जेव्हा अभियंत्यांना यांत्रिक कार्ये करण्यासाठी इलेक्ट्रिकल उपकरणे डिझाइन करण्याचे आव्हान असते, तेव्हा ते विद्युत सिग्नलचे ऊर्जेत रूपांतर कसे होते याचा विचार करू शकतात. त्यामुळे विद्युत सिग्नलला गतीमध्ये रूपांतरित करणाऱ्या उपकरणांपैकी ॲक्ट्युएटर आणि मोटर्स आहेत. मोटर्स विद्युत उर्जेची यांत्रिक उर्जेशी देवाणघेवाण करतात.

मोटरचा सर्वात सोपा प्रकार म्हणजे ब्रश केलेली डीसी मोटर. या प्रकारच्या मोटरमध्ये, विद्युत प्रवाह एका निश्चित चुंबकीय क्षेत्रामध्ये व्यवस्था केलेल्या कॉइलमधून जातो. विद्युतप्रवाह कॉइलमध्ये चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करतो; यामुळे कॉइल असेंब्ली फिरते, कारण प्रत्येक कॉइल समान ध्रुवापासून दूर ढकलले जाते आणि स्थिर क्षेत्राच्या विपरीत ध्रुवाकडे खेचले जाते. रोटेशन कायम ठेवण्यासाठी, विद्युत् प्रवाह सतत उलट करणे आवश्यक आहे—जेणेकरुन कॉइल ध्रुवीयता सतत पलटत राहतील, ज्यामुळे कॉइल स्थिर ध्रुवांच्या विपरीत "पाठलाग" करत राहतील. कॉइलला पॉवर स्थिर कंडक्टिव्ह ब्रशेसद्वारे पुरवली जाते जी फिरत्या कम्युटेटरशी संपर्क साधतात; हे कम्युटेटरचे रोटेशन आहे ज्यामुळे कॉइलमधून विद्युत् प्रवाह उलटतो. कम्युटेटर आणि ब्रश हे मुख्य घटक आहेत जे ब्रश केलेल्या DC मोटरला इतर मोटर प्रकारांपेक्षा वेगळे करतात. आकृती 1 ब्रश केलेल्या मोटरचे सामान्य तत्त्व स्पष्ट करते.

आकृती 1: ब्रश केलेल्या डीसी मोटरचे ऑपरेशन.

स्थिर ब्रश फिरणाऱ्या कम्युटेटरला विद्युत ऊर्जा पुरवतात. कम्युटेटर फिरत असताना, ते सतत कॉइलमध्ये विद्युत् प्रवाहाची दिशा फिरवत राहते, कॉइलच्या ध्रुवीयतेला उलट करते जेणेकरून कॉइल उजवीकडे फिरत राहतील. कम्युटेटर फिरतो कारण तो रोटरला जोडलेला असतो ज्यावर कॉइल्स बसवले जातात.

त्यांच्या नावाप्रमाणे, ब्रशलेस डीसी मोटर्स ब्रशेस वापरत नाहीत. ब्रश केलेल्या मोटर्ससह, ब्रशेस कम्युटेटरद्वारे रोटरवरील कॉइलमध्ये विद्युत प्रवाह वितरीत करतात. तर ब्रशविरहित मोटर रोटर कॉइल्समध्ये विद्युतप्रवाह कसा जातो? असे होत नाही—कारण कॉइल रोटरवर नसतात. त्याऐवजी, रोटर एक कायम चुंबक आहे; कॉइल्स फिरत नाहीत, परंतु त्याऐवजी स्टेटरवर स्थिर असतात. कॉइल हलत नसल्यामुळे ब्रश आणि कम्युटेटरची गरज नाही. (चित्र 3 पहा.)

ब्रश केलेल्या मोटरच्या सहाय्याने, रोटरवरील कॉइलद्वारे व्युत्पन्न केलेले चुंबकीय क्षेत्र नियंत्रित करून रोटेशन साध्य केले जाते, तर स्थिर चुंबकांद्वारे व्युत्पन्न केलेले चुंबकीय क्षेत्र स्थिर राहते. रोटेशन गती बदलण्यासाठी, आपण कॉइलसाठी व्होल्टेज बदलता. बीएलडीसी मोटरसह, हे कायमचे चुंबक आहे जे फिरते; सभोवतालच्या स्थिर कॉइलद्वारे व्युत्पन्न केलेल्या चुंबकीय क्षेत्रांची दिशा बदलून रोटेशन प्राप्त केले जाते. रोटेशन नियंत्रित करण्यासाठी, तुम्ही या कॉइल्समध्ये विद्युत् प्रवाहाची परिमाण आणि दिशा समायोजित करा.

