വൈദ്യുതജനിത്രം
യാന്ത്രികോർജ്ജം വൈദ്യുതോർജ്ജം ആയി മാറ്റുന്ന യന്ത്രമാണ് വൈദ്യുത ജനിത്രം (Electrical generator). ഫാരഡെയുടെ (Michael Faraday) വൈദ്യുതകാന്തികപ്രേരണതത്വം (Electromagnetic Induction) അനുസരിച്ചു പ്രവർത്തിക്കുന്നു.
പ്രധാനമായി, രണ്ടു തരം ജനിത്രങ്ങളുണ്ട്; നേർധാരാ വൈദ്യുതി ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നവയും (DC Generators), പ്രത്യാവർത്തിധാര ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നവയും (Alternators). അവയുടെ നിർമ്മിതിയിൽ ചില വ്യത്യാസങ്ങൾ ഉണ്ടെങ്കിലും, പ്രവർത്തനതത്വം ഒന്നുതന്നെയാണ്. പ്രത്യാവർത്തിധാരയാണ് ഏതൊരു ജനിത്രത്തിലും ആദ്യം ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നത്. ഒരു വ്യൂത്ക്രമണികയുടെ (Commutator) സഹായത്തോടെ പ്രത്യാവർത്തിധാരയുടെ ദിശ തുടർച്ചയായി മാറ്റി, നേർധാരാവൈദ്യുതിയാക്കുകയാണ് നേർധാരാജനിത്രങ്ങളിൽ ചെയ്യുന്നത്. ഹംഗറിയിലെ ബുഡാപെസ്റ്റിൽ 20-ം നൂറ്റാണ്ടിന്റെ ആദ്യകാലത്തു നിർമ്മിച്ചതും ഒരു ജലവൈദ്യുതനിലയത്തിന്റെ ഉത്പാദനമുറിയിൽ സ്ഥാപിച്ചതുമായ പ്രത്യാവർത്തിധാരാജനിത്രങ്ങൾ ഒന്നാം ചിത്രത്തിൽ കാണാം.
ഘടകങ്ങളും പ്രവർത്തനതത്വവും
തിരുത്തുക
ഒരു പ്രത്യാവത്തിധാരാജനിത്രത്തിന്റെ വിവിധ ഘടകങ്ങൾ രണ്ടാം ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ജനിത്രത്തിൽ രണ്ട് പ്രധാനഭാഗങ്ങൾ ഉണ്ട്. വൈദ്യുതി ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന സ്ഥിതകമ്പിച്ചുരുളുകൾ (Stator Windings) വിന്യസിച്ചിരിക്കുന്ന ഒരു സ്ഥിരഭാഗവും (stator) അതിനുള്ളിൽ കറങ്ങുന്ന ഭ്രമണകം (Rotor) എന്ന മറ്റൊരു ഭാഗവും. ഭ്രമണകത്തിൽ, കാന്തികക്ഷേത്രം സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനാവശ്യമായ മറ്റൊരു കമ്പിച്ചുരുൾ സ്ഥാപിച്ചിട്ടുണ്ട്. പ്രസ്തുത ഭ്രമണകച്ചുരുളിലേയ്ക്ക് (Rotor Winding) നേർധാരാവൈദ്യുതി കടത്തിവിട്ട്, കാന്തികക്ഷേത്രം സൃഷ്ടിക്കുന്നു. സ്നിഗ്ധവളകളും സ്പർശകങ്ങളും (Slip-rings and Brushes) ഉപയോഗിച്ചാണ് കറങ്ങുന്ന ഭ്രമണകച്ചുരുളിലേക്ക് പുറമേനിന്ന് നേർധാരാവൈദ്യുതികടത്തിവിടുന്നത്. എന്നാൽ ചെറിയ ജനിത്രങ്ങളിൽ സ്ഥിരകാന്തങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് കാന്തികക്ഷേത്രമുണ്ടാക്കാറുണ്ട്. ചില വലിയ ജനിത്രങ്ങളിൽ, ഭ്രമണകത്തിൽത്തന്നെ ഘടിപ്പിച്ചിട്ടുള്ള ചെറുജനിത്രങ്ങളാണ് കാന്തികക്ഷേത്രം സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനാവശ്യമായ നേർധാരയുണ്ടാക്കുന്നത്;പുറമേനിന്ന് നേർധാര നൽകേണ്ടതില്ല, അതുകൊണ്ട്, വളയങ്ങളാവശ്യമില്ല. അത്തരം ജനിത്രങ്ങളെ വളയില്ല്ല്ലാജനിത്രങ്ങൾ (Brush-less Alternators) എന്നു വിളിക്കുന്നു.
