स्थायी चुंबक मोटर्स औद्योगिक दक्षता सटीकता को बढ़ावा देते हैं

इलेक्ट्रिक मोटर्स आधुनिक उद्योग की जीवन शक्ति हैं और उनमें से, स्थायी चुंबकीय सिंक्रोनस मोटर्स (पीएमएसएम) कई क्षेत्रों में एक बेहतर समाधान के रूप में उभर रहे हैं।वे पारंपरिक मोटर्स की तुलना में क्या फायदे प्रदान करते हैंइनकी संरचना में कौन-कौन से चतुर डिजाइन छिपे हुए हैं? कौन-कौन सी अनूठी नियंत्रण रणनीतियाँ इनको अलग करती हैं? इस लेख में पीएमएसएम संरचना, कार्य सिद्धांतों, और इनकी कार्यप्रणाली का व्यापक विश्लेषण किया गया है।नियंत्रण विधियाँ, और आवेदन।

स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटर (पीएमएसएम) एक प्रकार का सिंक्रोनस मोटर है जहां उत्तेजना चुंबकीय क्षेत्र स्थायी चुंबकों द्वारा प्रदान किया जाता है।पारंपरिक विद्युत उत्तेजित सिंक्रोनस मोटर्स की तुलना में, पीएमएसएम अतिरिक्त उत्तेजना घुमाव और बिजली स्रोतों की आवश्यकता को समाप्त करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक अधिक कॉम्पैक्ट संरचना और उच्च दक्षता होती है।पीएमएसएम उच्च शक्ति घनत्व प्रदान करते हैं, टॉर्क-टू-इनेरशिया अनुपात, और नियंत्रण सटीकता, उन्हें उच्च प्रदर्शन वाले सर्वो ड्राइव, इलेक्ट्रिक वाहनों, पवन ऊर्जा उत्पादन और अन्य अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाती है।

पीएमएसएम में मुख्य रूप से दो भाग होते हैंः स्टेटर और रोटर। जबकि उनकी बुनियादी संरचना पारंपरिक सिंक्रोनस मोटर्स के समान होती है, रोटर डिजाइन उनके मूल नवाचार का प्रतिनिधित्व करता है।

स्टेटर, एक पीएमएसएम का स्थिर घटक, मुख्य रूप से स्टेटर कोर और स्टेटर रोलिंग से बना होता है। स्टेटर कोर को आमतौर पर लोहे के नुकसान को कम करने के लिए सिलिकॉन स्टील शीट से लेमिनेट किया जाता है।स्टेटर घुमावदार स्टेटर कोर के स्लॉट में एम्बेडेड हैं, बहु-चरण एसी घुमावों का गठन, दो-चरण और तीन-चरण विन्यास सबसे आम हैं। घुमाव वितरण के आधार पर, स्टेटर घुमावों को वर्गीकृत किया जा सकता हैः

वितरित घुमाव में प्रति पोल प्रति चरण कई स्लॉट होते हैं (Q=2,3उनका लाभ उच्च हार्मोनिक को प्रभावी ढंग से दबाने और मोटर प्रदर्शन में सुधार करने में निहित है, हालांकि विनिर्माण जटिलता बढ़ जाती है।

केंद्रित घुमावों में प्रति चरण (Q=1) प्रति ध्रुव एक स्लॉट का उपयोग किया जाता है। जबकि वे निर्माण में सरल हैं, वे उच्च हार्मोनिक सामग्री उत्पन्न करते हैं, हार्मोनिक दमन के लिए अतिरिक्त उपायों की आवश्यकता होती है।

रोटर, घूर्णन घटक, स्थायी चुंबकों को अपनी प्रमुख नवाचार के रूप में प्रस्तुत करता है। चुंबक की नियुक्ति के आधार पर, पीएमएसएम को वर्गीकृत किया जाता हैः

एसपीएमएसएम में, चुंबक सीधे रोटर की सतह पर लगाए जाते हैं। यह डिजाइन निकट-सिनोसाइडल वायु अंतर चुंबकीय क्षेत्र का उत्पादन करता है और प्रेरण पैरामीटर डिजाइन को सरल बनाता है,लेकिन कम यांत्रिक शक्ति और वायु अंतराल प्रभावों के लिए चुंबक की भेद्यता से पीड़ित है.

