ब्रशलेस डीसी मोटर ड्राइव्स

परिभाषा

ब्रशलेस डीसी मोटर ड्राइव को स्व-नियंत्रित चर आवृत्ति ड्राइव के रूप में परिभाषित किया जाता है जो साइनसोइडल पर्मानेंट मैग्नेट एल्टरनेटिंग करंट (PMAC) मोटर का उपयोग करता है। इस प्रकार के ड्राइव कई उल्लेखनीय फायदे प्रदान करते हैं। यह लगभग रखरखाव-मुक्त है, जिससे इसकी लंबी उम्र होती है, जिससे यह विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए एक विश्वसनीय विकल्प बन जाता है। इसके अलावा, यह कम घूर्णन जड़ता, न्यूनतम घर्षण और कम आवृत्ति विशेषताओं के साथ कार्य करता है। इसके अलावा, यह कम रेडियो फ्रिक्वेंसी हस्तक्षेप और शोर उत्पन्न करता है, जिससे चालन और शांत कार्य की सुनिश्चितता होती है। हालांकि, इसमें कुछ दोष भी हैं; प्रमुख सीमाएं इसकी अपेक्षाकृत उच्च लागत और कम शुरुआती टोक हैं।

अनुप्रयोग

ब्रशलेस डीसी मोटर ड्राइव विभिन्न उद्योगों और उपकरणों में व्यापक रूप से प्रयोग किए जाते हैं। उपभोक्ता इलेक्ट्रोनिक्स के क्षेत्र में, वे रिकॉर्ड प्लेयर, रिकॉर्डर के टेप ड्राइव, और कंप्यूटर हार्ड डिस्क के स्पिंडल ड्राइव में प्रयोग किए जाते हैं। वे कंप्यूटर परिधीय उपकरणों और नियंत्रण प्रणालियों में कम शक्ति वाले ड्राइव के रूप में भी कार्य करते हैं। उपभोक्ता इलेक्ट्रोनिक्स से परे, उनका उपयोग विमानन उद्योग में भी किया जाता है, जहाँ विश्वसनीयता और कम शोर कार्य आवश्यक होता है। चिकित्सा क्षेत्र में, उनकी शुद्धता और साफ कार्य विभिन्न चिकित्सा उपकरणों के लिए उन्हें उपयुक्त बनाता है। इसके अलावा, वे टेक्निकल फैनों को चलाने के लिए भी सामान्य रूप से प्रयोग किए जाते हैं, जो विभिन्न प्रणालियों में कुशल और शांत वेंटिलेशन प्रदान करते हैं।

मोटर संरचना

नीचे दिए गए चित्र में त्रिफासीय, दो-ध्रुवीय ट्रेपेजोइडल PMAC मोटर का क्रॉस-सेक्शन दिखाया गया है, जो ब्रशलेस डीसी मोटर ड्राइव का एक महत्वपूर्ण घटक है। मोटर में एक चिरस्थायी चुंबकीय रोटर होता है जिसका चौड़ा ध्रुवीय चाप होता है, जो इसके कुशल कार्य के लिए योगदान देता है। स्टेटर में तीन-ध्रुवीय वाइंडिंग होती है, जिनमें से प्रत्येक 120 डिग्री से एक दूसरे से विस्थापित होती है। इस विशिष्ट वाइंडिंग विन्यास संतुलित विद्युत कार्य और चालन टोक के निर्माण को सुनिश्चित करता है। प्रत्येक फेज वाइंडिंग 60 डिग्री का क्षेत्र दोनों तरफ फैलाती है, जिससे मोटर के भीतर चुंबकीय क्षेत्र के संपर्क का अनुकूलन होता है और इसकी गति और प्रदर्शन पर निश्चित नियंत्रण होता है।

मोटर के तीन फेजों में उत्पन्न वोल्टेज नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है। ट्रेपेजोइडल तरंग रूप का निर्माण रोटर और स्टेटर के विशिष्ट संपर्क से होता है। जब रोटर एक विपरीत-घड़ी की सुई की दिशा में घूमता है, तो एक संदर्भ स्थिति से 120-डिग्री की घूर्णन के दौरान, फेज A के सभी ऊपरी चालक चुंबकीय क्षेत्र के दक्षिणी ध्रुव से बातचीत करते हैं, जबकि फेज A के सभी निचले चालक उत्तरी ध्रुव से बातचीत करते हैं।

