मोटर नियंत्रण का सिद्धांत मोटर प्रौद्योगिकी के क्षेत्र का मूल है, जिसमें मोटर के कार्य सिद्धांत, नियंत्रण विधियां और व्यावहारिक अनुप्रयोग और अन्य पहलू शामिल हैं। आधुनिक उद्योग के विकास के साथ, मोटर ऊर्जा रूपांतरण और हस्तांतरण के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण के रूप में, इसकी नियंत्रण सटीकता और दक्षता सीधे पूरे सिस्टम के प्रदर्शन और दक्षता को प्रभावित करती है। इसलिए, मोटर नियंत्रण सिद्धांत की गहन समझ और अध्ययन का महत्वपूर्ण सैद्धांतिक और व्यावहारिक महत्व है।
सबसे पहले, मोटर का कार्य सिद्धांत
मोटर एक उपकरण है जो विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है, और इसका कार्य सिद्धांत विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के नियम और विद्युत चुम्बकीय बल के नियम पर आधारित है। इसके कार्य सिद्धांत के अनुसार, मोटर को दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: डीसी मोटर और एसी मोटर।
1. डीसी मोटर का कार्य सिद्धांत
डीसी मोटर आर्मेचर कॉइल और चुंबकीय क्षेत्र कॉइल इंटरेक्शन के माध्यम से डीसी करंट प्रवाह का उपयोग है, जो डिवाइस के यांत्रिक आंदोलन को प्राप्त करने के लिए टॉर्क उत्पन्न करता है। इसकी मुख्य संरचना में आर्मेचर, चुंबकीय ध्रुव, ब्रश और चुंबकीय क्षेत्र शामिल हैं। जब डीसी करंट आर्मेचर कॉइल से होकर गुजरता है, तो यह एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है जो आर्मेचर और चुंबकीय क्षेत्र के बीच संपर्क करता है, जो एक टॉर्क उत्पन्न करता है जो मोटर चलाना शुरू कर देता है। डीसी मोटर की गति को आर्मेचर वोल्टेज या आर्मेचर करंट को समायोजित करके नियंत्रित किया जा सकता है।
2. एसी मोटर का कार्य सिद्धांत
एसी मोटर एक उपकरण है जो एक घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए एसी करंट के निरंतर परिवर्तन का उपयोग करता है, जिससे यांत्रिक गति का एहसास होता है। घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने के सिद्धांत के अनुसार, एसी मोटर को एसिंक्रोनस मोटर और सिंक्रोनस मोटर दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है। एसिंक्रोनस मोटर्स (जिन्हें इंडक्शन मोटर्स के रूप में भी जाना जाता है) विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के सिद्धांत पर आधारित हैं। जब एसी करंट स्टेटर वाइंडिंग से होकर गुजरता है, तो स्टेटर में एक घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है, और रोटर प्रेरण प्रभाव के कारण घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र के साथ संपर्क करता है, इस प्रकार मोटर को चलाने के लिए एक घूर्णन टोक़ उत्पन्न करता है। सिंक्रोनस मोटर मोटर की गति और बिजली आपूर्ति आवृत्ति पर आधारित होती है, मोटर के काम करने के बीच एक निश्चित आनुपातिक संबंध होता है, इसकी गति और बिजली आपूर्ति आवृत्ति सख्ती से सिंक्रनाइज़ होती है।
