एक BLDC मोटर कैसे काम करता है: ब्रशलेस डीसी मोटर्स के सिद्धांतों की एक विस्तृत व्याख्या

पिछले दो से तीन दशकों में, इलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकी और स्थायी चुंबक सामग्री की निरंतर उन्नति के कारण,BLDC मोटर्सविभिन्न उद्योगों के लिए आला मोटर्स से मुख्यधारा के बिजली समाधान में बदल गया है।BLDC मोटर्सउनकी उच्च दक्षता, उच्च विश्वसनीयता और लंबे जीवनकाल के कारण घरेलू उपकरणों, बिजली उपकरण, इलेक्ट्रिक वाहन और औद्योगिक स्वचालन उपकरण सहित अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। फिर भी, BLDC मोटर्स के परिचालन सिद्धांत अभी भी बहुत से व्यक्तियों के लिए नहीं जानते हैं। यह लेख BLDC मोटर्स के कार्य सिद्धांत के बारे में जो कुछ भी आपको महसूस करने की आवश्यकता है, उसे समझाएगा ताकि आप वर्तमान इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में इस अविश्वसनीय नवाचार का अधिक विस्तृत दृष्टिकोण प्राप्त कर सकें।

एक BLDC मोटर की मूल संरचना

अब, कार्य सिद्धांत में आने से पहले, हमें इसकी मूल संरचना से खुद को परिचित करना चाहिए:

स्टेटर: मोटर हाउसिंग के अंदर फिक्स्ड, यह आम तौर पर टुकड़े टुकड़े में सिलिकॉन स्टील की चादरों से बना होता है, और कई इलेक्ट्रोमैग्नेट डंडे बनाने के लिए कॉइल इसके चारों ओर घाव होते हैं।

रोटर: रोटर आमतौर पर शाफ्ट पर लगाया जाता है और इसमें स्थायी मैग्नेट होते हैं। BLDC मोटर्स को स्थायी मैग्नेट के विभिन्न कॉन्फ़िगरेशन के आधार पर कई किस्मों में वर्गीकृत किया जा सकता है।

हॉल सेंसर: रोटर की स्थिति और इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण प्रणाली के लिए प्रतिक्रिया का निर्धारण करने के लिए।

नियंत्रक: एक इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण प्रणाली जो वर्तमान के समय को निर्धारित करती है जो हॉल सेंसर या अन्य प्रतिक्रिया तंत्र से प्रतिक्रिया के आधार पर स्टेटर वाइंडिंग के माध्यम से बहती है।

यह ध्यान देने योग्य है कि आउटरीनर BLDC मोटर संरचना आंतरिक रोटर संरचना से अद्वितीय है। रोटर बाहर है, और स्टेटर अंदर है। इस प्रकार का डिज़ाइन विशेष रूप से उन अनुप्रयोगों में प्रचलित है जो उच्च टोक़ की आवश्यकता होती है, जैसे ड्रोन प्रोपेलर की ड्राइव में।

इलेक्ट्रोमैग्नेटिज्म के सिद्धांत: BLDC मोटर ऑपरेशन की नींव

इलेक्ट्रोमैग्नेटिज्म के दो बुनियादी सिद्धांत एक BLDC मोटर के संचालन को निर्धारित करते हैं:

Ampere का कानून: जब एक वर्तमान-ले जाने वाला कंडक्टर एक चुंबकीय क्षेत्र में होता है, तो कंडक्टर को एक बल के अधीन किया जाएगा। एक BLDC मोटर के स्टेटर का निर्माण कुंडलित कॉपर वाइंडिंग से किया जाता है, और इन वाइंडिंग को सक्रिय होने के बाद, वे एक चुंबकीय क्षेत्र बनाते हैं जो रोटर के स्थायी मैग्नेट के बीच एक बल उत्पन्न करने के लिए बातचीत करता है जो रोटर को मोड़ने के लिए यांत्रिक आंदोलन प्रदान करता है।

इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन का फैराडे का नियम: एक इलेक्ट्रोमोटिव बल एक कंडक्टर में प्रेरित होगा जब यह चुंबकीय क्षेत्र लाइनों को काटता है या एक बदलते चुंबकीय क्षेत्र में होता है। यह व्यापक रूप से सेंसर रहित नियंत्रण में उपयोग किया जाता है, जहां रोटर की स्थिति का पता चलता है कि पीछे के इलेक्ट्रोमोटिव बलों को संवेदन करके।

