स्टेपर मोटर का तापन सिद्धांत और त्वरण एवं मंदी प्रक्रिया नियंत्रण प्रौद्योगिकी

ऊष्मा उत्पादन का सिद्धांतस्टेपर मोटर.

 

 

1. आमतौर पर सभी प्रकार की मोटरों में देखा जाता है कि आंतरिक भाग में लोहे का कोर और वाइंडिंग कॉइल होती है।वाइंडिंग में प्रतिरोध होता है, जिसे ऊर्जा देने पर हानि उत्पन्न होती है। हानि की मात्रा प्रतिरोध और धारा के वर्ग के समानुपाती होती है, जिसे अक्सर कॉपर हानि कहा जाता है। यदि धारा मानक डीसी या साइन तरंग नहीं है, तो हार्मोनिक हानि भी उत्पन्न होती है। कोर में हिस्टैरिसीसिक एड़ी धारा प्रभाव होता है, जो प्रत्यावर्ती चुंबकीय क्षेत्र में भी हानि उत्पन्न करता है। इसकी मात्रा और पदार्थ धारा, आवृत्ति और वोल्टेज पर निर्भर करते हैं, जिसे लौह हानि कहा जाता है। कॉपर हानि और लौह हानि ऊष्मा के रूप में प्रकट होती हैं, जिससे मोटर की दक्षता प्रभावित होती है। स्टेपर मोटर आमतौर पर सटीक स्थिति निर्धारण और टॉर्क आउटपुट पर केंद्रित होती हैं, इसलिए इनकी दक्षता अपेक्षाकृत कम होती है। धारा आमतौर पर अधिक होती है और हार्मोनिक घटक भी उच्च होते हैं। धारा की आवृत्ति भी गति के साथ बदलती रहती है, इसलिए स्टेपर मोटरों में आमतौर पर ऊष्मा उत्पन्न होती है, जो सामान्य एसी मोटरों की तुलना में अधिक गंभीर होती है।

2. उचित सीमास्टेपर मोटरगर्मी।

मोटर की कितनी गर्मी सहन की जा सकती है, यह मुख्य रूप से मोटर के आंतरिक इन्सुलेशन स्तर पर निर्भर करता है। उच्च तापमान (130 डिग्री या उससे अधिक) पर आंतरिक इन्सुलेशन खराब होने लगता है। इसलिए, जब तक आंतरिक तापमान 130 डिग्री से अधिक नहीं होता, मोटर सही ढंग से काम करती रहेगी और इस दौरान सतह का तापमान 90 डिग्री से कम रहेगा।

इसलिए, स्टेपर मोटर की सतह का तापमान 70-80 डिग्री के बीच सामान्य है। तापमान मापने की एक सरल विधि है पॉइंट थर्मामीटर का उपयोग करना, जिससे आप अनुमान लगा सकते हैं: यदि हाथ से 1-2 सेकंड से अधिक समय तक छू सकते हैं, तो तापमान 60 डिग्री से अधिक नहीं होना चाहिए; यदि हाथ से छू सकते हैं, तो तापमान लगभग 70-80 डिग्री होना चाहिए; यदि पानी की कुछ बूंदें तुरंत वाष्पित हो जाती हैं, तो तापमान 90 डिग्री से अधिक होता है।

3, स्टेपर मोटरगति परिवर्तन के साथ तापन।

स्थिर धारा ड्राइव तकनीक का उपयोग करते समय, स्टेपर मोटर्स में स्थिर और कम गति पर, धारा स्थिर रहती है जिससे निरंतर टॉर्क आउटपुट बना रहता है। जब गति एक निश्चित स्तर तक बढ़ जाती है, तो मोटर का आंतरिक काउंटर पोटेंशियल बढ़ जाता है, धारा धीरे-धीरे कम हो जाती है और टॉर्क भी कम हो जाता है।

इसलिए, तांबे की हानि के कारण होने वाली तापन स्थिति गति पर निर्भर करेगी। स्थिर अवस्था और कम गति पर आमतौर पर अधिक ताप उत्पन्न होता है, जबकि उच्च गति पर कम ताप उत्पन्न होता है। लेकिन लोहे की हानि (यद्यपि इसका अनुपात कम है) में परिवर्तन एक समान नहीं होते हैं, और मोटर की कुल तापन इन दोनों का योग है, इसलिए उपरोक्त केवल सामान्य स्थिति है।

