ब्रश रहित ब्रश रहित मोटर: ऑपरेशन, निर्माण और अनुप्रयोग

इलेक्ट्रिक मोटर हमारे जीवन का एक बड़ा हिस्सा बन गए हैं। वे इलेक्ट्रिक कारों से लेकर ड्रोन, रोबोट और अन्य इलेक्ट्रॉनिक्स डिवाइसेस तक सभी प्रकार के उपकरणों में पाए जाते हैं। सामान्य शब्दों में, एक इलेक्ट्रिक मोटर एक उपकरण है जो विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है । वे आमतौर पर जनरेटर के सटीक विपरीत के रूप में संदर्भित होते हैं क्योंकि वे समान सिद्धांतों पर काम करते हैं और सैद्धांतिक रूप से जनरेटर में परिवर्तित हो सकते हैं। वे अनिवार्य रूप से उन परिस्थितियों में उपयोग करते हैं जहां घूर्णी गति की आवश्यकता होती है और वे उपकरणों (कंपन मोटर्स), रोबोट, चिकित्सा उपकरण, खिलौने, और बहुत कुछ में आवेदन पाते हैं।

इलेक्ट्रिक मोटर्स को उनके लिए उपयोग किए जाने वाले बिजली के स्रोत के आधार पर दो व्यापक श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है: एसी मोटर्स और डीसी मोटर्स । जैसा कि नाम से पता चलता है, एसी मोटर्स आमतौर पर एसी बिजली स्रोतों (एकल चरण या तीन चरण) का उपयोग करके संचालित होते हैं और ज्यादातर औद्योगिक और भारी शुल्क अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं जहां बहुत अधिक टोक़ की आवश्यकता होती है। डीसी मोटर्स (जो आज के लिए हमारा ध्यान केंद्रित कर रहे हैं) दूसरी ओर आमतौर पर छोटे होते हैं और बैटरी (या डीसी स्रोतों में प्लग किए गए) आधारित अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं जहां एसी मोटर्स की तुलना में काफी कम काम की आवश्यकता होती है। वे रोजमर्रा के उपकरणों से लेकर बच्चों, रोबोटों के लिए खिलौनों की शेविंग जैसे खिलौने से लेकर ड्रोन और दूसरों के बीच ड्रोन जैसे कई डिवाइसों में एप्लिकेशन ढूंढते हैं।

डीसी मोटर्स की आवश्यकता एक एप्लिकेशन से दूसरे में भिन्न होती है, क्योंकि एक एप्लिकेशन को अधिक टॉर्क की आवश्यकता हो सकती है और गति को कम कर सकता है जबकि दूसरे को अधिक गति और कम टॉर्क की आवश्यकता हो सकती है, इस प्रकार डीसी मोटर्स को कभी-कभी बिक्री के लोगों द्वारा वर्गीकृत किया जाता है। हालांकि, डीसी मोटर्स को तीन अलग-अलग श्रेणियों या प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है;

1. ब्रश डीसी मोटर
2. ब्रशलेस डीसी मोटर्स
3. सर्वो मोटर्स।

आज के अनुच्छेद के लिए, हमारा ध्यान ब्रशलेस और ब्रश डीसी मोटर्स पर होगा, क्योंकि हम संचालन, निर्माण, अनुप्रयोगों, फायदे और नुकसान के सिद्धांत की रेखाओं के बीच अंतर की जांच करते हैं। तीसरे प्रकार के लिए, आप सर्वो मोटर के विस्तृत लेख के माध्यम से जा सकते हैं।

संचालन सिद्धांत और निर्माण

सभी मोटर्स का संचालन आम तौर पर दो सिद्धांतों पर आधारित होता है जो हैं ; Amperes कानून और फैराडे के कानून । पहले कानून कहा गया है कि एक बिजली के कंडक्टर एक चुंबकीय क्षेत्र में रखा एक शक्ति का अनुभव होगा यदि कोई वर्तमान कंडक्टर के माध्यम से बह कि क्षेत्र के समकोण पर एक घटक है। दूसरा सिद्धांत के अनुसार यदि एक कंडक्टर एक चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से ले जाया जाता है, तो उस क्षेत्र के लिए प्रस्ताव सीधा के किसी भी घटक एक संभावित अंतर उत्पन्न होगा कंडक्टर के सिरों के बीच।