इन सिद्धांतों को औद्योगिक ब्रशलेस मोटर्स के डिजाइन में लागू किया जाता है। वे उच्च दक्षता और स्थिरता प्राप्त करने के लिए रोटर के स्थायी मैग्नेट के साथ अनुकूल विद्युत चुम्बकीय इंटरैक्शन सुनिश्चित करते हुए, स्टेटर वाइंडिंग के माध्यम से प्रवाह को बारीक रूप से विनियमित करके इसे पूरा करते हैं।

एक BLDC मोटर की कम्यूटेशन प्रक्रिया

BLDC मोटर में सबसे महत्वपूर्ण कार्य तंत्र को इलेक्ट्रॉनिक कम्यूटेशन कहा जाता है। यह ब्रशलेस मोटर्स और पारंपरिक ब्रश मोटर्स के बीच सबसे महत्वपूर्ण और प्रमुख अंतर कारक है।

कम्यूटेशन का सिद्धांत: कम्यूटेशन मोटर के कॉइल के संबंध में वर्तमान प्रवाह की दिशा को बदलने की प्रक्रिया है ताकि रोटर और स्टेटर के बीच निरंतर विद्युत चुम्बकीय बातचीत मौजूद हो, जो निरंतर टोक़ बनाता है।

छह-चरणीय कम्यूटेशन: BLDC मोटर्स की पारंपरिक नियंत्रण विधि विद्युत चक्र को छह चरणों में विभाजित करती है। हर कदम में, तीन-चरण-हवाओं में से दो संचालित होते हैं, जबकि एक चरण बंद है।

हॉल सेंसर फीडबैक: हॉल सेंसर रोटर के स्थायी मैग्नेट की स्थिति का पता लगाते हैं, ताकि नियंत्रक यह निर्धारित कर सके कि किस घुमावदार को सक्रिय किया जाना चाहिए और वर्तमान दिशा।

सेंसरलेस नियंत्रण: एक अधिक उन्नत विधि है, जो संयुक्त राष्ट्र-एनर्जेटिक चरण में बैक इलेक्ट्रोमोटिव बल की निगरानी करके रोटर की स्थिति का निर्धारण करना है, इस जटिल रणनीति को लागू करने के लिए किसी भी हॉल सेंसर की आवश्यकता नहीं है, जिसके परिणामस्वरूप ड्राइव की अधिक विश्वसनीयता है।

बिग BLDC मोटर्स आमतौर पर अधिक जटिल नियंत्रण रणनीतियों को अपनाते हैं, जैसे कि साइन वेव ड्राइव या वेक्टर नियंत्रण, चिकनी टॉर्क आउटपुट और उच्च दक्षता प्राप्त करने के लिए।

एक BLDC मोटर सिस्टम में नियंत्रक की भूमिका

BLDC मोटर अपने आप काम नहीं कर सकती है और इसे एक विशेष इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रक के साथ जोड़ने की आवश्यकता है:

मोटर ड्राइवर: आमतौर पर पावर MOSFET या IGBT पर आधारित एक तीन-चरण पुल इन्वर्टर जो नियंत्रण संकेत के अनुसार वर्तमान पथ को बदल देता है

माइक्रोकंट्रोलर: स्थिति सेंसर से सिग्नल प्राप्त करता है, नियंत्रण एल्गोरिदम करता है, और बिजली उपकरणों को चलाने के लिए पीडब्लूएम सिग्नल उत्पन्न करता है।

बंद-लूप नियंत्रण: अनुप्रयोग आवश्यकताओं के आधार पर सटीक गति नियंत्रण या स्थिति नियंत्रण प्रदान करता है।

सुरक्षित संरक्षण समारोह: ओवर-करंट प्रोटेक्शन, ओवर-टेम्परेचर प्रोटेक्शन, अंडर-वोल्टेज प्रोटेक्शन, आदि।

48V BLDC मोटर सिस्टम के लिए अनुप्रयोग इलेक्ट्रिक साइकिल, छोटे इलेक्ट्रिक वाहनों और कुछ अन्य औद्योगिक अनुप्रयोगों में व्यापक हैं। इसके नियंत्रक और हैंडलिंग सर्किटरी को उच्च वोल्टेज और धाराओं से निपटने की आवश्यकता होती है और आमतौर पर प्रदर्शन और सुरक्षा कार्यों का अधिक जटिल सेट होता है।

BLDC मोटर्स के प्रदर्शन विशेषताओं और अनुप्रयोग परिदृश्य

अब BLDC मोटर ऑपरेशन सिद्धांतों को सीखने के बाद उनके प्रदर्शन के लाभों पर एक नज़र डालें:

