DC मोटर की गति नियंत्रण: आर्मेचर प्रतिरोध नियंत्रण और फील्ड फ्लक्स नियंत्रण

DC मोटर एक उपकरण है जो यांत्रिक शक्ति को सीधे-विद्युत (DC) शक्ति में परिवर्तित करता है। DC मोटर की सबसे उल्लेखनीय विशेषता यह है कि इसकी गति आसानी से विशिष्ट आवश्यकताओं के अनुसार सरल विधियों से समायोजित की जा सकती है। इस स्तर की सुविधाजनक गति नियंत्रण AC मोटर में इतनी आसानी से प्राप्त नहीं की जा सकती।

गति विनियमन और गति नियंत्रण की अवधारणाएँ अलग हैं। गति विनियमन में, मोटर की गति विभिन्न संचालन परिस्थितियों पर स्वतः बदलती है। विपरीत रूप से, DC मोटर में, गति में बदलाव या तो मानव ऑपरेटर द्वारा मैनुअल रूप से या नियंत्रण उपकरणों द्वारा स्वचालित रूप से शुरू किया जाता है। DC मोटर की गति निम्न संबंध द्वारा निर्धारित होती है:

समीकरण (1) स्पष्ट रूप से दर्शाता है कि DC मोटर की गति तीन महत्वपूर्ण कारकों पर निर्भर करती है: आपूर्ति वोल्टेज V, आर्मेचर सर्किट प्रतिरोध Ra, और फील्ड फ्लक्स ϕ, जो फील्ड धारा द्वारा उत्पन्न होता है।

• DC मोटर की गति नियंत्रण के लिए, वोल्टेज, आर्मेचर प्रतिरोध, और फील्ड फ्लक्स के नियंत्रण का महत्वपूर्ण महत्व होता है। निम्नलिखित तीन प्रमुख तकनीकें DC मोटर गति नियंत्रण के लिए उपयोग की जाती हैं:

• आर्मेचर सर्किट में प्रतिरोध का परिवर्तन (आर्मेचर प्रतिरोध या रिहोस्टैटिक नियंत्रण)

• फील्ड फ्लक्स में परिवर्तन (फील्ड फ्लक्स नियंत्रण)

• लगाया गया वोल्टेज में परिवर्तन (आर्मेचर वोल्टेज नियंत्रण)

इन गति-नियंत्रण विधियों की गहराई से जांच निम्न में प्रदान की गई है।
DC मोटर का आर्मेचर प्रतिरोध नियंत्रण (शंट मोटर)
शंट मोटर पर आर्मेचर प्रतिरोध नियंत्रण कार्यान्वयन के लिए निर्देशन चित्र नीचे दिखाया गया है। इस दृष्टिकोण में, एक चर प्रतिरोध Re को आर्मेचर सर्किट में सम्मिलित किया जाता है। यह ध्यान देने योग्य है कि इस चर प्रतिरोध के मूल्य में परिवर्तन फील्ड वाइंडिंग को सीधे आपूर्ति मेन्स से जोड़ने के कारण चुंबकीय फ्लक्स पर प्रभाव नहीं डालता।

शंट मोटर का गति-धारा विशेषता नीचे दिखाया गया है।

श्रृंखला मोटर
अब, आर्मेचर प्रतिरोध नियंत्रण विधि का उपयोग करके DC श्रृंखला मोटर की गति नियंत्रण के लिए निर्देशन चित्र का अध्ययन करें।

जब आर्मेचर सर्किट का प्रतिरोध समायोजित किया जाता है, तो यह एक साथ सर्किट में बहने वाली धारा और मोटर के भीतर चुंबकीय फ्लक्स दोनों पर प्रभाव डालता है। चर प्रतिरोध पर वोल्टेज गिरावट आर्मेचर को उपलब्ध वोल्टेज को कम कर देती है। इस प्रकार, आर्मेचर वोल्टेज में कमी ने मोटर की घूर्णन गति में कमी का कारण बना।

श्रृंखला मोटर की गति-धारा विशेषता वक्र, जो मोटर की गति और उसके माध्यम से गुजरने वाली धारा के बीच संबंध को दर्शाता है, नीचे दिखाया गया है।

जब चर प्रतिरोध Re का मूल्य बढ़ाया जाता है, तो मोटर कम घूर्णन गति पर संचालित होता है। चूंकि चर प्रतिरोध पूरी आर्मेचर धारा का संचालन करता है, इसलिए इसे निरंतर पूर्ण-अनुमत आर्मेचर धारा को संभालने के लिए डिजाइन किया जाना चाहिए, बिना गर्म होने या विफल होने के।

आर्मेचर प्रतिरोध नियंत्रण विधि की नकारात्मक बातें

• एक महत्वपूर्ण मात्रा में विद्युत शक्ति बाह्य प्रतिरोध Re में गर्मी के रूप में व्यर्थ हो जाती है, जिससे अक्षमता और ऊर्जा की व्यर्थगामी होती है।

• यह आर्मेचर प्रतिरोध नियंत्रण विधि मोटर की गति को इसकी सामान्य संचालन गति से नीचे तक कम करने के लिए सीमित है; यह नियंत्रण विधि सामान्य स्तर से ऊपर गति बढ़ाने की अनुमति नहीं देती।

• किसी विशिष्ट मान के लिए, गति कमी की मात्रा निश्चित नहीं होती, बल्कि यह मोटर पर लगाए गए लोड पर निर्भर करके बदलती रहती है, जिससे गति नियंत्रण को सटीक रखना मुश्किल हो जाता है।

• इस गति-नियंत्रण दृष्टिकोण की अनुपयुक्तता और सीमाओं के कारण, यह नियंत्रण विधि आम तौर पर केवल छोटे आकार के मोटरों के लिए उपयुक्त होती है।

