ගන්නට කුමක් හෝ උපක්‍රමයක් යෙදිය යුතු වෙනවා. එහෙත් මේ සඳහා බැටරි යෙදිය නොහැකියි මොකද ඉතා ක්ෂණයකින් බැටරියකට බැහැ විදුලි ශක්තියක් ගබඩා කර ගන්න. ඒ සඳහා තිබෙන හොඳම උපක්‍රම දෙක තමයි එක්කෝ ධාරිත්‍රක භාවිතා කිරීම නැතිනම් ඉන්ඩක්ටර් භාවිතා කිරීම. එහෙත් මෙහිදී ඉන්ඩක්ටර් යෙදීමට බැහැ මොකද ප්‍රශ්නය ඇති වී තිබෙන්නෙත් ඉන්ඩක්ටර් නිසා. එවිට කැප් තමයි අවසාන තුරුම්පුව. ඇත්තටම ඉතා විශාල සුවිශේෂි ධාරිත්‍රකයි මේ සඳහා යොදා ගන්නේ. මෙම ධාරිත්‍රක Power Factor Correction Capacitors (PFC caps) ලෙස හැඳින්වෙනවා. එවැනි ධාරිත්‍රක බොහෝ ගණනක් ස්ථාපනය කර ඇති අවස්ථාවක් capacitor bank (ධාරිත්‍රක බැංකුවක්) එකක් ලෙස හැඳින්වෙනවා. පහත රූපයේ දැක්වෙන්නේ කර්මාන්තශාලාවක සවිකර තිබෙන එවැනි කැප් බෑන්ක් එකකි.
 



නැවතත් ෆේසර් ඩයග්‍රැම් එකක් අඳිමු (ධාරාව හා වෝල්ටියතාව දෙක පමණක් තිබෙන පරිදි). මෙම ඩයග්‍රෑම් එකේ කෙලින්ම වෝල්ටියතාව හා ධාරාව ගුණ කිරීමෙන් ඇපරන්ට් ජවය ලැබේ. එය ගැන නැවත කල්පනා කර බලන්න. මෙහි සම්ප්‍රයුක්ත වෝල්ටියතාව යනු භාහිර සැපයුම් වෝල්ටියතාවමයි. ධාරාව යනු උපාංග දෙකම හරහා යන ධාරාව බැවින් එය ගණනය කිරීමට ගෙන තිබෙන්නේ සම්භාදකයයි. ඒ කියන්නේ මෙම පරිපථයට විදුලිය ලබා දෙන පවර් සප්ලයි එකේ විභවය වෝල්ට්මීටරයකින්ද, එහි ගමන් කරන මුලු ධාරාව ඈම්ප්මීටරයකින්ද මැන, ඒ දෙක ගුණ කළ විට පහසුවෙන්ම ඇපරන්ට් ජවය ගණනය කළ හැකියි (මෙය තමයි මා පෙරත් සඳහන් කළේ ඇපරන්ට් ජවය දැනගැනීම/ගණනය කිරීම ඉතාම පහසු බව). මෙම ඩයග්‍රැම් එකෙන්ම සත්‍ය ජවයත් පහසුවෙන්ම ගණනය කළ හැකියි. ඒ සඳහා කිරීමට තිබෙන්නේ විභවය හා ධාරාව එක් දිශාවක් ඔස්සේ ගැනීමයි. ගණිතානුකූලව එය සිදු කරන්නේ විභවය හා ධාරාව අතර පවතින කලා කෝණයේ කොස් අගයෙන් ඇපරන්ට් ජවය ගුණ කිරීමයි. මෙය ගණිතානුකූලව මෙසේ ප්‍රකාශ කළ හැකියි: “විභවයේ (හෝ ධාරාවේ) ප්‍රක්ෂේපණය (projection) ධාරාව (හෝ විභවය) ඔස්සේ ගෙන, එම අගයන් දෙක ගුණ කිරීමයි".
 
 
එය සූත්‍රයක් ලෙස පහත ආකාරයට ලිවිය හැකියි.

සත්‍ය ජවය = (ඇපරන්ට් ජවය) x (ධාරාව හා විභවය අතර පවතින කෝණයේ කොස් අගය)
W = (VA)cos(a)

මෙන්න මෙම කොස් අගය (cos(a)) තමයි පවර් ෆැක්ටර් (ජව සාධකය) ලෙස හැඳින්වෙන්නේ. මෙම කොස් අගය 1 බවට පත් වුවොත් ඇපරන්ට් ජවය සත්‍ය ජවයට සමාන වේ. ඒ කියන්නේ කිසිදු ජව හානියක් සිදු නොවේ. ඉහත පැවසූ ලෙසට කැප් බෑන්ක් යෙදීමෙන් කරන්නේ එයයි. කලා කෝණය 0 කළ විට කොස්(0) = 1 නිසා, කලා කෝණය 0 කිරීම තමයි එහි අරමුණ. තවද, ඉහත සූත්‍රය පහත ආකාරයට තවත් සුලු කළ හැකියි.
 
 
ඇත්තටම පවර් ෆැක්ටර් නිවැරදි කිරීමට කැප් යොදන විට, සම්පූර්ණ පරිපථය ප්‍රතිරෝධක, ප්‍රේරක, ධාරිත්‍රක යන උපාංග තුනම ඇතුලත් RLC circuit එකක් බවට පත් වේ. මෙවැනි පරිපථ ගැන පාඩම් මාලාවේ ඉදිරියට ඉගැන්වෙනවා. ඔබ එම පාඩම් ඉගෙන ගත් පසු පවර් ෆැක්ටර් එක නිවැරදි කරන ආකාරය (එනම් එය නිවැරදි කිරීමට යෙදිය යුතු කැප් එකේ අගය සෙවීම) වැටහේවි. තවද, ජව සාධකය නිවැරදි කිරීම ඉලෙක්ට්‍රොනික් පරිපථවල සාමාන්‍යයෙන් සිදු නොකරයි. එහෙත් මේ ගැන න්‍යායාත්මකව හෝ දැන සිටීම වටිනවා.


ඉලෙක්ට්‍රෝනික්ස් (electronics) ...

No comments:

Post a Comment