ডিসি মোটরের কাজের নীতি: উপাদান, দক্ষতা এবং গতি নির্দেশিকা

দ একটি ডিসি মোটরের কাজের নীতি একটি চৌম্বক ক্ষেত্র এবং একটি কারেন্ট-বহনকারী কন্ডাক্টরের মধ্যে মৌলিক মিথস্ক্রিয়ার উপর নির্ভর করে, যা বৈদ্যুতিক শক্তিকে ঘূর্ণমান যান্ত্রিক গতিতে রূপান্তর করে। যখন মোটর টার্মিনালগুলিতে একটি ভোল্টেজ প্রয়োগ করা হয়, তখন আর্মেচার উইন্ডিংগুলির মধ্য দিয়ে কারেন্ট প্রবাহিত হয়, যা ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক খুঁটি তৈরি করে যা স্থির ক্ষেত্রের খুঁটি দ্বারা আকৃষ্ট হয় এবং বিকর্ষণ করে, টর্ক তৈরি করে যা শ্যাফ্টকে ঘোরায়। একটি যান্ত্রিক কমিউটেটর এবং ব্রাশ অ্যাসেম্বলি অবিচ্ছিন্নভাবে সঠিক মুহূর্তে আর্মেচারের বর্তমান দিকটিকে বিপরীত করে দেয়, এটি নিশ্চিত করে যে রটারটি জায়গায় লক করার পরিবর্তে এক দিকে ঘুরতে থাকে। এই নীতির সরলতা - শুধুমাত্র একটি DC পাওয়ার সোর্স, চুম্বক এবং একটি ক্ষত রটার প্রয়োজন - DC মোটরকে কর্ডলেস পাওয়ার টুল এবং স্বয়ংচালিত স্টার্টার থেকে শুরু করে রোবোটিক্সে নির্ভুল সার্ভো ড্রাইভ পর্যন্ত সমস্ত কিছুর মূল ভিত্তি করে তুলেছে৷ একটি DC মোটর কীভাবে কাজ করে, এর উপাদানগুলি কী, কীভাবে এর কার্যকারিতা এবং গতি গণনা করা হয় এবং কীভাবে এর তারের ডায়াগ্রাম ব্যাখ্যা করা যায় তা বোঝা ইঞ্জিনিয়ার, প্রযুক্তিবিদ এবং উত্সাহীদের জন্য অপরিহার্য দক্ষতা যারা মোটর-চালিত সিস্টেম ডিজাইন, রক্ষণাবেক্ষণ বা সমস্যা সমাধান করে। এই নিবন্ধটি প্রতিষ্ঠিত শারীরিক আইন এবং ব্যবহারিক উদাহরণ ব্যবহার করে এই বিষয়গুলির একটি ব্যাপক, প্রযুক্তিগতভাবে ভিত্তিযুক্ত ব্যাখ্যা প্রদান করে।

দ Fundamental Principle: DC Motor Works on the Principle of Lorentz Force

দ একটি ডিসি মোটরের নীতিগত অপারেশন লরেন্টজ বল আইনে আবদ্ধ করা হয়েছে, যা বলে যে যখন একটি কারেন্ট-বহনকারী কন্ডাকটরকে একটি চৌম্বক ক্ষেত্রের মধ্যে স্থাপন করা হয়, তখন এটি বর্তমান দিক এবং চৌম্বক ক্ষেত্রের উভয় দিকে লম্বভাবে একটি যান্ত্রিক বল অনুভব করে। এই শক্তির মাত্রা দ্বারা দেওয়া হয় F = BIL sমধ্যেθ , যেখানে B হল টেসলায় চৌম্বকীয় প্রবাহের ঘনত্ব, I হল অ্যাম্পিয়ারে কারেন্ট, L হল ক্ষেত্রটির মধ্যে পরিবাহীর দৈর্ঘ্য মিটারে, এবং θ হল বর্তমান দিক এবং চৌম্বক ক্ষেত্রের মধ্যে কোণ৷ একটি মোটরে, ক্ষেত্রটি এমনভাবে সাজানো হয় যাতে বলটি রটার ব্যাসার্ধের স্পর্শকভাবে কাজ করে, একটি টর্ক তৈরি করে। ফ্লেমিংয়ের বাম-হাতের নিয়ম অনুসারে, যদি তর্জনী চৌম্বক ক্ষেত্রের দিকে (উত্তর থেকে দক্ষিণে) নির্দেশ করে এবং মধ্যমা আঙুলটি বর্তমান প্রবাহের দিকে নির্দেশ করে, তবে থাম্বটি বলের দিক নির্দেশ করে। এই পদার্থবিদ্যা যার উপর প্রতিটি ডিসি মোটর এর নীতিতে কাজ করে ইলেক্ট্রোমেকানিকাল শক্তি রূপান্তর। কমিউটেটরের কাজ হল আর্মেচার কয়েলে প্রতি অর্ধেক বাঁক নিয়ে বর্তমান দিকটিকে বিপরীত করা, যাতে টর্ক একই ঘূর্ণন দিকে কাজ করতে থাকে, দোলনের পরিবর্তে মসৃণ, অবিচ্ছিন্ন ঘূর্ণন তৈরি করে।