इन कानूनों के आधार पर, इलेक्ट्रिक मोटर्स में दो मुख्य भाग शामिल होते हैं; एक स्थायी चुंबक और कंडक्टर का एक गुच्छा एक कुंडल में घाव करता है। कॉइल में बिजली लगाने से यह एक चुंबक बन जाता है और इस तथ्य पर आधारित होता है कि मैग्नेट ध्रुवों की तरह पीछे हटते हैं और ध्रुवों के विपरीत आकर्षित होते हैं, एक घूर्णी गति प्राप्त होती है।

ब्रश डीसी मोटर

ब्रश डीसी मोटर को सबसे शुरुआती और सरल मोटर्स में से एक के रूप में जाना जाता है क्योंकि यह ऊपर वर्णित कानूनों को सरलतम तरीके से लागू करता है। जैसा कि ब्रश डीसी मोटर के निर्माण के नीचे की छवि में वर्णित है, इसमें स्थायी चुंबक से बना एक स्थिर स्टेटर और एक चलती आर्मेचर (रोटर) होता है, जिस पर कम्यूटेटर, ब्रश और स्प्लिट रिंग जैसे घटक होते हैं, जिन्हें मोटर के चारों ओर रखा जाता है। शाफ़्ट।

जब मोटर (बैटरी के माध्यम से या स्रोत में एसी से डीसी प्लग में) के माध्यम से बिजली की आपूर्ति की जाती है, तो बिजली स्रोत से आर्मेचर तक ब्रश के माध्यम से प्रवाहित होती है जो आमतौर पर मोटर्स शाफ्ट के विपरीत किनारों पर स्थित होती हैं। ब्रश (जिसकी उपस्थिति मोटर के नाम के पीछे एक प्रमुख कारक है), कम्यूटेटर के साथ शारीरिक संपर्क के माध्यम से आर्मेचर को विद्युत प्रवाह स्थानांतरित करता है। जैसे ही आर्मेचर (तार का तार) एनर्जेटिक होता है, यह चुंबक की तरह व्यवहार करने लगता है और उस समय इसके ध्रुव स्थायी चुंबक के ध्रुवों को फिर से भरना शुरू कर देते हैं जो स्टेटर बनाता है। जैसे कि खंभे को पीछे हटाना, मोटर शाफ्ट जिस पर आर्मेचर लगा होता है वह गति और टॉर्क के साथ घूमना शुरू कर देता है जो आर्मेचर के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र की ताकत पर निर्भर करता है।

चुंबकीय क्षेत्र की ताकत आमतौर पर ब्रश पर लगाए गए वोल्टेज का एक कार्य है और स्टेटर के लिए उपयोग किए जाने वाले स्थायी चुंबक की ताकत है।

ब्रशलेस डीसी मोटर्स

भले ही वे विद्युत चुंबकत्व के एक ही सिद्धांत का उपयोग करते हैं, दूसरी ओर ब्रश रहित मोटर्स अधिक जटिल हैं। वे ब्रश डीसी मोटर्स की दक्षता में सुधार के लिए किए गए प्रयासों का एक सीधा परिणाम हैं और बस उन मोटर्स के रूप में वर्णित किया जा सकता है जो कम्यूटेशन के लिए ब्रश का उपयोग नहीं करते हैं। हालांकि, उस विवरण की सरलीकृत प्रकृति सवालों के माध्यम से बताती है कि मोटर कैसे चलती है और ब्रश के बिना गति कैसे प्राप्त होती है, जिसे मैं समझाने की कोशिश करूंगा।

ब्रश किए गए मोटर्स के निर्माण के विपरीत, ब्रश रहित मोटर्स में चीजें इधर-उधर हो जाती हैं। आर्मेचर जो ब्रश मोटर के मामले में, स्टेटर के भीतर घूमता है, ब्रशलेस मोटर्स में स्थिर होता है और स्थायी चुंबक, जो ब्रश मोटर्स में तय होता है, ब्रश रहित मोटर में रोटर के रूप में कार्य करता है। सीधे शब्दों में कहें, ब्रशलेस डीसी मोटर्स के लिए स्टेटर कॉइल से बना होता है जबकि इसका रोटर (जिसमें मोटर शाफ्ट जुड़ा होता है) एक स्थायी चुंबक से बना होता है।

चूंकि ब्रशलेस मोटर आर्मेचर को शक्ति प्रदान करने के लिए ब्रश के उपयोग को समाप्त कर देती है, इसलिए स्विचिंग (कम्यूटेशन) अधिक जटिल हो जाती है और गति प्राप्त करने के लिए इलेक्ट्रॉनिक कंपोनेंट के अतिरिक्त सेट (जैसे ऑप्टिकल कंप्रेशर जैसे कम्यूटिंग कंपोनेंट द्वारा ट्रिगर किया गया एम्पलीफायर) का उपयोग करके इलेक्ट्रॉनिक रूप से किया जाता है। । ब्रशलेस डीसी मोटर्स के लिए कम्यूटेशन एल्गोरिदम को दो में विभाजित किया जा सकता है; सेंसर आधारित और संवेदनाहीन हंगामा।

