अतुल्यकालिक मोटर: सिद्धांत, संरचना और औद्योगिक ड्राइव में प्रदर्शन

दुनिया में सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले प्रकार के इलेक्ट्रिक मोटर्स में से एक के रूप में, अतुल्यकालिक मोटर -इंडक्शन मोटर के रूप में जाना जाता है - औद्योगिक ड्राइव में एक अपूरणीय भूमिका निभाता है। विनिर्माण संयंत्रों से लेकर कन्वेयर सिस्टम तक, पंपों और प्रशंसकों से लेकर कंप्रेशर्स तक, एसिंक्रोनस मोटर्स आधुनिक औद्योगिक स्वचालन की रीढ़ बन गए हैं। उनकी मजबूती, लागत-प्रभावशीलता और विभिन्न लोड स्थितियों के लिए अनुकूलनशीलता उन्हें अनगिनत अनुप्रयोगों के लिए पसंदीदा विकल्प बनाती है।

औद्योगिक उत्पादन में, चिकनी संचालन सुनिश्चित करने, डाउनटाइम को कम करने और ऊर्जा की खपत का अनुकूलन करने के लिए विश्वसनीय और कुशल मोटर सिस्टम आवश्यक हैं। इस संबंध में एसिंक्रोनस मोटर्स एक्सेल, अन्य मोटर प्रकारों की तुलना में स्थिर टोक़, लंबी सेवा जीवन और अपेक्षाकृत सरल रखरखाव प्रदान करते हैं। यह लेख कार्य सिद्धांतों, संरचनात्मक घटकों, शुरुआती विधियों और अतुल्यकालिक मोटर्स के प्रदर्शन मूल्यांकन मैट्रिक्स की पड़ताल करता है, जिससे आपको यह समझने में मदद मिलती है कि वे औद्योगिक ड्राइव सिस्टम की आधारशिला क्यों बने रहते हैं।

 

मूल कार्य सिद्धांत

विद्युत चुम्बकीय प्रेरण और घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र

अतुल्यकालिक मोटर विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के सिद्धांत पर संचालित होता है, जैसा कि पहले माइकल फैराडे द्वारा वर्णित है और बाद में निकोला टेस्ला द्वारा व्यावहारिक मोटर डिजाइन में लागू किया गया है। तीन-चरण अतुल्यकालिक मोटर में, स्टेटर वाइंडिंग्स तीन-चरण एसी बिजली की आपूर्ति से जुड़े होते हैं, जो स्टेटर के अंदर एक घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र बनाता है।

जब रोटर को इस घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र के भीतर रखा जाता है, तो फ़ील्ड और रोटर कंडक्टर के बीच सापेक्ष गति फैराडे के नियम के अनुसार एक इलेक्ट्रोमोटिव बल (ईएमएफ) को प्रेरित करती है। यह प्रेरित ईएमएफ रोटर में एक वर्तमान उत्पन्न करता है, जो बदले में टोक़ का उत्पादन करने के लिए स्टेटर के चुंबकीय क्षेत्र के साथ बातचीत करता है। इस प्रकार मोटर विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करना शुरू कर देता है।

पर्ची और इसके प्रभावशाली कारकों की अवधारणा

एक अतुल्यकालिक मोटर की परिभाषित विशेषताओं में से एक 'स्लिप ' की उपस्थिति है - सिंक्रोनस गति (घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र की गति) और वास्तविक रोटर गति के बीच का अंतर। इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन होने के लिए पर्ची आवश्यक है; इसके बिना, कोई सापेक्ष गति मौजूद नहीं होगी, और रोटर में कोई वर्तमान प्रेरित नहीं होगा।

स्लिप विभिन्न कारकों पर निर्भर करता है, जिसमें लोड की स्थिति, रोटर प्रतिरोध और आपूर्ति आवृत्ति शामिल हैं। हल्के भार के तहत, स्लिप न्यूनतम है, जबकि भारी भार के तहत, पर्ची बढ़ जाती है। मानक औद्योगिक मोटर्स के लिए विशिष्ट पर्ची मान डिजाइन और अनुप्रयोग के आधार पर 0.5% से 6% तक होते हैं।

 

मुख्य संरचनात्मक घटक

स्टेटर संरचना और घुमावदार प्रकार

स्टेटर अतुल्यकालिक मोटर का स्थिर हिस्सा है और घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र के स्रोत के रूप में कार्य करता है। इसमें स्लॉट्स के साथ एक टुकड़े टुकड़े में स्टील कोर होता है जो तांबे या एल्यूमीनियम वाइंडिंग को घर देता है। प्रदर्शन आवश्यकताओं, लागत और विनिर्माण प्रक्रियाओं के आधार पर विकल्प के साथ इन वाइंडिंग को वितरित या केंद्रित किया जा सकता है।