ചിത്രം മൂന്നിൽ, വൈദ്യുതോല്പാദനത്തിന്റെ ഒരു ലഘു ചലച്ചിത്രം നൽകിയിരിക്കുന്നു.ചിത്രത്തിലെ ചലിക്കുന്ന അസ്ത്രങ്ങൾ, കമ്പിച്ചുരുളുകളിൽ ഉല്പാദിക്കുന്ന വൈദ്യുതവോൾട്ടതടെ മൂല്യവും ദിശയും സൂചിപ്പിക്കുന്നു. കാന്തികക്ഷേത്രമുള്ള ഭ്രമണകം ബാഹ്യശക്തിയാൽ തിരിയുമ്പോൾ, കാന്തികക്ഷേത്രം, സ്ഥിതച്ചുരുളുകളിൽ വിദ്യുത്ചാലകബലം ഉണ്ടാക്കുന്നു. (ഒരു കാന്തികക്ഷേത്രത്തിൽ സ്ഥിതിചെയ്യുന്ന വൈദ്യുത വാഹിയിൽ, മണ്ഡലതീവ്രതയുടെ വ്യതിയാനം അനുസരിച്ച്, വൈദ്യുത സമ്മർദ്ദം ( Electrical Potential) അല്ലെങ്കിൽ വിദ്യുത്ചാലകബലം (Electromotive Force) സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുമെന്നതാണ്, ഫാരഡെയുടെ വൈദ്യുതകാന്തികപ്രേരണതത്വം). അപ്രകാരം സൃഷ്ടിക്കപ്പെട്ട വൈദ്യുതസമ്മർദ്ദമാണ്, ബാഹ്യപഥത്തിൽ വൈദ്യുതപ്രവാഹത്തിന് കാരണമാകുന്നത്.
ചരിത്രം
തിരുത്തുക
വൈദ്യുതിയും കാന്തികതയും തമ്മിലുള്ള ബന്ധങ്ങൾ കണ്ടുപിടിക്കുന്നതിനു മുമ്പുതന്നെ വൈദ്യുതജനിത്രങ്ങൾ നിർമ്മിച്ചിരുന്നു. സ്ഥിരവദ്യുതീതത്വങ്ങൾ ആധാരമാക്കിയാണ് അവ നിർമ്മിച്ചിരുന്നത്. ഉന്നതവോൾട്ടതയിൽ നന്നേ ചെറിയ വൈദ്യുതപ്രവാഹങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കാൻ മാത്രമേ അവയ്ക്കു ശേഷിയുണ്ടായിരുന്നുള്ളൂ. സ്ഥിരവൈദ്യുതീപ്രേരണം (Electrostatic Induction) കൊണ്ടോ ആഘർഷവൈദ്യുതീപ്രഭാവം (Triboelectric Effect) കൊണ്ടോ ആണ് അവ പ്രവർത്തിച്ചിരുന്നത്. ഉത്പാദനക്ഷമത കുറവായതു കൊണ്ടും, ഉന്നതസമ്മർദ്ദത്തിൽ ആവശ്യമായ കുചാലകാവരണം (Insulation) നൽകാൻ കഴിയാതിരുന്നതുകൊണ്ടും അവ വാണിജ്യാടിസ്ഥാനത്തിൽ വൈദ്യുതി ഉത്പാദിപ്പിക്കാനായി ഉപയോഗിക്കപ്പെട്ടില്ല. വിംഷറസ്റ്റ് യന്ത്രവും വാൻ ഡീ ഗ്രാഫ് ജനിത്രവും കാലത്തെ അതിജീവിച്ച ഇത്തരം പഴയ ജനിത്രങ്ങളാണ്.