सेंसर-आधारित कम्यूटेशन में, सेंसर की स्थिति (जैसे हॉल सेंसर) को मोटर के ध्रुवों के साथ रखा जाता है ताकि रोटर स्थिति का अनुमान लगाने में मदद करने के लिए नियंत्रण सर्किटरी को फीडबैक प्रदान किया जा सके। सेंसर-आधारित कम्यूटेशन के लिए तीन लोकप्रिय एल्गोरिदम कार्यरत हैं;

1. ट्रैपेज़ॉइडल कम्यूटेशन
2. साइनसोइडल कम्यूटेशन
3. वेक्टर (या क्षेत्र-उन्मुख) नियंत्रण।

इन नियंत्रण एल्गोरिथ्म में से प्रत्येक के पास अपने पेशेवरों और विपक्ष हैं और एल्गोरिदम को सॉफ़्टवेयर और इलेक्ट्रॉनिक्स हार्डवेयर के डिजाइन के आधार पर आवश्यक बदलावों के आधार पर अलग-अलग तरीकों से लागू किया जा सकता है।

दूसरी ओर सेंसर रहित कम्यूटेशन में, मोटर्स के भीतर सेंसर लगाए जाने के बजाय, रोटर की स्थिति का अनुमान लगाने के लिए बैक ईएमएफ को मापने के लिए नियंत्रण सर्किटरी को डिज़ाइन किया गया है।

यह एल्गोरिदम बहुत अच्छा प्रदर्शन करता है और कम लागत पर है क्योंकि हॉल सेंसर की लागत समाप्त हो जाती है, लेकिन इसका कार्यान्वयन सेंसर आधारित एल्गोरिदम की तुलना में बहुत अधिक जटिल है।

फायदा और नुकसान

ब्रश डीसी मोटर्स में, ब्रश घूर्णन कम्यूटेटर के साथ लगातार संपर्क में हैं। इससे काफी मात्रा में घर्षण उत्पन्न होता है और इसके कारण ब्रश की गर्मी और धीरे-धीरे पहनने के लिए ऊर्जा का नुकसान होता है । इस प्रकार, ब्रश डीसी मोटर्स में कम दक्षता होती है और समय-समय पर रखरखाव की आवश्यकता होती है। यह बहुत अधिक घर्षण पैदा करता है, और घर्षण गर्मी (ऊर्जा हानि) और पहनने और आंसू के बराबर होता है। दूसरी ओर ब्रशलेस डीसी अनिवार्य रूप से घर्षण रहित हैं और इस प्रकार वास्तव में उच्च दक्षता है, शून्य रखरखाव की आवश्यकता होती है और ब्रश डीसी मोटर्स की तुलना में अधिक समय तक रहता है।

हालांकि, ब्रश डीसी मोटर्स अपने डिजाइन की सरल प्रकृति के कारण अपने ब्रश रहित समकक्षों की तुलना में बहुत सस्ते हैं । दूसरी ओर ब्रशलेस डीसी मोटर्स अपने जटिल डिजाइन और उन्हें चलाने के लिए आवश्यक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनिक्स घटकों (नियंत्रकों) की अतिरिक्त लागत के कारण काफी महंगी हैं।

अनुप्रयोग

जबकि ब्रशलेस डीसी मोटर्स इन दिनों अधिक लोकप्रिय हैं, ब्रश किए गए डीसी मोटर्स का उपयोग आज भी घरेलू उपकरणों, बच्चों के खिलौने, और औद्योगिक अनुप्रयोगों में आसानी से किया जाता है, जिससे आसानी से टोक़ अनुपात में उनकी गति भिन्न हो सकती है। उनकी कम लागत के कारण, उन अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है जहां मेजबान डिवाइस मोटर्स से पहले विफल हो सकते थे।

दूसरी ओर ब्रशलेस डीसी मोटर्स ने चिकित्सा उपकरणों, रोबोटों और ड्रोनों से लेकर इलेक्ट्रिक कारों, बिजली उपकरणों आदि सभी प्रकार के उपकरणों में अनुप्रयोगों को पाया है। इनका उपयोग उन अनुप्रयोगों में अनिवार्य रूप से किया जाता है जिनके लिए उच्च दक्षता, दीर्घायु और लागत की आवश्यकता होती है।

