डीसी मोटर कैसे काम करती है?

डीसी मोटर कैसे काम करती है?

ए डीसी मोटर विद्युत इंजीनियरिंग के इतिहास में सबसे महत्वपूर्ण आविष्कारों में से एक है, जो दिष्ट धारा विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करती है। औद्योगिक मशीनरी और परिवहन प्रणालियों से लेकर घरेलू उपकरणों और रोबोटिक्स तक, यह असंख्य उपकरणों में एक मुख्य घटक है। समझना कि एक डीसी मोटर कैसे काम करती है, इंजीनियरों, तकनीशियनों और इलेक्ट्रोमेकेनिकल प्रणालियों में रुचि रखने वाले किसी भी व्यक्ति के लिए आवश्यक है।

यह लेख डीसी मोटर के कार्य सिद्धांत, इसके घटकों, प्रकारों और अनुप्रयोगों, और इसके संचालन के पीछे के विज्ञान की व्याख्या करता है। हम यह भी देखेंगे कि टॉर्क कैसे उत्पन्न होता है, कम्यूटेशन की भूमिका क्या है, और गति और दिशा कैसे नियंत्रित की जाती है।

संचालन का आधारभूत सिद्धांत

डीसी मोटर के मूल कार्य का सिद्धांत इस पर आधारित है विद्युत-चुंबकत्व । जब किसी चालक में विद्युत धारा प्रवाहित हो रही होती है और उसे चुंबकीय क्षेत्र के भीतर रखा जाता है, तो उस पर एक यांत्रिक बल लगता है। इसका वर्णन फ्लेमिंग के बाएं हाथ के नियम द्वारा किया गया है, जो यह बताता है कि

• था अँगूठा बल (गति) की दिशा को दर्शाता है।

• था पहली उंगली चुंबकीय क्षेत्र की दिशा (उत्तर से दक्षिण) को दर्शाता है।

• था दूसरी उंगली धारा की दिशा (धनात्मक से ऋणात्मक) को दर्शाता है।

मोटर के भीतर चालक को एक विशिष्ट विन्यास में व्यवस्थित करके, इस बल का उपयोग निरंतर घूर्णन उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है।

डीसी मोटर के मुख्य घटक

आर्मेचर (रोटर)

मोटर का वह घूर्णन भाग जिसमें वाइंडिंग के माध्यम से धारा प्रवाहित होती है। आर्मेचर को एक शाफ्ट पर माउंट किया जाता है और यह चुंबकीय क्षेत्र के साथ अन्योन्यक्रिया करके टॉर्क उत्पन्न करता है।

कम्यूटेटर

आर्मेचर वाइंडिंग से जुड़ा एक खंडित तांबे का छल्ला। इसकी भूमिका यह है कि जैसे ही आर्मेचर कॉइल घूमती है, उसमें धारा की दिशा को उलट दें, यह सुनिश्चित करते हुए कि टॉर्क हमेशा एक ही दिशा में उत्पन्न होता है।

ब्रश

कार्बन या ग्रेफाइट से बने ब्रश स्थिर विद्युत आपूर्ति और घूर्णन कम्यूटेटर के बीच विद्युत संपर्क बनाए रखते हैं।

फील्ड वाइंडिंग या स्थायी चुंबक

ये आर्मेचर के घूमने के लिए स्थिर चुंबकीय क्षेत्र बनाते हैं। कुछ डिज़ाइनों में, इलेक्ट्रोमैग्नेट का उपयोग किया जाता है; अन्य में, स्थायी चुंबक क्षेत्र प्रदान करते हैं।

बेयरिंग

घूर्णन शाफ्ट को सहारा देता है, घर्षण को कम करता है और चिकनी गति को सक्षम बनाता है।

हाउसिंग (फ्रेम)

बाहरी कवच जो घटकों को एक साथ रखता है, उन्हें क्षति से सुरक्षित रखता है और ऊष्मा निष्कासन में भी सहायता कर सकता है।

चरणबद्ध कार्य प्रक्रिया

1. बिजली कनेक्शन
   मोटर टर्मिनलों पर प्रत्यक्ष धारा आपूर्ति की जाती है, जिसमें सकारात्मक और नकारात्मक तार ब्रश से जुड़े होते हैं।

2. आर्मेचर के माध्यम से धारा प्रवाह
   ब्रश कम्यूटेटर में विद्युत् धारा प्रेषित करते हैं, जो इसे आर्मेचर वाइंडिंग्स तक पहुँचाता है।

3. चुंबकीय क्षेत्र की अंतःक्रिया
   आर्मेचर वाइंडिंग्स में प्रवाहित धारा अपना स्वयं का चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है। यह क्षेत्र फील्ड वाइंडिंग्स या स्थायी चुंबकों से उत्पन्न स्थिर चुंबकीय क्षेत्र के साथ अंतःक्रिया करता है।

