बीएलडीसी मोटर कैसे काम करती है: ब्रशलेस डीसी मोटर्स के सिद्धांतों की विस्तृत व्याख्या

पिछले दो से तीन दशकों में, इलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकी और स्थायी चुंबक सामग्री की निरंतर प्रगति के कारण,बीएलडीसी मोटर्सविभिन्न उद्योगों के लिए विशिष्ट मोटरों से मुख्यधारा के बिजली समाधानों में परिवर्तित हो गए हैं।बीएलडीसी मोटर्सअपनी उच्च दक्षता, उच्च विश्वसनीयता और लंबे जीवनकाल के कारण घरेलू उपकरणों, बिजली उपकरणों, इलेक्ट्रिक वाहनों और औद्योगिक स्वचालन उपकरणों सहित अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। फिर भी, बीएलडीसी मोटर्स के संचालन सिद्धांत अभी भी बहुत से लोगों को ज्ञात नहीं हैं। यह आलेख आपको बीएलडीसी मोटर्स के कार्य सिद्धांत के बारे में जो कुछ भी समझने की आवश्यकता है उसे समझाएगा ताकि आप वर्तमान-इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में इस अविश्वसनीय नवाचार के बारे में अधिक विस्तृत जानकारी प्राप्त कर सकें।

बीएलडीसी मोटर की मूल संरचना

अब, कार्य सिद्धांत में आने से पहले, हमें इसकी मूल संरचना से परिचित होना चाहिए:

स्टेटर: मोटर हाउसिंग के अंदर लगा होता है, यह आम तौर पर लेमिनेटेड सिलिकॉन स्टील शीट से बना होता है, और कई इलेक्ट्रोमैग्नेट पोल बनाने के लिए इसके चारों ओर कॉइल लपेटे जाते हैं।

रोटर: रोटर आमतौर पर शाफ्ट पर लगा होता है और इसमें स्थायी चुंबक होते हैं। बीएलडीसी मोटरों को स्थायी चुंबकों के विभिन्न विन्यासों के आधार पर कई किस्मों में वर्गीकृत किया जा सकता है।

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

नियंत्रक: एक इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण प्रणाली जो हॉल सेंसर या अन्य फीडबैक तंत्रों से मिले फीडबैक के आधार पर स्टेटर वाइंडिंग्स के माध्यम से प्रवाहित होने वाली धारा का समय निर्धारित करती है।

यह ध्यान देने योग्य है कि आउटरनर बीएलडीसी 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, जिनमें उच्च टॉर्क की आवश्यकता होती है, जैसे ड्रोन प्रोपेलर की ड्राइव में।

विद्युत चुम्बकत्व के सिद्धांत: बीएलडीसी मोटर संचालन का आधार

विद्युत चुंबकत्व के दो बुनियादी सिद्धांत बीएलडीसी मोटर के संचालन को निर्धारित करते हैं:

एम्पीयर का नियम: जब कोई धारा प्रवाहित करने वाला कंडक्टर चुंबकीय क्षेत्र में होता है, तो कंडक्टर पर बल लगेगा। बीएलडीसी मोटर का स्टेटर कुंडलित तांबे की वाइंडिंग से बना होता है, और इन वाइंडिंग के सक्रिय होने के बाद, वे एक चुंबकीय क्षेत्र बनाते हैं जो रोटर के स्थायी चुंबकों के बीच संपर्क करके एक बल उत्पन्न करता है जो रोटर को घूमने के लिए यांत्रिक गति प्रदान करता है।

फैराडे का विद्युत चुम्बकीय प्रेरण का नियम: जब कोई चालक चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं को काटता है या बदलते चुंबकीय क्षेत्र में होता है तो उसमें एक विद्युत वाहक बल प्रेरित होता है। इसका व्यापक रूप से सेंसर रहित नियंत्रण में उपयोग किया जाता है, जहां पीछे के इलेक्ट्रोमोटिव बलों को महसूस करके रोटर की स्थिति का पता लगाया जाता है।

ये सिद्धांत औद्योगिक ब्रशलेस मोटरों के डिज़ाइन में लागू होते हैं। वे स्टेटर वाइंडिंग्स के माध्यम से प्रवाहित होने वाली धारा को सूक्ष्मता से नियंत्रित करके, उच्च दक्षता और स्थिरता प्राप्त करने के लिए रोटर के स्थायी चुंबकों के साथ अनुकूल विद्युत चुम्बकीय संपर्क सुनिश्चित करके इसे पूरा करते हैं।

बीएलडीसी मोटर की कम्यूटेशन प्रक्रिया

बीएलडीसी मोटर में सबसे महत्वपूर्ण कार्य तंत्र को इलेक्ट्रॉनिक कम्यूटेशन कहा जाता है। यह ब्रशलेस मोटर्स और पारंपरिक ब्रश्ड 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 संपर्क मौजूद रह सके, जो निरंतर टॉर्क बनाता है।