इस कोणीय क्षेत्र के भीतर यह संगत चुंबकीय कपलिंग एक अपेक्षाकृत स्थिर उत्पन्न वोल्टेज का योगदान देता है, जो ट्रेपेजोइडल तरंग रूप के समतल शीर्ष भाग को बनाता है। जैसे-जैसे रोटर घूमता रहता है, बदलते चुंबकीय क्षेत्र की स्थितियां उत्पन्न वोल्टेज को ट्रांजिशन करती हैं, जिससे अंततः ट्रेपेजोइडल आकार बनता है जो ब्रशलेस डीसी मोटर ड्राइव के सही कार्य और नियंत्रण के लिए आवश्यक है।

रोटर के 120-डिग्री के घूर्णन के दौरान, फेज A में उत्पन्न वोल्टेज अपेक्षाकृत स्थिर रहता है। जब घूर्णन 120 डिग्री से अधिक हो जाता है, तो फेज A के कुछ ऊपरी चालक उत्तरी ध्रुव से जुड़ने लगते हैं, जबकि अन्य दक्षिणी ध्रुव से बातचीत करते रहते हैं। निचले चालकों के साथ भी यही घटना होती है। इस परिणामस्वरूप, अगले 60-डिग्री के घूर्णन के दौरान, फेज A में उत्पन्न वोल्टेज रैखिक रूप से उलट जाता है। फेज B और C में भी इसी प्रकार का वोल्टेज बदलाव होता है, जिससे नियंत्रित विद्युत व्यवहार का निर्माण होता है जो मोटर के कार्य के लिए आवश्यक है।

नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है कि ब्रशलेस डीसी मोटर ड्राइव प्रणाली एक वोल्टेज-स्रोत इनवर्टर और ट्रेपेजोइडल PMAC मोटर के साथ बनी है। मोटर के स्टेटर वाइंडिंग स्टार कनेक्शन में कनेक्ट किए गए हैं। चित्र ट्रेपेजोइडल PMAC मोटर के विशिष्ट फेज-वोल्टेज तरंग रूप को भी दिखाता है, जो ऊपर वर्णित वोल्टेज-उत्प्रेरण गतिविधियों को प्रतिबिंबित करता है। यह तरंग रूप ब्रशलेस डीसी मोटर ड्राइव के कुशल नियंत्रण और कार्य की सुनिश्चितता का एक महत्वपूर्ण लक्षण है, जो नियमित टोक उत्पादन और निश्चित गति नियंत्रण की सुविधा प्रदान करता है।

ब्रशलेस डीसी मोटर के स्टेटर वाइंडिंग को धारा पल्स दिए जाते हैं। प्रत्येक पल्स 120 विद्युत डिग्री की अवधि का होता है और उस क्षेत्र में सटीक रूप से स्थित होता है जहाँ उत्पन्न वोल्टेज स्थिर रहता है और अपना अधिकतम मान प्राप्त करता है। महत्वपूर्ण रूप से, इन धारा पल्सों की ध्रुवता उत्पन्न वोल्टेज के साथ एक साथ रहती है, जिससे विद्युत इनपुट और मोटर द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र के बीच एक संगत बातचीत सुनिश्चित होती है।

मोटर के भीतर वायु-अंतर का चुंबकीय फ्लक्स एक स्थिर स्तर पर बना रहता है, और उत्पन्न वोल्टेज का परिमाण रोटर की घूर्णन गति के सीधे आनुपातिक होता है। यह संबंध मोटर के कार्य के लिए मूलभूत है, क्योंकि यह गति-निर्भर उत्पन्न वोल्टेज के आधार पर मोटर के प्रदर्शन का निश्चित नियंत्रण की सुनिश्चितता प्रदान करता है, जिससे कुशल शक्ति स्थानांतरण और विभिन्न कार्यावधियों में नियमित कार्य होता है।

प्रत्येक 60-डिग्री के अंतराल के दौरान, धारा मोटर के स्टेटर वाइंडिंग के एक फेज में प्रवेश करती है और दूसरे से निकलती है। यह वैकल्पिक धारा प्रवाह पैटर्न ब्रशलेस डीसी मोटर के कार्य का एक महत्वपूर्ण लक्षण है। इस परिणामस्वरूप, इन 60-डिग्री के अंतरालों में प्रत्येक में मोटर को दी गई शक्ति निम्नलिखित सूत्र द्वारा व्यक्त की जा सकती है, जो वाइंडिंग फेजों के भीतर वोल्टेज और धारा के बीच के इंटरक्शन को ध्यान में रखता है।