DC मोटर का फील्ड फ्लक्स नियंत्रण विधि

DC मोटर में चुंबकीय फ्लक्स फील्ड धारा द्वारा उत्पन्न होता है। इसलिए, इस विधि से गति नियंत्रण फील्ड धारा के परिमाण को समायोजित करके साधित किया जाता है।

शंट मोटर

शंट मोटर में, एक चर प्रतिरोध RC शंट फील्ड वाइंडिंग के श्रृंखला में जोड़ा जाता है, जैसा कि नीचे दिखाया गया है। यह RC आमतौर पर शंट फील्ड रेगुलेटर के रूप में जाना जाता है, जो फील्ड धारा और फिर मोटर के चुंबकीय फ्लक्स को संशोधित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

शंट फील्ड धारा नीचे दिखाए गए समीकरण द्वारा दी गई है:

जब चर प्रतिरोध RC फील्ड सर्किट में सम्मिलित किया जाता है, तो यह फील्ड धारा के प्रवाह को सीमित करता है। इसके परिणामस्वरूप, फील्ड वाइंडिंग द्वारा उत्पन्न चुंबकीय फ्लक्स कम हो जाता है। इस फ्लक्स की कमी मोटर की गति पर सीधा प्रभाव पड़ता है, जिससे यह बढ़ जाती है। इस प्रकार, मोटर अपनी सामान्य, अपरिवर्तित गति से अधिक घूर्णन गति पर संचालित होता है।

यह विशिष्ट विशेषता फील्ड फ्लक्स नियंत्रण विधि को दो मुख्य उद्देश्यों के लिए अत्यधिक उपयोगी बनाती है। पहले, यह मोटर को अपनी मानक संचालन गति से अधिक गति प्राप्त करने की सुविधा प्रदान करता है, जो उन अनुप्रयोगों में लचीलापन प्रदान करता है जिनमें उच्च घूर्णन दर की आवश्यकता होती है। दूसरे, यह मोटर पर लोड होने पर प्राकृतिक रूप से गति में गिरावट को विरोध करने के लिए उपयोग किया जा सकता है, जिससे विभिन्न लोड परिस्थितियों के तहत एक अधिक संगत गति बनाए रखी जा सकती है।

शंट मोटर की गति-टोक वक्र, जो मोटर की घूर्णन गति और उसके द्वारा उत्पन्न किए जा सकने वाले टोक के बीच संबंध को ग्राफिक रूप से दर्शाता है, नीचे दिखाया गया है। यह वक्र फील्ड फ्लक्स नियंत्रण विधि के अनुप्रयोग के तहत विभिन्न संचालन परिस्थितियों में मोटर की प्रदर्शन विशेषताओं के बारे में मूल्यवान जानकारी प्रदान करता है।

श्रृंखला मोटर

श्रृंखला मोटर के मामले में, फील्ड धारा को बदलने के लिए दो विधियाँ होती हैं: या तो एक डाइवर्टर का उपयोग करके या टैप्ड फील्ड नियंत्रण के द्वारा।

डाइवर्टर का उपयोग करके

नीचे दिखाए गए चित्र में, एक चर प्रतिरोध Rd श्रृंखला फील्ड वाइंडिंग के समानांतर जोड़ा गया है। यह व्यवस्था सर्किट में धारा वितरण को संशोधित करने की अनुमति देती है, जिससे श्रृंखला फील्ड वाइंडिंग द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र की ताकत प्रभावित होती है।

इस व्यवस्था में, समानांतर प्रतिरोध डाइवर्टर के रूप में जाना जाता है। जब चर प्रतिरोध Rd के साथ डाइवर्टर को जोड़ा जाता है, तो यह मुख्य धारा का एक निश्चित भाग श्रृंखला फील्ड वाइंडिंग से दूर ले जाता है। इस प्रकार, डाइवर्टर का मुख्य कार्य फील्ड वाइंडिंग में गुजरने वाली धारा के परिमाण को कम करना है। जैसे-जैसे फील्ड धारा कम होती है, फील्ड द्वारा उत्पन्न चुंबकीय फ्लक्स भी कम हो जाता है। इस फ्लक्स की कमी मोटर की घूर्णन गति में वृद्धि का कारण बनती है।

टैप्ड फील्ड नियंत्रण श्रृंखला मोटर में फील्ड धारा को बदलने की दूसरी विधि है। इस विधि के लिए निर्देशन चित्र, जो इस विधि में शामिल विशिष्ट विद्युत संयोजन और घटकों को दिखाता है, नीचे दिखाया गया है।

टैप्ड फील्ड नियंत्रण विधि में, एम्पियर-टर्न फील्ड टर्नों की संख्या बदलकर समायोजित किए जाते हैं। यह विशेष व्यवस्था विद्युत ट्रैक्शन प्रणालियों में अत्यधिक उपयोगी है। फील्ड टर्नों की संख्या को संशोधित करके, मोटर के फील्ड वाइंडिंग द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र फ्लक्स को बदला जा सकता है, जिससे मोटर की गति पर सटीक नियंत्रण संभव होता है।

श्रृंखला मोटर की गति-टोक विशेषता वक्र, जो मोटर की घूर्णन गति और विभिन्न संचालन परिस्थितियों के तहत उसके द्वारा उत्पन्न किए जा सकने वाले टोक के बीच संबंध को ग्राफिक रूप से दर्शाता है, नीचे दिखाया गया है। यह वक्र टैप्ड फील्ड नियंत्रण विधि के अनुप्रयोग के तहत इंजीनियरों और तकनीशियनों को मोटर की प्रतिक्रिया को समझने में मदद करता है, जब लोड और गति सेटिंग्स में परिवर्तन होते हैं।

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