दूसरा, मोटर नियंत्रण विधियाँ
मोटर नियंत्रण विधियों में मुख्य रूप से गति नियंत्रण, प्रारंभिक नियंत्रण और ब्रेकिंग नियंत्रण शामिल हैं। इन नियंत्रण विधियों और उनके सिद्धांतों का नीचे विस्तार से वर्णन किया गया है।
1. गति नियंत्रण
गति नियंत्रण मोटर नियंत्रण का सबसे महत्वपूर्ण और जटिल पहलू है। विभिन्न गति नियंत्रण विधियाँ हैं, जिनमें प्रतिरोध वोल्टेज विभाजन गति नियंत्रण, आवृत्ति रूपांतरण गति नियंत्रण और वेक्टर नियंत्रण शामिल हैं। प्रतिरोध वोल्टेज विभाजन गति नियंत्रण मोटर की बिजली आपूर्ति वोल्टेज को बदलकर मोटर की गति को कम करने की एक विधि है, यह विधि सरल और लागू करने में आसान है लेकिन कम कुशल है। आवृत्ति रूपांतरण गति नियंत्रण बिजली आपूर्ति द्वारा आपूर्ति की गई एसी बिजली की आवृत्ति को बदलकर मोटर गति को नियंत्रित करने की एक विधि है, यह विधि एक विस्तृत गति सीमा और उच्च दक्षता का एहसास कर सकती है। वेक्टर नियंत्रण एक अधिक उन्नत नियंत्रण विधि है, जो मोटर के वर्तमान और चुंबकीय क्षेत्र को सटीक रूप से नियंत्रित करके मोटर गति और टॉर्क के सटीक समायोजन का एहसास कराती है, और मोटर प्रदर्शन पर उच्च आवश्यकताओं वाले अवसरों के लिए उपयुक्त है।
2. प्रारंभिक नियंत्रण
प्रारंभिक नियंत्रण स्थिर अवस्था से चालू अवस्था तक की प्रक्रिया में मोटर का नियंत्रण है। एसिंक्रोनस मोटर्स के लिए, इसका शुरुआती टॉर्क छोटा होने के कारण, सुचारू शुरुआत के लिए कुछ विशेष तरीकों का उपयोग करना आवश्यक है। सामान्य शुरुआती नियंत्रण विधियों में सीधी शुरुआत, कम वोल्टेज की शुरुआत और सॉफ्ट स्टार्टिंग शामिल हैं। हालाँकि सीधी शुरुआत सरल है, शुरुआती धारा बड़ी है, और पावर ग्रिड पर प्रभाव बड़ा है; कम वोल्टेज की शुरुआत आपूर्ति वोल्टेज को कम करके शुरुआती धारा को कम करना है; सॉफ्ट स्टार्टिंग मोटर स्टार्टिंग प्रक्रिया का सुचारू नियंत्रण प्राप्त करने के लिए पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का उपयोग है।
3. ब्रेकिंग नियंत्रण
ब्रेकिंग नियंत्रण प्रक्रिया में चालू अवस्था से स्थिर अवस्था तक मोटर का नियंत्रण है। ब्रेक नियंत्रण विधियों में कई प्रकार की विधियाँ होती हैं, जिनमें ऊर्जा ब्रेकिंग, रिवर्स ब्रेकिंग और फ़ीड{{1}बैक ब्रेकिंग शामिल हैं। ऊर्जा खपत ब्रेकिंग ब्रेकिंग टॉर्क उत्पन्न करने के लिए मोटर में स्टेटर वाइंडिंग के माध्यम से डीसी पावर में होती है; रिवर्स ब्रेकिंग, ब्रेकिंग प्राप्त करने के लिए मोटर टॉर्क के साथ रोटेशन की विपरीत दिशा उत्पन्न करने के लिए मोटर बिजली आपूर्ति चरण अनुक्रम को बदलकर है; फ़ीड-बैक ब्रेकिंग मोटर की उत्पादन विशेषताओं का उपयोग है, यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जाएगा और ब्रेकिंग प्राप्त करने के लिए ग्रिड में वापस फीड किया जाएगा।