ब्रशलेस और ब्रश डीसी मोटर्स के बीच चयन करते समय कारकों पर विचार करें

नीचे दिए गए आपके आवेदन के लिए गति, टॉर्क, पावर रेटिंग और अन्य बुनियादी आवश्यकताएं तीन कारक हैं जिन्हें मैं महसूस करता हूं कि आपके आवेदन के लिए मोटर के प्रकार पर निर्णय लेते समय विचार करना अच्छा हो सकता है।

1. ड्यूटी साइकिल / सेवा जीवन
2. दक्षता
3. नियंत्रण / सक्रियण
4. लागत

ड्यूटी साइकिल / सेवा जीवन

सेवा जीवन का वर्णन है कि विफल होने से पहले और किस कर्तव्य चक्र पर मोटर को चलाने के लिए कितने समय की आवश्यकता होती है। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि पहले से उल्लेखित डीसी मोटर ब्रश और कम्यूटेटर के बीच घर्षण के कारण पहनने के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं। इस प्रकार यह सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है कि आवेदन एक है जिसमें मोटर पूरे सेवा जीवन में कार्यात्मक होगा या एक आवेदन जिसमें मोटर की सर्विसिंग को सामान्य और सस्ती माना जाएगा यदि ब्रश डीसी मोटर्स का उपयोग किया जाना है। इसका एक अच्छा उदाहरण बच्चों के खिलौनों में है, जहां खिलौने आमतौर पर मोटर खराब होने से पहले फेंक दिए जाते हैं या क्षतिग्रस्त हो जाते हैं। लंबे समय से सेवा जीवन के साथ अनुप्रयोगों में और मोटर की सेवा एक व्यवहार्य विकल्प नहीं है, ब्रशलेस डीसी मोटर्स आमतौर पर बुद्धिमान विकल्प हैं।

दक्षता

आमतौर पर, ब्रशलेस डीसी मोटर्स में ब्रश डीसी मोटर्स की तुलना में एक उच्च समग्र दक्षता होती है, लेकिन समकक्ष ब्रशलेस मोटर्स की तुलना में बेहतर दक्षता वाले लौह-कम कोर ब्रश मोटर्स के मामले होते हैं। हालांकि, निर्णय लेने से पहले समग्र आवश्यक दक्षता का मूल्यांकन करना और प्रत्येक मोटर के साथ तुलना करना महत्वपूर्ण है। ज्यादातर मामलों में जहां दक्षता निर्णायक कारक है, ब्रशलेस डीसी मोटर्स आमतौर पर जीतती हैं।

नियंत्रण / सक्रियण

यह आमतौर पर प्रमुख असफलताओं में से एक है जब यह ब्रशलेस डीसी मोटर्स के उपयोग की बात आती है। नियंत्रकों आदि की अतिरिक्त आवश्यकताएं, ब्रश डीसी मोटर्स की तुलना में सक्रियण को अधिक जटिल बनाती हैं, जो कि अपने टर्मिनलों में बैटरी को जोड़ने के रूप में तुच्छ के रूप में संचालित / सक्रिय तरीके हो सकते हैं। आपको यह सुनिश्चित करना चाहिए कि परियोजना के लिए ब्रशलेस डीसी मोटर का उपयोग करने से जुड़ी जटिलता उचित है और सहायक इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे नियंत्रक आसानी से उपलब्ध हैं। ब्रश डीसी मोटर्स की सादगी के बावजूद, वे कभी-कभी उच्च परिशुद्धता अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त नहीं होते हैं। जबकि ब्रश डीसी मोटर को Arduino जैसे कंट्रोलर से आसानी से जोड़ा जा सकता है, लेकिन BLDC को Arduino Uno के साथ जोड़ना बहुत जटिल है, हालाँकि ESC (इलेक्ट्रॉनिक स्पीड कंट्रोलर)) एक माइक्रोकंट्रोलर के साथ BLDC को इंटरफ़ेस करना आसान बनाता है।

लागत

ब्रश डीसी मोटर्स की तुलना में ब्रशलेस डीसी मोटर्स के डिजाइन की जटिलता उन्हें वास्तव में महंगी बनाती है। ब्रशलेस डीसी मोटर्स के लिए जाने से पहले अतिरिक्त लागत परियोजना के लिए सस्ती सीमा के भीतर सुनिश्चित करें। निर्णय लेने से पहले बीएलडीसी के उपयोग के लिए आवश्यक अन्य सहायक उपकरण की लागत पर भी विचार करें।