विद्युत परिपथ — सामान्य विद्युत अभियांत्रिकी नोट्स

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विद्युत परिपथ AEE व्यावसायिक पाठ्यक्रम का आधारभूत अध्याय है — लगभग हर अन्य तकनीकी विषय (मशीनें, पावर सिस्टम, कर्षण) यहीं की अवधारणाओं पर आधारित है। व्यवहार में यह सबसे अधिक परीक्षित अध्यायों में से एक भी है — परिपथ-नियम प्रश्न संक्षिप्त, स्पष्ट होते हैं तथा CBT स्तर पर आसानी से बनाए जा सकते हैं, यही कारण है कि ये वास्तविक प्रश्नपत्रों में अक्सर आते हैं।

परिपथ तत्व

प्रत्येक विद्युत परिपथ तीन मूल निष्क्रिय तत्वों — प्रतिरोध (R), प्रेरकत्व (L), संधारित्र (C) — तथा सक्रिय स्रोतों (वोल्टेज या धारा) से बना होता है। प्रत्येक तत्व वोल्टेज एवं धारा को अलग ढंग से संबंधित करता है, और यही अंतर लगभग हर परिपथ प्रश्न का आधार है।

प्रतिरोध (R) — वोल्टेज एवं धारा समान कला में होते हैं; प्रत्येक क्षण V = IR (ओम का नियम)।
प्रेरकत्व (L) — धारा वोल्टेज से 90° पीछे रहती है; धारा में किसी भी परिवर्तन का विरोध करता है (चुंबकीय क्षेत्र में ऊर्जा संचित करता है)।
संधारित्र (C) — धारा वोल्टेज से 90° आगे रहती है; वोल्टेज में किसी भी परिवर्तन का विरोध करता है (विद्युत क्षेत्र में ऊर्जा संचित करता है)।

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स्मरण सहायक — CIVIL

"CIVIL": संधारित्र (C) में धारा (I) वोल्टेज (V) से आगे रहती है; प्रेरक (L) में वोल्टेज धारा से आगे रहता है (धारा पीछे)। परीक्षा दबाव में कला-संबंध प्रश्न हल करने का त्वरित तरीका।

ओम का नियम

V = I × R

किसी प्रतिरोधक के सिरों पर वोल्टेज, स्थिर ताप पर उसमें प्रवाहित धारा एवं प्रतिरोध के गुणनफल के बराबर होता है। ओम का नियम प्रतिरोधकों पर लागू होता है, परंतु अरैखिक/प्रतिघाती तत्वों पर उसी तरह नहीं — यह अंतर एक प्रिय परीक्षा जाल है। एक सामान्य वास्तविक-परीक्षा प्रश्न शैली: "निम्नलिखित में से किस तत्व का विश्लेषण ओम के नियम से नहीं किया जा सकता?" — उत्तर एक अरैखिक सक्रिय युक्ति (जैसे ट्रांजिस्टर) होता है, न कि कोई निष्क्रिय R/L/C तत्व, क्योंकि ओम का नियम एक रैखिक V–I संबंध का वर्णन करता है जिसका सक्रिय अर्धचालक युक्तियां पालन नहीं करतीं।

किरचॉफ के नियम

किरचॉफ धारा नियम (KCL) — किसी नोड में प्रवेश करने वाली धाराओं का योग, उससे बाहर जाने वाली धाराओं के योग के बराबर होता है। यह आवेश संरक्षण पर आधारित है।
किरचॉफ वोल्टेज नियम (KVL) — किसी बंद लूप के चारों ओर सभी वोल्टेज पतन का योग शून्य होता है। यह ऊर्जा संरक्षण पर आधारित है।

डीसी एवं एसी परिपथ विश्लेषण

डीसी परिपथ (R के श्रेणी, समानांतर एवं श्रेणी-समानांतर संयोजन) को सीधे ओम एवं किरचॉफ के नियमों से हल किया जा सकता है। एसी परिपथ एक जटिलता जोड़ते हैं: R, L एवं C सामान्य संख्याओं की तरह सीधे नहीं जुड़ते — धारा के प्रति उनके संयुक्त विरोध को प्रतिबाधा (Z) कहा जाता है, जो एक सम्मिश्र राशि है जिसका परिमाण एवं कला कोण दोनों होते हैं।

प्रतिबाधा (R-L श्रेणी)

Z = √(R² + XL²), where XL = 2πfL

XL (प्रेरक प्रतिघात) आवृत्ति के साथ बढ़ता है — यही कारण है कि प्रेरक 50 Hz मुख्य आपूर्ति में तथा उच्च-आवृत्ति स्विचिंग परिपथों में अलग व्यवहार करते हैं।

चुंबकीय परिपथ

चुंबकीय परिपथ वह बंद पथ है जिसका चुंबकीय फ्लक्स अनुसरण करता है, ठीक उसी प्रकार जैसे धारा एक बंद विद्युत पथ का अनुसरण करती है। चुंबकवाहक बल (MMF = N×I) वोल्टेज की भूमिका निभाता है, फ्लक्स धारा की भूमिका निभाता है, तथा अनिच्छता प्रतिरोध की भूमिका निभाती है — वही ओम-नियम-रूपी संबंध लागू होता है: MMF = फ्लक्स × अनिच्छता।

बहु-फेज़ परिपथ विश्लेषण

रेलवे पावर सिस्टम अधिकांशतः 3-फेज़ होते हैं। संतुलित 3-फेज़ स्टार (Y) संयोजन में, लाइन वोल्टेज = √3 × फेज़ वोल्टेज, जबकि लाइन धारा = फेज़ धारा होती है। डेल्टा (Δ) संयोजन में यह उल्टा होता है — लाइन वोल्टेज = फेज़ वोल्टेज, जबकि लाइन धारा = √3 × फेज़ धारा। यह √3 संबंध AEE प्रश्नपत्रों में सबसे अधिक बार परीक्षित तथ्यों में से एक है।