तीसरा, मोटर नियंत्रण सर्किट आरेख
1. स्थायी चुंबक मोटर नियंत्रण सर्किट आरेख
यह स्थायी चुंबक मोटर नियंत्रण सर्किट का योजनाबद्ध आरेख है। इस सर्किट का उपयोग स्थायी चुंबक नियंत्रण को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। सर्किट कम्यूटेशन विशेषताओं को बढ़ाने के लिए एसी ट्राइक स्विचिंग तत्वों का उपयोग करता है क्योंकि स्थायी चुंबक मोटर्स जेनरेटर होते हैं और मानक ट्राइक स्विचिंग तत्वों को ठीक से कम्यूट करना मुश्किल होता है। स्थायी चुंबक मोटर्स को पूर्ण तरंग डीसी सुधार की आवश्यकता होती है।
एसी द्विदिश थाइरिस्टर रेक्टिफायर ब्रिज के एसी इनपुट पक्ष पर श्रृंखला में जुड़े हुए हैं। पुल के डीसी किनारे पर एससीआर स्थापित करने का सबसे महत्वपूर्ण हिस्सा आधे चक्र के अंत में देरी से चालू होने और समय निर्धारण से निपटना है। सर्किट व्यापक रेंज नियंत्रण प्रदान करता है ताकि एसी ट्राइक स्विचिंग तत्व को कम मोटर पर तेजी से या कम चालन के साथ चालू किया जा सके। एसी रेसिस्टर और रेक्टिफायर की वोल्टेज रेटिंग समान होती है। सभी वास्तविक मोटर लोड और लाइन वोल्टेज आवश्यकताओं पर आधारित हैं।
2. 555 करंट लिमिटर के साथ आईसी पीडब्लूएम मोटर नियंत्रण सर्किट आरेख
तेज़ मोटर गति परिवर्तन और मोटर दिशा उत्क्रमण प्रदान करने के लिए, चार आउटपुट MOSFET H{0}}ब्रिज चलाते हैं। N-चैनल उपकरण निचली रेल पावर MOSFETs हैं और P-चैनल ऊपरी रेल पावर MOSFETs हैं। वे सभी TC4469 द्वारा संचालित हैं।
छोटी श्रृंखला के प्रतिरोधक गेट दोलन को रोकने में मदद करते हैं और निचली रेल डिवाइस के संक्रमण समय को धीमा करते हैं, जो ऊपरी डिवाइस को बंद रखने में मदद करता है। 12VDC से अधिक मोटर वोल्टेज प्राप्त करने के लिए ऊपरी रेल MOSFET के 15VDC गेट ड्राइव को बनाए रखने के लिए रेसिस्टर डिवाइडर और कम लागत स्तर {{2}शिफ्टिंग ट्रांजिस्टर को आसानी से और आर्थिक रूप से जोड़ा जा सकता है।
15VDC से ऊपर के वोल्टेज पर, एक साधारण रैखिक नियामक उन्हें सकारात्मक मोटर आपूर्ति से बिजली दे सकता है क्योंकि ICM7555 और TC4469 को नगण्य करंट की आवश्यकता होती है। गेट को बिजली के संक्रमण से बचाने में मदद के लिए, हम जेनर डायोड का उपयोग कर सकते हैं। जब उसी ब्रिज आर्म में निचला MOSFET "चालू" होता है, तो एक उच्च dV/dT उत्पन्न होता है और गेट-से-स्रोत संधारित्र ऊपरी MOSFET को "बंद" रखने में मदद करता है। इस स्थिति का एक अन्य समाधान ऊपरी MOSFET के गेट ड्राइव प्रतिबाधा को "ऑफ" स्थिति में कम रखना है।
H-ब्रिज ग्राउंड पिन में सेंस रेसिस्टर पल्स द्वारा मोटर करंट पल्स को सेंस करने की एक सरल विधि प्रदान करता है, भले ही मोटर आगे या पीछे घूम रही हो। जब मोटर करंट अनुमत मान से अधिक हो जाता है तो पीडब्लूएम पीढ़ी को बाधित करने के लिए इस सिग्नल को फ़िल्टर किया जाता है और ICM7555 पर लागू किया जाता है।