स्टेटर कोर लैमिनेशन एक दूसरे से एडी वर्तमान नुकसान को कम करने के लिए अछूता है, जो दक्षता में सुधार करता है। उच्च गुणवत्ता वाले इन्सुलेशन सामग्री और सटीक घुमावदार तकनीक मोटर की दीर्घकालिक विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण हैं।

रोटर प्रकार (गिलहरी-केज और घाव-रोटर)

रोटर मोटर का घूर्णन घटक है, जो स्टेटर के अंदर स्थित है। रोटार के दो मुख्य प्रकार हैं:

गिलहरी-केज रोटर  -यह सबसे आम रोटर डिज़ाइन है, जिसमें एल्यूमीनियम या कॉपर बार से मिलकर दोनों छोरों पर कंडक्टिव एंड रिंग्स द्वारा शॉर्ट-सर्किट किया गया है। यह सरल, मजबूत है, और थोड़ा रखरखाव की आवश्यकता है।

घाव-रोटर (स्लिप रिंग) रोटर  -यह डिज़ाइन स्लिप रिंग्स से जुड़े तीन-चरण वाइंडिंग का उपयोग करता है, जिससे बाहरी प्रतिरोधों को स्टार्टअप के दौरान रोटर सर्किट में डाला जा सकता है। यह उच्च शुरुआती टोक़ और अधिक लचीली गति नियंत्रण प्रदान करता है लेकिन अधिक रखरखाव की आवश्यकता होती है।

बीयरिंग और कूलिंग सिस्टम

बीयरिंग रोटर शाफ्ट का समर्थन करते हैं, जिससे चिकनी रोटेशन और संरेखण सुनिश्चित होता है। एप्लिकेशन के आधार पर, मोटर्स रोलिंग-एलिमेंट बीयरिंग या स्लीव बीयरिंग का उपयोग कर सकते हैं। जीवन को लम्बा खींचने के लिए उचित स्नेहन और सीलिंग आवश्यक है।

कूलिंग उतना ही महत्वपूर्ण है, क्योंकि मोटर्स ऑपरेशन के दौरान गर्मी उत्पन्न करते हैं। सामान्य शीतलन विधियों में ओपन ड्रिप-प्रूफ (ODP), पूरी तरह से संलग्न फैन-कूल्ड (TEFC), और वॉटर-कूल्ड डिज़ाइन शामिल हैं। कूलिंग सुनिश्चित करता है कि मोटर सुरक्षित तापमान सीमा के भीतर संचालित हो, इन्सुलेशन में गिरावट को रोकता है और सेवा जीवन का विस्तार करता है।

 

शुरुआती तरीके और नियंत्रण प्रौद्योगिकियां

डायरेक्ट-ऑन-लाइन (डीओएल) शुरू

एसिंक्रोनस मोटर्स के लिए सबसे सरल और सबसे सीधा शुरुआती विधि डायरेक्ट-ऑन-लाइन (डीओएल) स्टार्ट है। इस दृष्टिकोण में, मोटर सीधे पूर्ण आपूर्ति वोल्टेज से जुड़ा हुआ है, जिससे यह तुरंत अधिकतम शुरुआती टॉर्क विकसित करने की अनुमति देता है। हालांकि यह एक त्वरित और विश्वसनीय स्टार्टअप प्रदान करता है, प्रमुख दोष बहुत अधिक इनरश करंट है, जो अक्सर मोटर के रेटेड फुल-लोड करंट से 6 से 8 गुना तक पहुंच जाता है। वर्तमान के इस अचानक उछाल से पावर नेटवर्क में वोल्टेज डिप्स हो सकता है, संभवतः अन्य उपकरणों को प्रभावित कर सकता है। इसके अतिरिक्त, यांत्रिक प्रणाली तेजी से त्वरण के कारण महत्वपूर्ण तनाव का अनुभव करती है, जिससे कपलिंग, बेल्ट और गियर जैसे घटकों के समय से पहले पहनने का कारण हो सकता है। इन मुद्दों के बावजूद, डीओएल की शुरुआत उन अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है जहां बिजली प्रणाली सर्ज को संभाल सकती है और जहां यांत्रिक प्रणाली तनाव को सहन करने के लिए पर्याप्त मजबूत है।