आईपीएमएसएम रोटर के अंदर चुंबक एम्बेड करते हैं, जो बेहतर यांत्रिक शक्ति और बढ़े हुए टोक़ घनत्व के लिए अनिच्छा टोक़ का उपयोग करने की क्षमता प्रदान करते हैं। विभिन्न आंतरिक चुंबक विन्यास मौजूद हैं,एकल परत सहित, बहुस्तरीय, और वी प्रकार की व्यवस्थाएं।

प्रमुखता अनुपात के आधार पर आगे वर्गीकरण पीएमएसएम को निम्न में विभाजित करता हैः

• ऊर्ध्वाधर ध्रुव के पीएमएसएमःजहां सीधी धुरी के प्रेरण (Ld) वर्ग धुरी के प्रेरण (Lq) से भिन्न है।
• नॉन-सालिंट पोल पीएमएसएम:जहां Ld Lq के बराबर है.

पीएमएसएम स्टेटर के घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र और रोटर के स्थायी चुंबकीय क्षेत्र के बीच बातचीत के माध्यम से काम करते हैं। जब सममित बहु-चरण एसी धारा स्टेटर घुमावों के माध्यम से बहती है, तोयह एक घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता हैरोटर का स्थायी चुंबक क्षेत्र इस घूर्णन क्षेत्र के साथ समन्वित होता है, जो घूर्णन को चलाने वाला टोक़ उत्पन्न करता है।सिंक्रोनस ऑपरेशन तब होता है जब रोटर की गति स्टेटर क्षेत्र की घूर्णन गति से मेल खाती है.

प्रेरण मोटर्स के समान, पीएमएसएम स्टेटर घुमाव में तीन-चरण एसी धारा एक घूर्णी चुंबकीय क्षेत्र बनाती है। क्षेत्र की घूर्णन गति बिजली की आपूर्ति आवृत्ति और स्टेटर ध्रुव जोड़े पर निर्भर करती हैः

n = 60f / p

जहां n घूर्णन गति (rpm), f आवृत्ति (Hz), और p ध्रुव जोड़ी की संख्या है।

रोटर के स्थायी चुंबक क्षेत्रों और स्टेटर के घूर्णन क्षेत्रों के बीच बातचीत विद्युत चुंबकीय टोक़ का उत्पादन करती है। टोक़ की परिमाण क्षेत्र की ताकत पर निर्भर करती है, उनके कोणीय संबंध,और मोटर संरचनात्मक मापदंडएसपीएमएसएम मुख्य रूप से स्थायी चुंबक टॉर्क उत्पन्न करते हैं, जबकि आईपीएमएसएम अपने प्रमुख ध्रुव डिजाइन के कारण स्थायी चुंबक टॉर्क और अनिच्छा टॉर्क दोनों का उत्पादन करते हैं।

पीएमएसएम नियंत्रण का उद्देश्य गति, टोक़ और स्थिति के सटीक विनियमन के लिए है। उनकी गैर-रैखिक, दृढ़ता से जुड़ी प्रकृति को देखते हुए, पीएमएसएम नियंत्रण अद्वितीय चुनौतियां प्रस्तुत करता है। सामान्य नियंत्रण दृष्टिकोणों में शामिल हैंः

यह सरल पद्धति निरंतर वोल्टेज-फ्रिक्वेन्सी अनुपात बनाए रखकर मोटर गति को नियंत्रित करती है। जबकि यह लागत प्रभावी है, यह सीमित सटीकता और गतिशील प्रदर्शन प्रदान करती है,इसे उच्च प्रदर्शन अनुप्रयोगों के लिए अनुपयुक्त बना रहा है.

यह उन्नत तकनीक स्वतंत्र नियंत्रण के लिए स्टेटर धारा को उत्तेजना और टोक़ घटकों में विघटित करती है।एफओसी उच्च परिशुद्धता और गतिशील प्रतिक्रिया प्रदान करता है लेकिन समन्वय परिवर्तन और पैरामीटर पहचान से जुड़े जटिल एल्गोरिदम की आवश्यकता होती है.

संदर्भ के रूप में रोटर प्रवाह का उपयोग करते हुए, यह विधि अलग उत्तेजना और टोक़ नियंत्रण के लिए डी-अक्ष और क्यू-अक्ष घटकों में स्टेटर धारा को विघटित करती है,त्वरित टोक़ प्रतिक्रिया की अनुमति देता है लेकिन सटीक रोटर स्थिति डेटा की आवश्यकता होती है.

यह भिन्नता संदर्भ के रूप में स्टेटर प्रवाह का उपयोग करती है, प्रत्यक्ष रोटर स्थिति निर्भरता को समाप्त करती है लेकिन एल्गोरिथम जटिलता को बढ़ाती है।

डीटीसी सीधे स्टेटर वोल्टेज वेक्टरों को नियंत्रित करके संदर्भ टोक़ और प्रवाह मूल्यों से मेल खाने के लिए टॉर्क को नियंत्रित करता है। जबकि संरचनात्मक रूप से उत्कृष्ट गतिशीलता के साथ सरल है,यह महत्वपूर्ण टोक़ लहर पैदा करता है जिसके लिए शमन उपायों की आवश्यकता होती है.

