आधुिनक मुख्यधारा के थ्री-फ़ेज़ ब्रशलेस एसी मोटर (जैसे PMSMs - परमानेंट मैग्नेट सिंक्रोनस मोटर्स, जो नए ऊर्जा वाहनों और हाई-एंड घरेलू उपकरणों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं) स्टेटर वाइंडिंग में थ्री-फ़ेज़ अल्टरनेटिंग साइनुसोइडal करंट प्रवाहित करने के लिए एक थ्री-फ़ेज़ हाफ-ब्रिज इन्वर्टर सर्किट का उपयोग करते हैं। यह एक सुचारू रूप से घूमने वाला चुंबकीय क्षेत्र बनाता है जो स्थायी चुंबक रोटर को सुचारू, अत्यधिक कुशल और समकालिक रोटेशन में खींचता है।
स्टेटर में भौतिक स्थान में एक दूसरे से 120° की दूरी पर सममित रूप से वितरित तीन चरण वाइंडिंग्स (A, B, C) होती हैं। जब चरण अंतर के साथ थ्री-फ़ेज़ एसी धाराओं को इन वाइंडिंग्स में इंजेक्ट किया जाता है, तो उनके द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र मिलकर एक घूमता हुआ चुंबकीय क्षेत्र बनाते हैं!
ब्रशलेस मोटर्स में कोई भौतिक ब्रश नहीं होते हैं; उनका कम्यूटेशन पूरी तरह से एक इलेक्ट्रॉनिक इन्वर्टर पर निर्भर करता है। सर्किट में 6 MOSFETs (प्रत्येक चरण A, B और C के लिए हाई-साइड और लो-साइड स्विच) होते हैं। एक एमसीयू (MCU) वाइंडिंग्स से बहने वाले अल्टरनेटिंग थ्री-फ़ेज़ करंट में डीसी बस वोल्टेज को बदलने के लिए उनके स्विचिंग अनुक्रमों को नियंत्रित करता है।
इन्वर्टर धाराओं की दिशा और परिमाण को नियंत्रित करता है ताकि स्टेटर की संयुक्त चुंबकीय ध्रुव दिशा मोटर के केंद्र में एक अदृश्य \"ट्रैफिक लाइट\" की तरह तेजी से घूमे। स्थायी चुंबक रोटर (S/N) दृढ़ता से आकर्षित होता है और पूर्ण सिंक्रनाइज़ेशन में चुंबकीय क्षेत्र का अनुसरण करता है, जिससे उच्च गति, सुचारू संचालन प्राप्त होता है।
ब्रशलेस एसी मोटर्स को आमतौर पर थ्री-फ़ेज़ फुल-ब्रिज इन्वर्टर द्वारा संचालित किया जाता है। बायां पैनल मोटर क्रॉस-सेक्शन और चुंबकीय प्रवाह रेखाएं (तीन ध्रुव A, B, और C; लाल रंग आने वाले करंट को दर्शाता है जो N ध्रुव उत्पन्न करता है, नीला बाहर जाने वाले करंट को दर्शाता है जो S ध्रुव उत्पन्न करता है) प्रदर्शित करता है। दायां पैनल 6-MOSFET थ्री-फ़ेज़ इन्वर्टर ब्रिज सर्किट की प्रवाह स्थिति को दर्शाता है। हाई-साइड और लो-साइड स्विच को बदलकर, करंट विशिष्ट वाइंडिंग्स में बहता है और दूसरों से बाहर निकलता है। इससे संश्लेषित चुंबकीय क्षेत्र 60° (6-चरण स्क्वायर वेव मोड) या 30° (12-चरण वेक्टर हाफ-स्टेप मोड) के चरणों में घूमता है, जिससे रोटर तेजी से घूमने लगता है।
लोड हो रहा है...