പിന്നീട്, 1831-32 കാലത്ത്, ഫാരഡെ, വൈദ്യുതകാന്തപ്രേരണതത്വം അനുസരിച്ച്, ഏകകാന്തജനിത്രം (Homopolar Genarator) എന്നോരുതരം ജനിത്രം നിർമ്മിച്ചു.ഈ യന്ത്രത്തിന് ചെറിയ നേർധാരാവോൾട്ടതയിൽ സാമാന്യം ശക്തമായവൈദ്യുതപ്രവാഹങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കാൻ ശേഷിയുണ്ടായിരുന്നു. എന്നാൽ അത് ഉത്പാദനക്ഷമമായോരു രൂപകല്പനയായിരുന്നില്ല. അതിൽ ഉത്പാദിപ്പിച്ച ധാരകൾ കാന്തികക്ഷേത്രത്തിനു പുറത്ത്, വിരുദ്ധപ്രവാഹങ്ങൾ കൊണ്ട് സ്വയം നശിക്കുകയായിരുന്നു. വിരുദ്ധപ്രവാഹങ്ങൾ, പുറത്തേക്ക് വളരെക്കൂറച്ചു വൈദ്യുതി മാത്രമേ കടത്തി വിട്ടിരുന്നുള്ളൂ. മാത്രവുമല്ല, ചെമ്പുഫലകം അനാവശ്യമായി ചൂടാവുകയും ചെയ്തിരുന്നു. പിന്നീടു നടന്ന ഗവേഷണങ്ങളിൽ ഒന്നിൽക്കൂടുതൽ ചുറ്റുകളുള്ള കമ്പികൾ ഉപയോഗിച്ച് ഉദ്ദിഷ്ട വോൾടതയുണ്ടാക്കാമെന്നു കണ്ടെത്തി. അങ്ങനെ, ചെമ്പുഫലകത്തിനു പകരം കമ്പിച്ചുരുൾ ഉപയോഗിച്ചുള്ള രൂപകല്പന സാധാരണമായി. എന്നാൽ അടുത്തകാലത്ത്, ചില ദുർലഭമൂലകങ്ങൾ (Rare Earths) ഉപയോഗ്ഗിച്ചുള്ള കാന്തങ്ങൾ കൊണ്ട് പഴയ ഏകകാന്തജനിത്രങ്ങളെക്കാൾ മെച്ചപ്പെട്ട ജനിത്രങ്ങൾ ഉണ്ടാക്കാമെന്നു കണ്ടെത്തിയിട്ടുണ്ട്.
വ്യവസായങ്ങൾക്ക് വൈദ്യുതി നൽകിയിരുന്ന ആദ്യകാല യന്ത്രങ്ങൾ ഡൈനമോകളായിരുന്നു. 1832ൽ ഹിപ്പോലൈറ്റ് പിക്സിയാണ് ആദ്യം ഡൈനമോ നിർമ്മിച്ചത്. അതിനുശേഷം, ആകസ്മികമായ നിരവധി കണ്ടുപിടിത്തങ്ങളിലൂടെ, നേർധാരാവൈദ്യുതചലിത്രങ്ങൾ, പ്രത്യാവർത്തിധാരാജനിത്രങ്ങൾ, പ്രത്യാവർത്തിധാരാചലിത്രങ്ങൾ, ഭ്രമണപരിവർത്തകങ്ങൾ എന്നിവയുടെ നിർമ്മിതിക്ക് ഡൈനമോയുടെ കണ്ടുപിടിത്തം സഹായിച്ചു. കാന്തികക്ഷേത്രം ഉണ്ടാക്കുന്ന അതിനുള്ളിൽ ഒരു സ്ഥിര ഭാഗവും ചലിക്കുന്ന കമ്പിച്ചുരുളുകളുമാണ് ഡൈനമോയുടെ പ്രധാന ഭാഗങ്ങൾ. ചെറിയ യന്ത്രങ്ങളിൽ സ്ഥിരകാന്തങ്ങളും, വലിയവയിൽ കമ്പിച്ചുരുളുകളിൽ വൈദ്യുതി കടത്തിവിട്ടുണ്ടാക്കുന്ന വൈദ്യുതകാന്തങ്ങളും ഉപയോഗിച്ചിരുന്നു. പ്രത്യാവർത്തിധാരാവൈദ്യുതിയുടെ ഉപയോഗം വ്യാപകമാകുന്നതിനു മുമ്പ് വലിയ ഡൈനമോകൾ മാത്രമായിരുന്നു വൈദ്യുതോല്പാദനത്തിനുള്ള ഉപാധി. എന്നാലിപ്പോൾ, പ്രത്യാവർത്തിധാരാവൈദ്യുതിയുടെയും ഇലക്ട്രോണിൿ പരിവർതകങ്ങളുടെയും വ്യാപകമായ ഉപയോഗവും കൊണ്ട്, ഡൈനമോകൾ ഇപ്പോൾ വിപുലമായി ഉപയോഗിക്കുന്നില്ല.അത് ഏറെക്കുറെ ഒരു കൗതുക വസ്തുവായിത്തീർന്നിരിക്കുന്നു.