3. स्टेपर मोटर नियंत्रण सर्किट आरेख
स्टेपर मोटर्स सरल, कम लागत और सटीक स्थिति नियंत्रण प्रदान करते हैं। स्टेपर मोटर को मोटर के पास लगे एक सर्किट द्वारा संचालित किया जा सकता है और एक लंबी केबल पर रिमोट कंट्रोल सर्किट द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है। यह सर्किट इस मायने में दिलचस्प है कि मोटर और ड्राइवर दोनों को शक्ति मिलती है, सर्किट दो तारों पर प्रसारित होता है जो नियंत्रण संकेतों को भी प्रसारित करता है।
LMC555 CMOS टाइमर इंटीग्रेटेड सर्किट (IC1) स्टेपर मोटर के लिए 200 माइक्रोसेकंड पल्स उत्पन्न करता है और इसकी गति को नियंत्रित करता है। इस पल्स की आवृत्ति को अलग-अलग करके मोटर की गति को बदला जा सकता है और इस उद्देश्य के लिए एक R1 वैरिएबल रेसिस्टर प्रदान किया जाता है। IC1 (पिन 3) के आउटपुट पर, एक नकारात्मक क्लॉक पल्स IRL530N (Q1) पावर FET के गेट को चलाता है, जो तुरंत बंद हो जाता है और ड्राइवर बोर्ड को जमीन से डिस्कनेक्ट कर देता है। यह बिजली व्यवधान मोटर चालक को मोटर को आगे बढ़ाने के लिए एक संकेत भेजता है। रोटेशन की दिशा इंटरकनेक्ट L1 और L2 के माध्यम से ड्राइवर सर्किटरी पर लागू वोल्टेज की ध्रुवीयता द्वारा नियंत्रित की जाती है।
MPSA05 द्विध्रुवी NPN ट्रांजिस्टर Q2 और MPSA55 PNP ट्रांजिस्टर Q3 और Q4 पिन 3 से दालों को उलट देते हैं, Q1 बंद होने पर Q1 की नाली को ऊपर खींचते हैं। टॉगल स्विच S1 ध्रुवीयता को स्विच करके अपनी दिशा निर्धारित करता है। पुशबटन S2 घड़ी को चालू और बंद करके मोटर को चालू और बंद करता है।
4. फॉरवर्ड, रिवर्स और ब्रेक ऑपरेशन के साथ पीडब्लूएम मोटर कंट्रोल सर्किट आरेख
यह पीडब्लूएम मोटर नियंत्रण सर्किट डीसी मोटर के लिए विभिन्न प्रकार के नियंत्रण प्रदान करता है। आप डीसी मोटर को तब तक आगे बढ़ाने, पीछे करने या ब्रेक लगाने के लिए नियंत्रित कर सकते हैं जब तक कि वह रुक न जाए।
मोटर को चलाने के लिए सर्किट एक MOSFETS ब्रिज का उपयोग करता है, जिसे कई लॉजिक गेट और छोटे द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर द्वारा नियंत्रित किया जाता है। मोटर वोल्टेज 10-20 वोल्ट हो सकता है और करंट अधिकतम 8 एम्पियर होना चाहिए। MOSFETs को उचित हीट सिंक से सुसज्जित किया जाना चाहिए। V+ इनपुट को DC मोटर ऑपरेटिंग वोल्टेज (10-20 वोल्ट) द्वारा संचालित किया जाना चाहिए। हालाँकि MOSFET को 100 वोल्ट ऑपरेशन के लिए डिज़ाइन किया गया है, आप अधिकतम 20 वोल्ट का ही उपयोग कर सकते हैं क्योंकि इस वोल्टेज का उपयोग गेट को चलाने के लिए भी किया जाता है, जो आम तौर पर 20 वोल्ट तक सीमित होता है। इस आपूर्ति वोल्टेज का न्यूनतम मान 10 वोल्ट है क्योंकि यदि वोल्टेज 10 वोल्ट से नीचे चला जाता है तो गेट पूरी तरह से नहीं खुलेगा। आप इस एप्लिकेशन के लिए कई प्रकार की 10-20 वोल्ट डीसी मोटरों में से चुन सकते हैं।