उच्च दक्षता: ब्रश और कम्यूटेटर से घर्षण नुकसान की अनुपस्थिति के कारण, उनकी दक्षता आमतौर पर 85% से ऊपर है, यहां तक ​​कि कुछ मामलों में 95% से ऊपर भी।

अच्छी गति-टॉर्क विशेषताएं: टॉर्क आउटपुट की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करती है।

ग्रेटर लाइफस्पैन: यांत्रिक पहनने वाले तत्वों के बिना, जीवनकाल केवल बीयरिंगों द्वारा अंततः विवश होता है।

बेहतर गर्मी विघटन दक्षता: अधिक प्रभावी गर्मी अपव्यय के लिए स्टेटर वाइंडिंग और मोटर आवास के बीच सीधा संपर्क।

कम शोर और विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप: ब्रश कम्यूटेशन द्वारा उत्पन्न कोई स्पार्क और शोर नहीं हैं।

अपनी विशेष संरचना के कारण, आउटरीनर BLDC मोटर कम गति पर उच्च टोक़ प्रदान करने में अधिक सक्षम है, जो उन्हें विशेष रूप से प्रत्यक्ष ड्राइव सिस्टम के लिए उपयुक्त बनाती है, जैसे ड्रोन प्रोपेलर और प्रशंसक आदि, स्थिरता और स्थायित्व के फायदे के साथ, ब्रशलेस मोटर इसे ऑटोमेशन उपकरण और प्रिसिजन इंस्ट्रूमेंट्स में बिजली की आपूर्ति का विकल्प बनाती है।

BLDC मोटर्स के नियंत्रण एल्गोरिदम

अधिक विकसित आधुनिक BLDC नियंत्रण प्रौद्योगिकी ने इस सरल छह-चरणीय कम्यूटेशन विधि को पार कर लिया है:

Trapezoidal Wave नियंत्रण: सबसे बुनियादी नियंत्रण विधि एक Trapezoidal वर्तमान तरंग है। यह व्यवहार में रखना सरल है, लेकिन काफी आयाम के टॉर्क तरंगों का उत्पादन करता है।

साइनसोइडल कंट्रोल: साइनसोइडल करंट द्वारा मोटर को चलाना, जो मोटर टॉर्क रिपल को कम कर सकता है और रनिंग स्मूथर बना सकता है।

फील्ड-ओरिएंटेड कंट्रोल (FOC): एक गणितीय परिवर्तन को लागू करके, 3-चरण वर्तमान को नियंत्रण के लिए घूर्णन समन्वय प्रणाली में अनुवादित किया जाता है, जिससे इष्टतम टोक़ नियंत्रण और ऊर्जा दक्षता होती है।

सेंसर फ्यूजन तकनीक: बेहतर नियंत्रण सटीकता और मजबूती के लिए कई प्रतिक्रिया संकेतों (जैसे, हॉल सेंसर, एनकोडर और वर्तमान नमूने) को एकीकृत करता है।

उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों में चुनौतियों के कारण, जैसे कि थर्मल प्रबंधन, दक्षता अनुकूलन और गतिशील प्रतिक्रिया, अधिक परिष्कृत नियंत्रण एल्गोरिदम आमतौर पर बड़े बीएलडीसी मोटर्स के लिए उपयोग किए जाते हैं।

निष्कर्ष: BLDC मोटर्स के कार्य सिद्धांत और लाभ

BLDC मोटर्सएक इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण प्रणाली के माध्यम से स्टेटर वाइंडिंग में वर्तमान को नियंत्रित करें और यांत्रिक ऊर्जा में विद्युत ऊर्जा के कुशल रूपांतरण को प्राप्त करने के लिए रोटर के स्थायी मैग्नेट के साथ बातचीत करें। छोटे उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों से लेकर बड़े औद्योगिक उपकरणों तक, कम-वोल्टेज अनुप्रयोगों से लेकर 48V BLDC मोटर सिस्टम, ब्रशलेस डीसी मोटर्स, उनकी उच्च दक्षता, उच्च विश्वसनीयता और उत्कृष्ट नियंत्रण प्रदर्शन के साथ, विभिन्न उद्योगों में तकनीकी प्रगति और ऊर्जा दक्षता में सुधार कर रहे हैं। इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण प्रौद्योगिकी और स्थायी चुंबक सामग्री के निरंतर विकास के साथ, हम यह अनुमान लगा सकते हैं कि BLDC मोटर्स में एक व्यापक अनुप्रयोग संभावना और अधिक उत्कृष्ट प्रदर्शन होगा।

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