একটি ডিসি মোটরের মূল উপাদান

একটি ডিসি মোটর বিভিন্ন কী নিয়ে গঠিত একটি ডিসি মোটরের উপাদান , প্রতিটি নির্ভরযোগ্য অপারেশনের জন্য প্রয়োজনীয় একটি স্বতন্ত্র ফাংশন সম্পাদন করে। সমস্যা সমাধান এবং কর্মক্ষমতা বিশ্লেষণের জন্য এই উপাদানগুলি বোঝা অপরিহার্য।

• স্টেটর (ফিল্ড সিস্টেম): দ stationary part that generates the main magnetic field. In small motors, this may consist of permanent magnets. In larger or controllable motors, it comprises field windings (electromagnets) wrapped around pole shoes, producing a magnetic flux that can be adjusted by varying the field current.
• রটার / আর্মেচার: দ armature in a standard electric motor ঘূর্ণায়মান সমাবেশ যা আর্মেচার উইন্ডিং বহন করে। এটি স্তরিত সিলিকন স্টিলের শীট দিয়ে তৈরি করা হয়েছে এডি কারেন্ট ক্ষয় কমানোর জন্য, স্লটগুলি তামার কয়েলে বাস করে। আরমেচার কোরটি মোটর শ্যাফ্টের সাথে চাবি করা হয়, যা উন্নত টর্ককে লোডে প্রেরণ করে।
• কমিউটার: তামার অংশগুলির একটি নলাকার সমাবেশ, অভ্র দ্বারা একে অপরের থেকে উত্তাপ, রটার শ্যাফ্টে মাউন্ট করা হয়। প্রতিটি আর্মেচার কয়েল দুটি কমিউটার সেগমেন্টের সাথে সংযোগ করে। রটার বাঁকানোর সাথে সাথে, কমিউটেটর কয়েলগুলির সংযোগকে বাহ্যিক সার্কিটের সাথে বিপরীত করে, কয়েলগুলিতে প্রবর্তিত বিকল্প EMF সংশোধন করে এবং একমুখী টর্ক নিশ্চিত করে।
• ব্রাশ এবং ব্রাশ গিয়ার: স্থির কার্বন বা গ্রাফাইট ব্লক যা কমিউটারের বিরুদ্ধে চাপ দেয়, ঘূর্ণায়মান আর্মেচার এবং বাহ্যিক ডিসি সরবরাহের মধ্যে একটি স্লাইডিং বৈদ্যুতিক যোগাযোগ সরবরাহ করে। ব্রাশ উপাদান, বসন্ত উত্তেজনা, এবং বসার স্পার্কিং কমাতে এবং দীর্ঘ পরিষেবা জীবন নিশ্চিত করার জন্য গুরুত্বপূর্ণ।
• বিয়ারিং এবং শেষ ঢাল: রটারকে সমর্থন করুন এবং রটার এবং স্টেটরের মধ্যে সুনির্দিষ্ট বায়ু ব্যবধান বজায় রাখুন, সাধারণত দীর্ঘ জীবন এবং কম ঘর্ষণের জন্য সিল করা বল বিয়ারিং ব্যবহার করে।

মোটর দক্ষতা গণনা করা: সূত্র এবং ব্যবহারিক পদক্ষেপ

মোটর দক্ষতা কত কার্যকরভাবে বৈদ্যুতিক ইনপুট শক্তি যান্ত্রিক আউটপুট শক্তিতে রূপান্তরিত হয় তা পরিমাপ করে। দ মোটরের দক্ষতার সূত্র হিসাবে প্রকাশ করা হয়:

η = (পি _আউট / পি _{মধ্যে} ) × 100%

যেখানে পি _{মধ্যে} = V × I (ইনপুট ভোল্টেজ বার ইনপুট কারেন্ট) এবং P _আউট = τ × ω (আউটপুট টর্ক এনএম গুণে কৌণিক বেগের rad/s)। অনুশীলনে, পি _আউট প্রায়শই লোডের অধীনে টর্ক এবং শ্যাফ্টের গতি পরিমাপ করে নির্ধারিত হয়, যখন পি _{মধ্যে} একটি ভোল্টমিটার এবং অ্যামিটার দিয়ে পরিমাপ করা হয়। একটি মোটর দক্ষতা গণনা সমস্ত অভ্যন্তরীণ ক্ষতির জন্য অ্যাকাউন্টিং প্রয়োজন: তামার ক্ষতি (আর্মেচার এবং ফিল্ড উইন্ডিংয়ে I²R ক্ষতি), লোহার ক্ষতি (আর্মেচার কোরে হিস্টেরেসিস এবং এডি কারেন্ট লস), যান্ত্রিক ক্ষতি (বিয়ারিং এবং ব্রাশে ঘর্ষণ, প্লাস উইন্ডেজ), এবং স্ট্রে লোড লস। একটি ভালভাবে ডিজাইন করা ভগ্নাংশের অশ্বশক্তি স্থায়ী চুম্বক ডিসি মোটর একটি দক্ষতা অর্জন করতে পারে 70-85% , যখন বড় শিল্প ডিসি মোটর অতিক্রম করতে পারেন 90% . উদাহরণস্বরূপ, যদি একটি মোটর 24 V এ 10 A আঁকে (P _{মধ্যে} = 240 W) এবং 3,000 RPM (ω = 2π × 3000 / 60 = 314.16 rad/s, P এ 0.6 Nm টর্ক সরবরাহ করে _আউট = 0.6 × 314.16 = 188.5 W), দক্ষতা হল η = (188.5 / 240) × 100% ≈ 78.5%।

ডিসি মোটরের গতি কী নির্ধারণ করে?

দ একটি মোটরের গতি দ্বারা নির্ধারিত হয় প্রয়োগকৃত ভোল্টেজ এবং চৌম্বকীয় ক্ষেত্র কাটা আর্মেচার কন্ডাক্টর দ্বারা উত্পন্ন পিছনের EMF এর মধ্যে ভারসাম্য। একটি ডিসি মোটরের জন্য মৌলিক গতি সমীকরণ হল:

N = (V – I _a R _a ) / (kφ)

যেখানে RPM-এ N হল শ্যাফটের গতি, V হল টার্মিনাল ভোল্টেজ, I _a আর্মেচার কারেন্ট, আর _a আর্মেচার সার্কিট রেজিস্ট্যান্স, k হল নির্মাণের উপর নির্ভর করে একটি মোটর ধ্রুবক, এবং φ হল প্রতি মেরুতে চৌম্বকীয় প্রবাহ। এই সমীকরণটি গতি নিয়ন্ত্রণের তিনটি প্রাথমিক পদ্ধতি প্রকাশ করে: টার্মিনাল ভোল্টেজ V এর তারতম্য, আর্মেচার প্রতিরোধের তারতম্য (অদক্ষ, তাপ উৎপন্ন করে), এবং ক্ষেত্রের প্রবাহের তারতম্য φ। একটি স্থায়ী চুম্বক মোটরে, φ ধ্রুবক, তাই গতি সরাসরি প্রয়োগকৃত ভোল্টেজ বিয়োগ প্রতিরোধক ভোল্টেজ ড্রপের সাথে সমানুপাতিক। একটি ক্ষত-ক্ষেত্রের মোটর-এ, ফিল্ড কারেন্ট হ্রাস করা (ক্ষেত্র দুর্বল হওয়া) φ হ্রাস পায়, যার ফলে গতি বৃদ্ধি পায়—একটি কৌশল যা উচ্চ-গতির অপারেশনের জন্য ট্র্যাকশন মোটরগুলিতে ব্যবহৃত হয়। একটি ব্যবহারিক উদাহরণ হিসেবে, 0.5 Ω আর্মেচার রেজিস্ট্যান্স সহ একটি 12 V DC মোটর, লোডের নিচে 2 A অঙ্কন করে, এর পিছনে 11 V এর EMF থাকে এবং kφ = 0.005 V/RPM হলে, তাত্ত্বিক নো-লোডের গতি 2,400 RPM এর কাছে পৌঁছায়, কম লোড হওয়ার কারণে কম হয় _a R _a ড্রপ