स्टार-डेल्टा कम-वोल्टेज शुरू

डीओएल शुरुआत से जुड़े उच्च शुरुआती वर्तमान को कम करने के लिए, स्टार-डेल्टा (Y-g) कम-वोल्टेज शुरुआती विधि आमतौर पर नियोजित होती है, विशेष रूप से मध्यम-शक्ति अतुल्यकालिक मोटर्स में। प्रारंभ में, स्टेटर वाइंडिंग एक स्टार कॉन्फ़िगरेशन में जुड़े होते हैं, जो प्रत्येक विंडिंग पर लागू वोल्टेज को प्रभावी रूप से लाइन वोल्टेज के लगभग 58% तक कम कर देता है। वोल्टेज में यह कमी डीओएल शुरू होने वाले डीओएल के लगभग एक-तिहाई तक शुरुआती करंट को कम करती है, मोटर स्टार्टअप के दौरान विद्युत और यांत्रिक तनाव को कम करती है। एक बार जब मोटर अपनी रेटेड गति के लगभग 70-80% तक पहुंच जाती है, तो कनेक्शन डेल्टा में बदल जाता है, सामान्य ऑपरेशन के लिए पूर्ण लाइन वोल्टेज लागू करता है। यह विधि लागत-प्रभावशीलता और प्रदर्शन को संतुलित करती है, क्योंकि इसके लिए केवल एक सरल स्विचिंग तंत्र की आवश्यकता होती है और यह परिष्कृत इलेक्ट्रॉनिक्स की मांग नहीं करता है। हालांकि, स्टार-डेल्टा स्टार्टिंग उच्च शुरुआती टॉर्क की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए कम उपयुक्त है।

नरम शुरुआत और चर आवृत्ति ड्राइव (VFDs)

आधुनिक मोटर नियंत्रण अक्सर इलेक्ट्रॉनिक सॉफ्ट स्टार्टर्स और वेरिएबल फ्रीक्वेंसी ड्राइव (VFDs) को नियुक्त करता है। सॉफ्ट स्टार्टर्स धीरे -धीरे वोल्टेज को रैंप करते हैं, जिससे यांत्रिक तनाव और विद्युत वृद्धि कम होती है।

VFDs वोल्टेज और आवृत्ति दोनों को नियंत्रित करके आगे बढ़ते हैं, जिससे सटीक गति विनियमन, बेहतर दक्षता और बेहतर प्रक्रिया नियंत्रण की अनुमति मिलती है। ऊर्जा-गहन उद्योगों में, VFDs मोटर प्रदर्शन को अनुकूलित करने और परिचालन लागत को कम करने के लिए आवश्यक हैं।

 

प्रदर्शन मूल्यांकन मैट्रिक्स

क्षमता

दक्षता मापती है कि मोटर बिजली विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में कितनी प्रभावी ढंग से परिवर्तित करती है। उच्च दक्षता वाले मोटर्स बिजली की खपत को कम करते हैं, परिचालन लागत को कम करते हैं, और ऊर्जा नियमों को पूरा करने में मदद करते हैं। दक्षता डिजाइन की गुणवत्ता, घुमावदार प्रतिरोध और कोर नुकसान जैसे कारकों पर निर्भर करती है।

ऊर्जा घटक

पावर फैक्टर वोल्टेज और करंट के बीच चरण अंतर का प्रतिनिधित्व करता है। एसिंक्रोनस मोटर्स में, पावर फैक्टर आमतौर पर 1 (लैगिंग) से कम होता है, जिसका अर्थ है कि वे विशुद्ध रूप से प्रतिरोधक भार की तुलना में अधिक वर्तमान आकर्षित करते हैं। डिजाइन संवर्द्धन या संधारित्र बैंकों के माध्यम से बिजली कारक में सुधार करने से बिजली प्रणाली में नुकसान कम हो सकता है।

अधिभार क्षमता

अधिभार क्षमता मोटर की क्षमता को लोड को संभालने की क्षमता को संदर्भित करती है, जो बिना नुकसान के कम अवधि के लिए अपनी रेटेड क्षमता से अधिक है। यह उतार -चढ़ाव वाले लोड के साथ अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण है, जैसे कि क्रशर, कन्वेयर और कंप्रेशर्स। उच्च अधिभार क्षमता वाले मोटर्स बेहतर लचीलापन और परिचालन स्थिरता प्रदान करते हैं।

 

निष्कर्ष

अतुल्यकालिक मोटर्स उनकी मजबूती, अनुकूलनशीलता और लागत-प्रभावशीलता के कारण औद्योगिक ड्राइव के वर्कहॉर्स बने हुए हैं। उनके कार्य सिद्धांतों, संरचनात्मक घटकों, शुरुआती तरीके, और प्रदर्शन मेट्रिक्स को समझना इंजीनियरों और ऑपरेटरों को प्रत्येक एप्लिकेशन के लिए सही मोटर का चयन करने में सक्षम बनाता है, विश्वसनीय संचालन और ऊर्जा दक्षता सुनिश्चित करता है।

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