मोटर द्वारा विकसित टोक

ब्रशलेस डीसी मोटर ड्राइव का टोक तरंग रूप नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है। मोटर द्वारा उत्पन्न टोक का परिमाण डीसी पावर लिंक के माध्यम से प्रवाहित होने वाली धारा के सीधे आनुपातिक होता है। यह संबंध मोटर के गतिशील व्यवहार और प्रदर्शन विशेषताओं को समझने के लिए मूलभूत है।

इस ड्राइव प्रणाली में पुनर्जनन ब्रेकिंग फेज धारा को उलटने द्वारा प्राप्त की जाती है। जब फेज धारा उलट जाती है, तो धारा स्रोत Id की दिशा भी तत्काल बदल जाती है। यह उलटन एक शक्ति प्रवाह की शुरुआत करती है जो मोटर से शुरू होती है, इनवर्टर के माध्यम से जाती है, और अंततः डीसी स्रोत तक लौट आती है। इस प्रक्रिया के दौरान, मोटर एक जनरेटर की तरह कार्य करता है, लोड से यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है, जो फिर शक्ति आपूर्ति में वापस फीड की जाती है। यह न केवल मोटर को धीमा करने में मदद करता है, बल्कि ऊर्जा की पुनर्प्राप्ति और पुनरुपयोग की भी सुनिश्चितता प्रदान करता है, जिससे प्रणाली की कुल दक्षता में वृद्धि होती है।

जब ड्राइव प्रणाली की घूर्णन गति उलट दी जाती है, तो मोटर के भीतर उत्पन्न वोल्टेजों की ध्रुवता भी उलट जाती है। इस वोल्टेज ध्रुवता के परिवर्तन ने पुनर्जनन ब्रेकिंग कार्य को सक्रिय किया, जिससे ड्राइव चलने वाले लोड की यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करके शक्ति आपूर्ति में वापस फीड करने की सुनिश्चितता प्रदान करता है।

इसके विपरीत, मोटर के वाइंडिंग के माध्यम से प्रवाहित होने वाली धारा की दिशा को उलटने से मोटिंग कार्य शुरू होता है, जिससे मोटर वांछित दिशा में चलने लगता है। इन विभिन्न कार्यावधियों—पुनर्जनन ब्रेकिंग और मोटिंग—के संबंधित धारा तरंग रूप नीचे दिए गए चित्र में स्पष्ट रूप से दिखाए गए हैं, जो विभिन्न परिस्थितियों के तहत ड्राइव प्रणाली के विद्युत व्यवहार का दृश्य प्रतिनिधित्व करते हैं।

ब्रशलेस डीसी मोटर ड्राइव के प्रकार

ब्रशलेस डीसी मोटर ड्राइव मुख्य रूप से दो अलग-अलग प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: कम-लागत वाला ब्रशलेस डीसी मोटर ड्राइव और एक-फेजी ब्रशलेस डीसी मोटर ड्राइव। प्रत्येक प्रकार की अपनी अद्वितीय विशेषताएं और कार्यात्मक सिद्धांत हैं, जो नीचे विस्तार से वर्णित हैं।

कम-लागत वाला ब्रशलेस डीसी मोटर ड्राइव

कम-लागत वाला ब्रशलेस डीसी मोटर ड्राइव सरलता और सस्ताई के साथ डिजाइन किया गया है। इसमें तीन ट्रांजिस्टर और तीन-डायोड कनवर्टर का एक न्यूनतम विन्यास होता है। यह व्यवस्था त्रिफासीय मोटर को केवल सकारात्मक धारा या वोल्टेज प्रदान करने की सीमा रखती है।

कार्य के दौरान, उत्पन्न वोल्टेज और धारा मोटर के मोटिंग और ब्रेकिंग फंक्शन दोनों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। जब 120-डिग्री के सकारात्मक धारा पल्स मोटर को दिए जाते हैं, तो यह एक मोटिंग कार्य शुरू करता है, जिससे मोटर विपरीत-घड़ी की सुई की दिशा में घूमना शुरू होता है। इसके विपरीत, जब ये धारा पल्स 60 डिग्री तक और कुल 180 डिग्री तक शिफ्ट किए जाते हैं, तो मोटर ब्रेकिंग स्थिति में प