4. बल उत्पादन
   दो चुंबकीय क्षेत्रों के बीच अंतःक्रिया आर्मेचर कंडक्टर्स पर एक बल उत्पन्न करती है, जिससे रोटर घूमने लगता है।

5. स्विचिंग
   जैसे-जैसे रोटर घूमता है, कम्यूटेटर हर आधे चक्कर में आर्मेचर वाइंडिंग्स में धारा की दिशा उलट देता है। यह सुनिश्चित करता है कि उत्पन्न टॉर्क एक ही घूर्णन दिशा में बना रहे।

6. निरंतर घूर्णन
   जब तक आपूर्ति वोल्टेज लागू रहता है, यह प्रक्रिया लगातार दोहराती रहती है, जिससे निरंतर यांत्रिक घूर्णन उत्पन्न होता है।

डीसी मोटर में कम्यूटेशन की भूमिका

स्मूथ घूर्णन बनाए रखने के लिए कम्यूटेशन महत्वपूर्ण है। सही समय पर आर्मेचर वाइंडिंग में धारा को उलटने के बिना, टॉर्क की दिशा बदल जाएगी और मोटर बंद हो जाएगी या झटका देगी। ब्रश किए हुए मोटर्स में, यांत्रिक कम्यूटेशन ब्रश और कम्यूटेटर सेगमेंट द्वारा किया जाता है। ब्रशहीन डिज़ाइन में, इलेक्ट्रॉनिक सर्किट कम्यूटेशन करते हैं।

डीसी मोटर्स के प्रकार और उनके कार्यपरक अंतर

श्रृंखला में वाउंड डीसी मोटर

• आर्मेचर वाइंडिंग के साथ श्रृंखला में क्षेत्र वाइंडिंग कनेक्ट किया गया है।

• उच्च प्रारंभिक टॉर्क उत्पन्न करता है, जो क्रेन और इलेक्ट्रिक ट्रेन जैसे अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाता है।

• भार में परिवर्तन के साथ गति में काफी अंतर होता है।

शंट वाउंड डीसी मोटर

• आर्मेचर वाइंडिंग के समानांतर में क्षेत्र वाइंडिंग कनेक्ट किया गया है।

• भिन्न-भिन्न भार के तहत अच्छी गति विनियमन प्रदान करता है।

• स्थिर संचालन की आवश्यकता वाले औद्योगिक मशीनरी में सामान्य है।

यौगिक घायल डीसी मोटर

• श्रृंखला और शंट दोनों क्षेत्र कुंडलियों को जोड़ता है।

• उच्च प्रारंभिक टॉर्क और अच्छे गति नियमन के बीच संतुलन प्रदान करता है।

परमाणु चुंबकीय DC मोटर

• कुंडलियों के बजाय क्षेत्र के लिए स्थायी चुंबकों का उपयोग करता है।

• सरल डिज़ाइन, उच्च दक्षता और कॉम्पैक्ट आकार।

• छोटे उपकरणों, खिलौनों और ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों में पाया जाता है।

ब्रशहीन डीसी मोटर (BLDC)

• ब्रश के बजाय इलेक्ट्रॉनिक कम्यूटेशन का उपयोग करता है।

• अधिक कुशल, लंबे जीवनकाल और कम रखरखाव।

• इलेक्ट्रिक वाहनों, ड्रोन और परिशुद्धता उपकरणों में लोकप्रिय।

एक डीसी मोटर टॉर्क कैसे उत्पन्न करता है

टॉर्क मोटर द्वारा उत्पादित घूर्णन बल है। एक डीसी मोटर में, टॉर्क निम्नलिखित पर निर्भर करता है:

• चुंबकीय क्षेत्र की ताकत।

• आर्मेचर वाइंडिंग में धारा की मात्रा।

• चुंबकीय क्षेत्र में सक्रिय कंडक्टर्स की संख्या।

डीसी मोटर के लिए मूल टॉर्क समीकरण है:

T = k × Φ × Ia

जहाँ:

• टी = टॉर्क

• क = मोटर स्थिरांक

• φ = प्रति ध्रुव चुंबकीय फ्लक्स

• Ia = आर्मेचर धारा

आर्मेचर धारा या चुंबकीय फ्लक्स को बढ़ाने से टॉर्क बढ़ जाएगा।

डीसी मोटर में गति नियंत्रण

गति को समायोजित करके नियंत्रित किया जा सकता है:

• आर्मेचर वोल्टेज :: उच्च वोल्टेज गति बढ़ाता है।

• क्षेत्र धारा :: क्षेत्र धारा में वृद्धि से चुंबकीय क्षेत्र में वृद्धि होती है और गति कम हो जाती है; इसे कम करने से गति बढ़ जाती है।

• पीवीएम कंट्रोल :: पल्स विड्थ मॉडुलेशन सटीक और कुशल गति समायोजन की अनुमति देता है।