छह-चरणीय कम्यूटेशन: बीएलडीसी मोटर्स की पारंपरिक नियंत्रण विधि विद्युत चक्र को छह चरणों में विभाजित करती है। प्रत्येक चरण में, तीन-चरण-वाइंडिंग में से दो संचालित होते हैं, जबकि एक चरण बंद होता है।

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

सेंसर रहित नियंत्रण: गैर-ऊर्जावान चरण में बैक इलेक्ट्रोमोटिव बल की निगरानी करके रोटर की स्थिति निर्धारित करना एक अधिक उन्नत तरीका है, इस जटिल रणनीति को लागू करने के लिए किसी हॉल सेंसर की आवश्यकता नहीं होती है, जिसके परिणामस्वरूप ड्राइव की अधिक विश्वसनीयता होती है।

स्मूथ टॉर्क आउटपुट और उच्च दक्षता प्राप्त करने के लिए बड़े बीएलडीसी मोटर्स आमतौर पर अधिक जटिल नियंत्रण रणनीतियों को अपनाते हैं, जैसे साइन वेव ड्राइव या वेक्टर नियंत्रण।

बीएलडीसी मोटर सिस्टम में नियंत्रक की भूमिका

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

मोटर चालक: आमतौर पर पावर MOSFET या IGBT पर आधारित एक तीन-चरण ब्रिज इन्वर्टर जो नियंत्रण सिग्नल के अनुसार वर्तमान पथ को स्विच करता है

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

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

सुरक्षित सुरक्षा कार्य: अधिक-वर्तमान सुरक्षा, अधिक-तापमान सुरक्षा, अंडर-वोल्टेज सुरक्षा, आदि।

48V BLDC मोटर सिस्टम के अनुप्रयोग इलेक्ट्रिक साइकिल, छोटे इलेक्ट्रिक वाहन 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 एक अधिक जटिल सेट होता है।

बीएलडीसी मोटर्स की प्रदर्शन विशेषताएँ और अनुप्रयोग परिदृश्य

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

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

अच्छी गति-टॉर्क विशेषताएँ: टॉर्क आउटपुट की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करता है।

अधिक जीवनकाल: यांत्रिक घिसाव वाले तत्वों के बिना, जीवनकाल अंततः केवल बीयरिंगों द्वारा सीमित होता है।

बेहतर गर्मी अपव्यय दक्षता: अधिक प्रभावी गर्मी अपव्यय के लिए स्टेटर वाइंडिंग्स और मोटर हाउसिंग के बीच सीधा संपर्क।

कम शोर और विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप: ब्रश कम्यूटेशन से कोई चिंगारी और शोर उत्पन्न नहीं होता है।

अपनी विशेष संरचना के कारण, आउटरनर बीएलडीसी मोटर कम गति पर उच्च टॉर्क प्रदान करने में अधिक सक्षम है, जो उन्हें सीधे ड्राइव सिस्टम, जैसे ड्रोन प्रोपेलर और पंखे आदि के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाती है। स्थिरता और स्थायित्व के फायदे के साथ, ब्रशलेस मोटर इसे स्वचालन उपकरण और सटीक उपकरणों में बिजली आपूर्ति का विकल्प बनाती है।

बीएलडीसी मोटर्स के नियंत्रण एल्गोरिदम

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

ट्रैपेज़ॉइडल तरंग नियंत्रण: सबसे बुनियादी नियंत्रण विधि एक ट्रैपेज़ॉइडल वर्तमान तरंग है। इसे व्यवहार में लाना आसान है लेकिन यह काफी आयाम के टॉर्क तरंग उत्पन्न करता है।

साइनसॉइडल नियंत्रण: साइनसॉइडल करंट द्वारा मोटर चलाना, जो मोटर टॉर्क तरंग को कम कर सकता है और चलने को सुचारू बना सकता है।

क्षेत्र-उन्मुख नियंत्रण (एफओसी): गणितीय परिवर्तन लागू करके, 3-चरण धारा को नियंत्रण के लिए घूर्णन समन्वय प्रणाली में अनुवादित किया जाता है, जिससे इष्टतम टॉर्क नियंत्रण और ऊर्जा दक्षता प्राप्त होती है।

सेंसर फ़्यूज़न तकनीक: बेहतर नियंत्रण सटीकता और मजबूती के लिए कई फीडबैक सिग्नल (जैसे, हॉल सेंसर, एनकोडर और वर्तमान नमूनाकरण) को एकीकृत करता है।

थर्मल प्रबंधन, दक्षता अनुकूलन और गतिशील प्रतिक्रिया जैसे उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों में चुनौतियों के कारण, अधिक परिष्कृत नियंत्रण एल्गोरिदम का उपयोग आमतौर पर बिग बीएलडीसी मोटर्स के लिए किया जाता है।

निष्कर्ष: बीएलडीसी मोटर्स के कार्य सिद्धांत और लाभ

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

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