स्थिति सेंसर को समाप्त करने से लागत और जटिलता कम होती है। सामान्य सेंसरलेस तकनीकों में शामिल हैंः

यह विधि बैक-ईएमएफ अवलोकनों से रोटर की स्थिति का अनुमान लगाती है लेकिन शोर हस्तक्षेप के लिए कमजोर छोटे संकेत आयामों के कारण कम गति पर संघर्ष करती है।

उच्च आवृत्ति संकेतों को इंजेक्ट करके और प्रबलता प्रभावों के कारण होने वाले प्रेरकता परिवर्तनों की निगरानी करके, यह दृष्टिकोण आईपीएमएसएम के लिए अच्छी तरह से काम करता है लेकिन उच्च स्विचिंग आवृत्तियों की आवश्यकता होती है।

ट्रैपेज़ोइडल बैक-ईएमएफ के साथ पीएमएसएम के लिए उपयोग किया जाता है, यह सरल विधि महत्वपूर्ण टोक़ लहर का उत्पादन करती है। बंद-लूप कार्यान्वयन के लिए स्थिति प्रतिक्रिया के लिए हॉल सेंसर की आवश्यकता होती है।

पारंपरिक प्रेरण मोटर्स की तुलना में, पीएमएसएम प्रदान करते हैंः

उत्तेजना धारा को समाप्त करने से हानि कम होती है, जो विशेष रूप से हल्के भार के तहत ध्यान देने योग्य होती है।अध्ययनों से पता चलता है कि PMSM समान परिस्थितियों में प्रीमियम दक्षता (IE3) प्रेरण मोटर्स की तुलना में लगभग 2% अधिक दक्षता प्राप्त करते हैं.

उच्च ऊर्जा वाले स्थायी चुंबक कॉम्पैक्ट आयामों के भीतर मजबूत चुंबकीय क्षेत्र को सक्षम करते हैं, प्रति इकाई आयतन अधिक शक्ति प्रदान करते हैं।

कम जड़ता वाले कॉम्पैक्ट रोटर डिजाइन तेजी से स्टार्ट-स्टॉप ऑपरेशन और त्वरण को सुविधाजनक बनाते हैं, गतिशील प्रतिक्रिया को बढ़ाते हैं।

एफओसी और डीटीसी जैसे उन्नत नियंत्रण विधियां गति, टोक़ और स्थिति के सटीक विनियमन को सक्षम करती हैं, जो मांग वाले सर्वो अनुप्रयोगों को पूरा करती हैं।

पीएमएसएम विभिन्न क्षेत्रों में उत्कृष्ट हैंः

ईवी प्रणोदन प्रणालियों के लिए आदर्श, पीएमएसएम रेंज और त्वरण में सुधार करते हैं। टेस्ला और बीवाईडी जैसे प्रमुख निर्माताओं ने इस तकनीक को अपनाया है।

डायरेक्ट-ड्राइव पीएमएसएम पवन टर्बाइन गियरबॉक्स को समाप्त करते हैं, कठोर वातावरण में विश्वसनीयता में सुधार करते हुए यांत्रिक नुकसान और रखरखाव को कम करते हैं।

उच्च प्रदर्शन वाले सर्वो प्रणालियों के मुख्य घटकों के रूप में, पीएमएसएम औद्योगिक रोबोटों और सीएनसी मशीन टूल्स की सख्त मांगों को पूरा करते हैं।

इनवर्टर आधारित एयर कंडीशनर, वाशिंग मशीन और रेफ्रिजरेटर में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले, पीएमएसएम शोर को कम करते हुए ऊर्जा दक्षता में सुधार करते हैं और जीवनकाल बढ़ाते हैं।

अपनी उच्च दक्षता, शक्ति घनत्व और नियंत्रण सटीकता के साथ, पीएमएसएम मोटर प्रौद्योगिकी में एक महत्वपूर्ण प्रगति का प्रतिनिधित्व करते हैं।जैसे-जैसे स्थायी चुंबक सामग्री और नियंत्रण एल्गोरिदम विकसित होते हैं, इलेक्ट्रिक मोबिलिटी, स्मार्ट मैन्युफैक्चरिंग और एयरोस्पेस में अनुप्रयोगों का विस्तार होगा।और सेंसर रहित तकनीकें पीएमएसएम के निरंतर विकास को बढ़ावा देने का वादा करती हैं।.