একটি ডিসি মোটর ওয়্যারিং ডায়াগ্রাম ব্যাখ্যা করা: 4-ওয়্যার কনফিগারেশন

A ডিসি মোটর তারের ডায়াগ্রাম 4 তার কনফিগারেশন সাধারণত একটি মোটর প্রতিনিধিত্ব করে যেখানে আর্মেচার এবং ফিল্ড উইন্ডিংগুলিকে পৃথক টার্মিনালে আনা হয়, স্বাধীন নিয়ন্ত্রণের অনুমতি দেয়। এটি শান্ট-ক্ষত বা যৌগ-ক্ষত মোটরগুলিতে সাধারণ, যেখানে ক্ষেত্রটি আর্মেচারের সাথে সমান্তরালভাবে বা পৃথকভাবে উত্তেজিত হতে পারে। দ ডিসি মোটরের জন্য তারের ডায়াগ্রাম চারটি টার্মিনালের সাথে A1 এবং A2 কে আর্মেচার সংযোগ হিসাবে এবং F1 এবং F2 ক্ষেত্র (শান্ট ফিল্ড) সংযোগ হিসাবে লেবেল করবে। একটি শান্ট মোটরের জন্য, A1 এবং F1 সাধারণত ধনাত্মক সরবরাহের সাথে এবং A2 এবং F2 নেতিবাচকের সাথে সংযুক্ত থাকে, আর্মেচার এবং ফিল্ডকে সমান্তরালে রাখে। এটি মোটরকে বিভিন্ন লোডের অধীনে তুলনামূলকভাবে স্থির গতি বজায় রাখার অনুমতি দেয়, কারণ ক্ষেত্রের কারেন্ট-এবং তাই ফ্লাক্স-প্রায় স্থির থাকে। যদি ক্ষেত্রটি আলাদাভাবে উত্তেজিত হয়, একটি ডেডিকেটেড ডিসি সরবরাহ F1 এবং F2 জুড়ে সংযুক্ত থাকে, যখন প্রধান শক্তি A1–A2 এ প্রয়োগ করা হয়, ক্ষেত্রের বৈচিত্রের মাধ্যমে সুনির্দিষ্ট গতি নিয়ন্ত্রণের প্রস্তাব দেয়। কিছু ক্ষেত্রে, একটি 4-তারের চিত্র একটি এনকোডার বা ব্রেক সহ একটি স্থায়ী চুম্বক মোটরকেও উপস্থাপন করতে পারে, যেখানে দুটি তার মোটরকে শক্তি দেয় এবং অন্য দুটি এনকোডার সংকেত বা ব্রেক শক্তি বহন করে। যাই হোক না কেন, ডায়াগ্রামটি সঠিক সংযোগের জন্য প্রয়োজনীয় নির্দেশিকা প্রদান করে: আর্মেচার বা ফিল্ড সংযোগগুলিকে (কিন্তু উভয়ই নয়) বিপরীত করা ঘূর্ণনের দিককে বিপরীত করবে। চিত্রটি প্রত্যাশিত কারেন্টের জন্য সঠিক তারের গেজগুলিও নির্দেশ করবে, একটি গুরুত্বপূর্ণ নিরাপত্তা বিবেচনা।

মোটর ওয়্যারিং এবং অপারেশন জন্য ব্যবহারিক বিবেচনা

থেকে কাজ করার সময় ক ডিসি মোটর তারের ডায়াগ্রাম , টার্মিনালগুলির সঠিক শনাক্তকরণ সর্বাগ্রে। একটি মাল্টিমিটার ব্যবহার করে, আর্মেচার সার্কিট সাধারণত একটি কম রোধ দেখায় (কয়েক ওহম বা তার কম), যখন একটি শান্ট ফিল্ড ওয়াইন্ডিং অনেক বেশি প্রতিরোধ প্রদর্শন করে (প্রায়শই শত শত ওহম)। চিত্রটি সরবরাহ ভোল্টেজ নির্দিষ্ট করবে এবং এটি অতিক্রম করলে অতিরিক্ত উত্তাপ এবং নিরোধক ভাঙ্গন হতে পারে। একটি পালস-প্রস্থ মডিউলেটেড (PWM) কন্ট্রোলার থেকে চালানো মোটর কার্যকরভাবে গড় ভোল্টেজের পরিবর্তন করে, গতি নিয়ন্ত্রণ সমীকরণ বাস্তবায়ন করে। উচ্চ-দক্ষ সিস্টেমের জন্য, I²R ক্ষয় কমানোর জন্য পর্যাপ্ত ক্রস-বিভাগীয় এলাকা সহ পাওয়ার ওয়্যারিং যতটা সম্ভব ছোট রাখা উচিত যা সামগ্রিক সিস্টেমের কার্যকারিতা হ্রাস করে। উপরন্তু, DC ড্রাইভ সার্কিটের মোটর টার্মিনাল জুড়ে একটি ফ্লাইব্যাক ডায়োড সংযুক্ত করা উচিত যাতে ইন্ডাকটিভ আর্মেচার উইন্ডিং থেকে ভোল্টেজ স্পাইক থেকে রক্ষা করা যায়। একটি বোঝার একীভূত দ্বারা একটি মোটরের দক্ষতার সূত্র সঠিক ওয়্যারিং এবং গতি নিয়ন্ত্রণের সাথে, ব্যবহারকারী যেকোনো অ্যাপ্লিকেশনে নির্ভরযোগ্য, শক্তি-দক্ষ কর্মক্ষমতার জন্য একটি DC মোটর সিস্টেম অপ্টিমাইজ করতে পারে৷