4. गर्मी का प्रभाव।

हालांकि मोटर की गर्मी आमतौर पर मोटर के जीवनकाल को प्रभावित नहीं करती, इसलिए अधिकांश ग्राहक इस पर ध्यान नहीं देते। लेकिन गंभीर रूप से गर्म होने पर इसके कुछ नकारात्मक प्रभाव हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, मोटर के आंतरिक भागों के अलग-अलग तापीय विस्तार गुणांक के कारण संरचनात्मक तनाव में परिवर्तन और आंतरिक वायु अंतराल में मामूली बदलाव से मोटर की गतिशील प्रतिक्रिया प्रभावित होती है, जिससे उच्च गति पर गति बिगड़ने की संभावना बढ़ जाती है। एक अन्य उदाहरण यह है कि कुछ स्थितियों में मोटर की अत्यधिक गर्मी स्वीकार्य नहीं होती, जैसे चिकित्सा उपकरण और उच्च परिशुद्धता परीक्षण उपकरण आदि। इसलिए, मोटर की गर्मी को नियंत्रित करना आवश्यक है।

5. मोटर की गर्मी को कैसे कम करें।

ऊष्मा उत्पादन को कम करने के लिए, कॉपर और आयरन दोनों की हानि को कम करना आवश्यक है। कॉपर की हानि को दो दिशाओं में कम करने से प्रतिरोध और धारा दोनों कम होती हैं, जिसके लिए यथासंभव कम प्रतिरोध और रेटेड धारा वाली मोटर का चयन करना आवश्यक है। दो-फेज मोटर को समानांतर के बजाय श्रृंखला में भी उपयोग किया जा सकता है। लेकिन यह अक्सर टॉर्क और उच्च गति की आवश्यकताओं के विपरीत होता है। चयनित मोटर के लिए, ड्राइव के स्वचालित अर्ध-धारा नियंत्रण फ़ंक्शन और ऑफ़लाइन फ़ंक्शन का पूरी तरह से उपयोग किया जाना चाहिए। पहला फ़ंक्शन मोटर के स्थिर होने पर धारा को स्वचालित रूप से कम कर देता है, और दूसरा फ़ंक्शन धारा को पूरी तरह से काट देता है।

इसके अलावा, सबडिवीजन ड्राइव में, करंट वेवफॉर्म साइनसोइडल के करीब होने के कारण, हार्मोनिक्स कम होते हैं, जिससे मोटर का तापमान भी कम होता है। आयरन लॉस को कम करने के कई तरीके हैं, और वोल्टेज का स्तर इससे संबंधित है। हालांकि उच्च वोल्टेज से चलने वाली मोटर से उच्च गति की विशेषताएँ बढ़ती हैं, लेकिन इससे गर्मी भी बढ़ती है। इसलिए, उच्च गति, सुचारू संचालन, गर्मी, शोर और अन्य संकेतकों को ध्यान में रखते हुए, सही ड्राइव वोल्टेज स्तर का चयन करना चाहिए।

स्टेपर मोटरों की त्वरण और मंदी प्रक्रियाओं के लिए नियंत्रण तकनीकें।

स्टेपर मोटरों के व्यापक उपयोग के साथ, स्टेपर मोटर नियंत्रण का अध्ययन भी बढ़ रहा है। प्रारंभ या त्वरण के दौरान यदि स्टेपर पल्स बहुत तेजी से बदलती है, तो जड़त्व के कारण रोटर विद्युत संकेत परिवर्तनों का अनुसरण नहीं कर पाता, जिसके परिणामस्वरूप अवरोध या स्टेप लॉस हो सकता है। रुकने या मंदी के दौरान भी इसी कारण से ओवरस्टेपिंग हो सकती है। अवरोध, स्टेप लॉस और ओवरशूट को रोकने के लिए, कार्य आवृत्ति को बढ़ाना और स्टेपर मोटर की गति को नियंत्रित करना आवश्यक है।

स्टेपर मोटर की गति पल्स आवृत्ति, रोटर के दांतों की संख्या और बीट्स की संख्या पर निर्भर करती है। इसकी कोणीय गति पल्स आवृत्ति के समानुपाती होती है और पल्स के साथ समकालिक रूप से सिंक्रनाइज़ होती है। इस प्रकार, यदि रोटर के दांतों की संख्या और चलने वाली बीट्स की संख्या निश्चित हो, तो पल्स आवृत्ति को नियंत्रित करके वांछित गति प्राप्त की जा सकती है। चूंकि स्टेपर मोटर को इसके सिंक्रोनस टॉर्क की सहायता से शुरू किया जाता है, इसलिए स्टेप न खोने के लिए प्रारंभिक आवृत्ति अधिक नहीं रखी जाती है। विशेष रूप से जैसे-जैसे शक्ति बढ़ती है, रोटर का व्यास बढ़ता है, जड़त्व बढ़ता है, और प्रारंभिक आवृत्ति और अधिकतम चलने वाली आवृत्ति में दस गुना तक का अंतर हो सकता है।

