Thermodynamics, Energy & Mechanics Practice Questions (Q76-80) - Agricultural Engineering and Technology

ICAR PG Agricultural Engineering And Technology 29 Jun 2024Shift 1

MCQ (Single Correct) +4 −1

Which of the following types of electric motors is commonly used in applications requiring precise speed control?

सटीक गति नियंत्रण (precise speed control) की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में आमतौर पर निम्नलिखित में से किस प्रकार की इलेक्ट्रिक मोटर का उपयोग किया जाता है?

Induction motor प्रेरण मोटर Brushless DC motor - BLDC ब्रशलैस डीसी मोटर Universal motor यूनिवर्सल मोटर Synchronous motor तुल्यकालिक मोटर

ICAR PG Agricultural Engineering And Technology 29 Jun 2024Shift 1

Assertion & Reason +4 −1

Given below are two statements, one is labelled as Assertion (A) and other one labelled as Reason (R):

Assertion (A) : The copper losses of a single-phase induction motor are high compared to three phase induction motor.

Reason (R) : In a three-phase induction motor, the load current is distributed among multiple windings.

In light of the above statements, choose the correct answer from the options given below:

नीचे दो कथन दिए गए हैं, एक को अभिकथन (A) और दूसरे को कारण (R) के रूप में चिह्नित किया गया है:

अभिकथन (A) : एकल-फेज प्रेरण मोटर में तांबे की हानियां (copper losses) तीन-फेज प्रेरण मोटर की तुलना में अधिक होती हैं।

कारण (R) : तीन-फेज प्रेरण मोटर में, लोड करंट कई वाइंडिंग्स (तीनों फेजों) के बीच वितरित होता है।

उपरोक्त कथनों के आलोक में, नीचे दिए गए विकल्पों में से सही उत्तर चुनें:

Both (A) and (R) are true and (R) is the correct explanation of (A) (A) और (R) दोनों सत्य हैं और (R), (A) की सही व्याख्या है Both (A) and (R) are true but (R) is NOT the correct explanation of (A) (A) और (R) दोनों सत्य हैं लेकिन (R), (A) की सही व्याख्या नहीं है (A) is true but (R) is false (A) सत्य है लेकिन (R) असत्य है (A) is false but (R) is true (A) असत्य है लेकिन (R) सत्य है

ICAR PG Agricultural Engineering And Technology 09 Jul 2023Shift 1

MCQ (Single Correct) +4 −1

Synchronous Speed of an AC induction motor depends on :

(A) Frequency of the supply voltage

(B) Number of poles

(C) Current

(D) Voltage

Choose the correct answer from the options given below :

एक प्रत्यावर्ती धारा (AC) प्रेरण मोटर की तुल्यकालिक गति (Synchronous speed) किस पर निर्भर करती है?

(A) आपूर्ति वोल्टेज की आवृत्ति (Frequency of supply voltage)

(B) ध्रुवों की संख्या (Number of poles)

(C) विद्युत धारा (Current)

(D) वोल्टेज (Voltage)

नीचे दिए गए विकल्पों में से सही उत्तर चुनिए :

(A) and (B) only. केवल (A) और (B) and (C) only. केवल (B) और (C) (C) and (D) only. केवल (C) और (D) (A) and (D) only. केवल (A) और (D)

Detailed Analysis of Synchronous Speed Formula:

Formula: The synchronous speed ($N_s$) of the rotating magnetic field in an AC induction motor is given by:
$$N_s = \frac{120 f}{P}$$
Where:
$f = \text{frequency of supply voltage (in Hz)}$
$P = \text{number of stator magnetic poles}$
Evaluation: Synchronous speed is directly proportional to supply frequency ($f$) and inversely proportional to the number of poles ($P$). It is completely independent of current or voltage amplitude under standard operating conditions.

Therefore, it depends on (A) and (B) only. Hence, Option 1 is correct.

तुल्यकालिक गति के सूत्र का विस्तृत विश्लेषण:

सूत्र: AC प्रेरण मोटर के घूर्णी चुंबकीय क्षेत्र की तुल्यकालिक गति ($N_s$) का सूत्र निम्नवत है:
$$N_s = \frac{120 f}{P}$$
जहाँ:
$f = \text{आपूर्ति वोल्टेज की आवृत्ति (Hz में)}$
$P = \text{स्टेटर ध्रुवों (poles) की संख्या}$
व्याख्या: तुल्यकालिक गति सीधे आपूर्ति आवृत्ति ($f$) के समानुपाती और ध्रुवों की संख्या ($P$) के व्युत्क्रमानुपाती होती है। यह धारा या वोल्टेज के परिमाण पर निर्भर नहीं करती।

अतः यह केवल (A) और (B) पर निर्भर करती है। अतः विकल्प 1 सही उत्तर है।

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ICAR PG Agricultural Engineering And Technology 09 Jul 2023Shift 1

Assertion & Reason +4 −1

Given below are two statements, one is labelled as Assertion (A) and other one labelled as Reason (R).

Assertion (A) : The current drawn by the motor lags behind the voltage applied.

Reason (R) : Motor is an inductive load.

In light of the above statements, choose the correct answer from the options given below.