दिशा नियंत्रण

डीसी मोटर में घूर्णन की दिशा आर्मेचर आपूर्ति या क्षेत्र आपूर्ति में से किसी एक की ध्रुवीयता को बदलकर उलट दी जा सकती है (लेकिन दोनों को एक साथ नहीं)। इसका उपयोग अक्सर विद्युत विंच और औद्योगिक कन्वेयर जैसे उत्क्रमणीय प्रणोदन में किया जाता है।

दक्षता कारक

डीसी मोटर की दक्षता नुकसान को कम करने पर निर्भर करती है, जिसमें शामिल हैं:

• वाइंडिंग में विद्युत नुकसान (प्रतिरोध नुकसान)।

• अस्थिरता और घर्षण में यांत्रिक नुकसान।

• चुंबकीय शैथिल्य और भंवर धाराओं के कारण कोर नुकसान।

ब्रशलेस डिज़ाइन आम तौर पर उच्च दक्षता प्रदान करते हैं क्योंकि वे ब्रश घर्षण को समाप्त कर देते हैं और विद्युत आर्किंग को कम करते हैं।

व्यावहारिक उपयोग में डीसी मोटर्स के लाभ

• सटीक और सुचारु गति नियंत्रण।

• भारी भार के लिए उच्च प्रारंभिक टॉर्क।

• नियंत्रण संकेतों पर त्वरित प्रतिक्रिया।

• बैटरी शक्ति स्रोतों के साथ संगतता।

ध्यान में रखने योग्य सीमाएँ

• ब्रश किए गए डिज़ाइनों के लिए रखरखाव आवश्यकताएँ।

• ख़राब रखरखाव की स्थिति में अधिक भार वाली स्थितियों में कम आयु।

• ब्रश और कम्यूटेटर से विद्युत शोर।

DC मोटर के अनुप्रयोग

• परिवहन : इलेक्ट्रिक कारें, ट्रेनें और ट्राम।

• औद्योगिक मशीनरी : रोलिंग मिल, कन्वेयर और लिफ्ट।

• स्वचालन : रोबोटिक्स, सीएनसी मशीन और एक्टुएटर।

• उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स : पावर टूल्स, पंखे और घरेलू उपकरण।

डीसी मोटर तकनीक का भविष्य

नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियों, इलेक्ट्रिक मोबिलिटी और उन्नत स्वचालन के उदय के साथ, डीसी मोटर प्रासंगिक बनी हुई है। सामग्री, इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रकों और विनिर्माण विधियों में सुधार से प्रदर्शन में सुधार हो रहा है, रखरखाव कम हो रहा है और उनकी अनुप्रयोग सीमा बढ़ रही है। विशेष रूप से, ब्रशहीन डीसी मोटरों को अपनी दक्षता और विश्वसनीयता के कारण भविष्य के डिज़ाइन पर हावी होने की उम्मीद है।

निष्कर्ष

एक डीसी मोटर अपने घटकों — आर्मेचर, कम्यूटेटर, ब्रश और क्षेत्र प्रणाली — के समन्वित संचालन के माध्यम से सीधी धारा स्रोत से विद्युत ऊर्जा को चुंबकीय क्षेत्रों और धारावाही चालकों की पारस्परिक क्रिया के माध्यम से यांत्रिक घूर्णन में परिवर्तित करके काम करती है। निरंतर टॉर्क उत्पन्न करना सुनिश्चित करता है। चाहे यह ब्रश के साथ हो या बिना ब्रश के, डीसी मोटर की सटीक गति नियंत्रण, उच्च टॉर्क और अनुकूलन क्षमता कई उद्योगों में इसे अनिवार्य बनाती है।

सामान्य प्रश्न

डीसी मोटर का मुख्य कार्य क्या है?

इसका मुख्य कार्य सीधी धारा विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक घूर्णन ऊर्जा में परिवर्तित करना है।

डीसी मोटर की गति कैसे नियंत्रित की जाती है?

आर्मेचर वोल्टेज, क्षेत्र धारा को समायोजित करके, या इलेक्ट्रॉनिक पीडब्ल्यूएम नियंत्रण का उपयोग करके।

डीसी मोटर को कम्यूटेटर की आवश्यकता क्यों होती है?

कम्यूटेटर आर्मेचर वाइंडिंग में धारा की दिशा को सही समय पर उलट देता है ताकि एक ही दिशा में निरंतर घूर्णन बनाए रखा जा सके।

क्या एक डीसी मोटर ब्रश के बिना चल सकती है?

हां, ब्रशहीन डीसी मोटर्स में, इलेक्ट्रॉनिक सर्किट्स कम्यूटेशन के लिए ब्रश का स्थान लेते हैं।

डीसी मोटर के टॉर्क आउटपुट का निर्धारण किसके द्वारा किया जाता है?

टॉर्क का निर्धारण चुंबकीय फ्लक्स, आर्मेचर धारा और मोटर के निर्माण द्वारा किया जाता है।