स्टेपर मोटर की प्रारंभिक आवृत्ति विशेषताएँ इस प्रकार हैं कि मोटर चालू होते ही सीधे परिचालन आवृत्ति तक नहीं पहुँचती, बल्कि एक प्रारंभिक प्रक्रिया से गुजरती है, यानी कम गति से धीरे-धीरे परिचालन गति तक पहुँचती है। परिचालन आवृत्ति पर रुकने पर गति तुरंत शून्य तक नहीं पहुँचती, बल्कि उच्च गति से धीरे-धीरे शून्य तक कम होती है।

 

पल्स आवृत्ति बढ़ने के साथ स्टेपर मोटर का आउटपुट टॉर्क कम हो जाता है। जितनी अधिक प्रारंभिक आवृत्ति होगी, प्रारंभिक टॉर्क उतना ही कम होगा, जिससे लोड को चलाने की क्षमता कम हो जाएगी। शुरुआत में स्टेप लॉस होगा और रुकने पर ओवरशूट हो जाएगा। स्टेपर मोटर को आवश्यक गति तक शीघ्रता से पहुँचाने और स्टेप लॉस या ओवरशूट से बचने के लिए, त्वरण प्रक्रिया में आवश्यक टॉर्क को प्रत्येक ऑपरेटिंग आवृत्ति पर स्टेपर मोटर द्वारा प्रदान किए गए टॉर्क का पूर्ण उपयोग करना चाहिए और इस टॉर्क से अधिक नहीं होना चाहिए। इसलिए, स्टेपर मोटर के संचालन में आमतौर पर त्वरण, एकसमान गति और मंदी के तीन चरण होते हैं। त्वरण और मंदी की प्रक्रिया का समय जितना संभव हो उतना कम होना चाहिए और स्थिर गति का समय जितना संभव हो उतना लंबा होना चाहिए। विशेष रूप से तीव्र प्रतिक्रिया की आवश्यकता वाले कार्यों में, प्रारंभिक बिंदु से अंत तक चलने का समय कम से कम होना चाहिए, जिसके लिए त्वरण और मंदी की प्रक्रिया को कम से कम करना आवश्यक है, जबकि स्थिर गति पर अधिकतम गति प्राप्त करनी होती है।

 

देश-विदेश के वैज्ञानिकों और तकनीशियनों ने स्टेपर मोटरों की गति नियंत्रण तकनीक पर व्यापक शोध किया है और त्वरण और मंदी नियंत्रण के लिए कई गणितीय मॉडल स्थापित किए हैं, जैसे कि घातीय मॉडल, रैखिक मॉडल आदि। इन मॉडलों के आधार पर, स्टेपर मोटरों की गति विशेषताओं को बेहतर बनाने और उनके अनुप्रयोग क्षेत्र को बढ़ाने के लिए विभिन्न नियंत्रण परिपथों का डिज़ाइन और विकास किया गया है। घातीय त्वरण और मंदी स्टेपर मोटरों की अंतर्निहित क्षण-आवृत्ति विशेषताओं को ध्यान में रखती है, जिससे न केवल स्टेपर मोटर गति में बिना गति खोए चलती रहती है, बल्कि मोटर की अंतर्निहित विशेषताओं का भी पूरा उपयोग होता है और गति बढ़ाने में लगने वाला समय कम हो जाता है। हालांकि, मोटर पर भार में परिवर्तन के कारण यह लक्ष्य प्राप्त करना कठिन है, जबकि रैखिक त्वरण और मंदी केवल मोटर की भार क्षमता सीमा में कोणीय वेग और पल्स के आनुपातिक संबंध पर विचार करती है, आपूर्ति वोल्टेज, भार वातावरण और विशेषताओं में होने वाले उतार-चढ़ाव के कारण होने वाले परिवर्तनों को ध्यान में नहीं रखती। इस त्वरण विधि की गति स्थिर रहती है, लेकिन इसका नुकसान यह है कि यह स्टेपर मोटर के आउटपुट टॉर्क और गति परिवर्तन की विशेषताओं को पूरी तरह से ध्यान में नहीं रखती। उच्च गति पर स्टेपर मोटरों के लिए यह एक नुकसान है। यह बेमेल ढंग से घटित होगा।

 

यह स्टेपर मोटरों के तापन सिद्धांत और त्वरण/मंदी प्रक्रिया नियंत्रण प्रौद्योगिकी का परिचय है।

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