| चरण | परिणामी कोण | चरण A ब्रिज (AH / AL) | चरण B ब्रिज (BH / BL) | चरण C ब्रिज (CH / CL) | कुंडल धारा प्रवाह | स्टेटर चुंबकीय ध्रुव |
|---|
डीसी और एसी मोटर्स के बीच बुनियादी अंतर पावर इनपुट प्रकार, चुंबकीय क्षेत्र उत्पादन तंत्र, कम्यूटेशन सिस्टम और नियंत्रण विधियों में निहित हैं:
डीसी मोटर्स को निरंतर प्रत्यक्ष धारा (डीसी) की आपूर्ति की जाती है। गति नियंत्रण आमतौर पर डीसी वोल्टेज को अलग करके प्राप्त किया जाता है, जिसके लिए एक सरल नियंत्रण सर्किट की आवश्यकता होती है। एसी मोटर्स को प्रत्यावर्ती धारा (एसी) की आपूर्ति की जाती है जो परिमाण और दिशा में चक्रानुसार बदलती है। गति नियंत्रण मुख्य रूप से एसी आवृत्ति को बदलकर प्राप्त किया जाता है (परिवर्तनीय आवृत्ति गति नियंत्रण)।
पारंपरिक ब्रश वाले डीसी मोटर यांत्रिक कम्यूटेशन के लिए तांबे के कम्यूटेटर और कार्बन ब्रश पर निर्भर करते हैं। इसके विपरीत, एसी ब्रशलेस मोटर्स (जैसे PMSMs - परमानेंट मैग्नेट सिंक्रोनस मोटर्स) में कोई ब्रश नहीं होते हैं। वे वाइंडिंग्स में निरंतर थ्री-फ़ेज़ अल्टरनेटिंग साइनुसोइडल धाराओं को वितरित करने और MOSFETs को स्विच करने के लिए उन्नत एल्गोरिदम द्वारा नियंत्रित इलेक्ट्रॉनिक इनवर्टर (जैसे यहां प्रदर्शित थ्री-फ़ेज़ ब्रिज सर्किट) का उपयोग करते हैं।
क्या कोई मोटर "बेहतर" है, यह एप्लिकेशन पर निर्भर करता है, लेकिन दक्षता और प्रदर्शन सीमाओं के संदर्भ में, आधुनिक थ्री-फ़ेज़ ब्रशलेस एसी मोटर्स (PMSM) प्रीमियम विकल्प हैं:
आधुनिक इलेक्ट्रिक वाहन (जैसे टेस्ला) और हाई-एंड इन्वर्टर उपकरण व्यापक रूप से थ्री-फ़ेज़ PMSMs का उपयोग करते हैं। गर्मी पैदा करने वाली वाइंडिंग्स को स्टेटर पर रखा जाता है (बाहरी आवरण के माध्यम से सीधे गर्मी लंपटता की अनुमति देता है), जबकि रोटर में उच्च प्रदर्शन वाले स्थायी चुंबक होते हैं। बिना किसी ब्रश घर्षण या स्पार्क ऊर्जा हानि के, ऊर्जा रूपांतरण दक्षता 90%–96% तक पहुंच जाती है, जिससे विस्तृत गति सीमा में उच्च दक्षता बनी रहती है।
ब्रश वाले मोटर कार्बन ब्रश और घूमते हुए कम्यूटेटर के बीच निरंतर संपर्क के कारण घर्षण हानि (यांत्रिक टूट-फूट और गर्मी) और कम्यूटेशन स्पार्क हानि से पीड़ित होते हैं। यह ऊर्जा गर्मी और चिंगारी के रूप में बर्बाद हो जाती है। इसके अतिरिक्त, घूमती हुई रोटर वाइंडिंग महत्वपूर्ण गर्मी पैदा करती हैं जिसे नष्ट करना मुश्किल होता, जिससे समग्र ऊर्जा दक्षता कम हो जाती है।
ब्रशलेस और ब्रश वाले मोटर्स के बीच मुख्य अंतर उनकी कम्यूटेशन विधियों और परिणामी भौतिक संरचनाओं और परिचालन विशेषताओं में निहित हैं:
| आयाम | ब्रश वाली मोटर | ब्रशलेस मोटर |
|---|---|---|
| कम्यूटेशन तंत्र | करंट को स्वचालित रूप से स्विच करने के लिए ब्रश + कम्यूटेटर के बीच भौतिक संपर्क और घर्षण पर निर्भर करता है। | इलेक्ट्रॉनिक, गैर-संपर्क कम्यूटेशन के लिए इन्वर्टर ब्रिज + माइक्रोकंट्रोलर (MCU) पर निर्भर करता है। |
| जीवनकाल और रखरखाव | छोटा जीवनकाल (आमतौर पर सैकड़ों घंटे)। ब्रश खराब हो जाते हैं और उन्हें नियमित रूप से बदला जाना चाहिए। | अत्यंत लंबा जीवनकाल (मुख्य रूप से बियरिंग्स द्वारा सीमित, हजारों घंटे तक)। रखरखाव-मुक्त। |
| शोर और विद्युत चुंबकीय हस्तक्षेप | घर्षण के कारण उच्च यांत्रिक शोर। ब्रश से उठने वाली चिंगारियां गंभीर विद्युत चुंबकीय हस्तक्षेप (EMI) उत्पन्न करती हैं। | कोई चिंगारी या घर्षण नहीं। विद्युत चुंबकीय अनुकूलता (EMC) के साथ असाधारण रूप से मूक संचालन। |
| नियंत्रण जटिलता और लागत | बेहद सरल; बिजली की आपूर्ति से कनेक्ट होने पर सीधे चलता है। कम सिस्टम लागत। | एक समर्पित ब्रशलेस ड्राइवर (ESC/इन्वर्टर) की आवश्यकता होती है, जिससे उच्च सिस्टम लागत होती है। |