नीचे दो कथन दिए गए हैं, एक को अभिकथन (A) और दूसरे को कारण (R) के रूप में लेबल किया गया है:

अभिकथन (A) : मोटर द्वारा ली जाने वाली विद्युत धारा अनुप्रयुक्त वोल्टेज से पश्चगामी (lagging) होती है।

कारण (R) : मोटर एक प्रेरकीय भार (inductive load) है।

उपर्युक्त कथनों के आलोक में, नीचे दिए गए विकल्पों में से सही उत्तर चुनिए:

Both (A) and (R) are true and (R) is the correct explanation of (A). (A) और (R) दोनों सत्य हैं और (R), (A) की सही व्याख्या है। Both (A) and (R) are true but (R) is NOT the correct explanation of (A). (A) और (R) दोनों सत्य हैं लेकिन (R), (A) की सही व्याख्या नहीं है। (A) is true but (R) is false. (A) सत्य है लेकिन (R) असत्य है। (A) is false but (R) is true. (A) असत्य है लेकिन (R) सत्य है।

Detailed Analysis of Inductive AC Circuits:

Assertion (A) is True: In AC induction motors, the current waveform peaks after the applied voltage waveform, exhibiting a lagging power factor (typically $\cos\phi \approx 0.8$ to $0.85$).
Reason (R) is True and Explains (A): An electric motor consists of electromagnetic coils/windings possessing high self-inductance ($L$). In any inductive circuit ($V = L \frac{di}{dt}$), the induced back-EMF opposes changes in current, causing the phase of the current to lag behind the applied terminal voltage by phase angle $\phi = \tan^{-1}(\omega L / R)$.

Therefore, both (A) and (R) are true and (R) is the correct explanation of (A). Hence, Option 1 is correct.

प्रेरकीय AC परिपथ का विस्तृत विश्लेषण:

अभिकथन (A) सत्य है: AC प्रेरण मोटरों में ली जाने वाली धारा अनुप्रयुक्त वोल्टेज से पश्चगामी (lagging) होती है, जिससे शक्ति गुणांक (power factor) लैगिंग रहता है।
कारण (R) सत्य है और (A) की सही व्याख्या है: मोटर में स्टेटर कुंडलियाँ (windings) होती हैं जिनमें अत्यधिक प्रेरकत्व (inductance, $L$) होता है। प्रेरकीय भार में उत्पन्न विरोधी विद्युत वाहक बल धारा परिवर्तन का विरोध करता है, जिसके कारण धारा वोल्टेज से कला कोण $\phi$ पश्चगामी (lag behind) हो जाती है।

अतः (A) और (R) दोनों सत्य हैं और (R), (A) की सही व्याख्या है (विकल्प 1)।

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ICAR PG Agricultural Engineering And Technology 09 Jul 2023Shift 1

MCQ (Single Correct) +4 −1

Consider the following statements :

(A) Real power is expressed in kW

(B) Apparent power is expressed in kVA

(C) Reactive power does not provide useful mechanical work.

(D) A motor operating at a given load and supply voltage, draws active and reactive power.

(E) Both Real power and Apparent power are expressed in kW

Choose the correct answer from the options given below :

निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए

(A) वास्तविक शक्ति (Real power) को kW में व्यक्त किया जाता है।

(B) आभासी शक्ति (Apparent power) को kVA में व्यक्त किया जाता है।

(C) प्रतिघाती शक्ति (Reactive power) उपयोगी यांत्रिक कार्य प्रदान नहीं करती है।

(D) दिए गए भार और आपूर्ति वोल्टेज पर चलने वाली मोटर सक्रिय और प्रतिघाती शक्ति दोनों लेती है।

(E) वास्तविक शक्ति और आभासी शक्ति दोनों को kW में व्यक्त किया जाता है।

नीचे दिए गए विकल्पों में से सही उत्तर चुनिए :

(A), (C), (D) and (E) only. केवल (A), (C), (D) और (A) and (B) only. केवल (A) और (B) and (D) only. केवल (B) और (D) (A), (B), (C) and (D) only. केवल (A), (B), (C) और (D)

Detailed Analysis of AC Electrical Power Concepts:

Real / Active Power ($P = V I \cos\phi$): The actual power consumed to perform work, expressed in Watts, kW, or MW. (Statement A is True).
Apparent Power ($S = V I$): Total power supplied to the circuit, expressed in Volt-Amperes (VA or kVA). (Statement B is True; in the paper question text 'kV' is an abbreviation for kVA).
Reactive Power ($Q = V I \sin\phi$): Power that oscillates between source and reactive components to sustain magnetic fields; it performs zero net mechanical work. (Statement C is True).
Motor Operation: An electric motor requires real power to rotate the mechanical shaft and reactive power to create and sustain the stator magnetic flux. (Statement D is True).
Statement E is False: Real power is in kW, but Apparent power is in kVA.

Thus, statements (A), (B), (C), and (D) are correct. Hence, Option 4 is correct.

प्रत्यावर्ती विद्युत शक्ति की अवधारणाओं का विस्तृत विश्लेषण:

वास्तविक शक्ति ($P = V I \cos\phi$): उपयोगी यांत्रिक कार्य करने वाली वास्तविक शक्ति, जिसे kW में मापा जाता है। (कथन A सत्य है)।
आभासी शक्ति ($S = V I$): परिपथ को आपूर्ति की गई कुल शक्ति, जिसे kVA में व्यक्त किया जाता है। (कथन B सत्य है)।
प्रतिघाती शक्ति ($Q = V I \sin\phi$): यह चुंबकीय क्षेत्र स्थापित करने हेतु आवश्यक होती है परंतु कोई वास्तविक यांत्रिक कार्य नहीं करती। (कथन C सत्य है)।
मोटर प्रचालन: मोटर उपयोगी कार्य हेतु सक्रिय शक्ति (kW) तथा चुंबकीय फ्लक्स हेतु प्रतिघाती शक्ति (kVAR) दोनों ग्रहण करती है। (कथन D सत्य है)।
कथन E असत्य है क्योंकि आभासी शक्ति kVA में होती है, kW में नहीं।

अतः केवल (A), (B), (C) और (D) सत्य हैं। अतः विकल्प 4 सही उत्तर है।

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