रोटर हा कायमस्वरूपी चुंबक असल्याने, त्याला करंटची गरज नसते, ज्यामुळे ब्रशेस आणि कम्युटेटरची गरज नाहीशी होते. स्थिर कॉइल्सला प्रवाह बाहेरून नियंत्रित केला जातो.

स्टेटरवर तीन कॉइल असलेल्या BLDC मोटरमध्ये या कॉइल्सपासून पसरलेल्या सहा इलेक्ट्रिकल वायर्स (प्रत्येक कॉइलमध्ये दोन) असतील. बऱ्याच अंमलबजावणीमध्ये यापैकी तीन तारा अंतर्गत जोडल्या जातील, उर्वरित तीन तारा मोटर बॉडीपासून विस्तारित असतील (आधी वर्णन केलेल्या ब्रश केलेल्या मोटरपासून विस्तारलेल्या दोन वायरच्या उलट). BLDC मोटर केसमधील वायरिंग हे पॉवर सेलच्या सकारात्मक आणि नकारात्मक टर्मिनल्सना जोडण्यापेक्षा अधिक क्लिष्ट आहे; या मालिकेच्या दुसऱ्या सत्रात या मोटर्स कशा प्रकारे काम करतात ते आपण अधिक बारकाईने पाहू. खाली, आम्ही BLDC मोटर्सचे फायदे बघून निष्कर्ष काढतो.

एक मोठा फायदा म्हणजे कार्यक्षमता, कारण या मोटर्स जास्तीत जास्त रोटेशनल फोर्स (टॉर्क) वर सतत नियंत्रण ठेवू शकतात. ब्रश केलेल्या मोटर्स, याउलट, रोटेशनमध्ये केवळ विशिष्ट बिंदूंवर जास्तीत जास्त टॉर्क पोहोचतात. ब्रशलेस मॉडेल प्रमाणेच टॉर्क वितरीत करण्यासाठी ब्रश केलेल्या मोटरसाठी, त्यास मोठे चुंबक वापरावे लागतील. म्हणूनच लहान BLDC मोटर्स देखील लक्षणीय उर्जा देऊ शकतात.

दुसरा मोठा फायदा - पहिल्याशी संबंधित - नियंत्रणक्षमता. BLDC मोटर्स, फीडबॅक मेकॅनिझमचा वापर करून, इच्छित टॉर्क आणि रोटेशन गती अचूकपणे वितरित करण्यासाठी नियंत्रित केल्या जाऊ शकतात. अचूक नियंत्रणामुळे ऊर्जेचा वापर आणि उष्णता निर्मिती कमी होते आणि-जेथे मोटर्स बॅटरीवर चालतात-बॅटरीचे आयुष्य वाढवते.

BLDC मोटर्स देखील उच्च टिकाऊपणा आणि कमी विद्युत आवाज निर्मिती देतात, ब्रशेसच्या कमतरतेमुळे धन्यवाद. ब्रश केलेल्या मोटर्ससह, सतत हलणाऱ्या संपर्कामुळे ब्रश आणि कम्युटेटर क्षीण होतात आणि जिथे संपर्क होतो तिथे ठिणग्या देखील निर्माण होतात. इलेक्ट्रिकल आवाज, विशेषतः, तीव्र ठिणग्यांचा परिणाम आहे ज्या ठिकाणी ब्रशेस कम्युटेटरमधील अंतरांवरून जातात. म्हणूनच BLDC मोटर्सना विजेचा आवाज टाळणे महत्त्वाचे असलेल्या ऍप्लिकेशन्समध्ये श्रेयस्कर मानले जाते.

आम्ही पाहिले आहे की BLDC मोटर्स उच्च कार्यक्षमता आणि नियंत्रणक्षमता ऑफर करतात आणि त्यांचे कार्य दीर्घकाळ असते. मग ते कशासाठी चांगले आहेत? त्यांच्या कार्यक्षमतेमुळे आणि दीर्घायुष्यामुळे, ते सतत चालणाऱ्या उपकरणांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. ते बर्याच काळापासून वॉशिंग मशीन, एअर कंडिशनर आणि इतर ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये वापरले गेले आहेत; आणि अगदी अलीकडे, ते चाहत्यांमध्ये दिसू लागले आहेत, जेथे त्यांच्या उच्च कार्यक्षमतेमुळे वीज वापरात लक्षणीय घट झाली आहे.

ते व्हॅक्यूम मशीन चालविण्यासाठी देखील वापरले जात आहेत. एका प्रकरणात, नियंत्रण कार्यक्रमातील बदलामुळे घूर्णन गतीमध्ये मोठी उडी आली - या मोटर्सद्वारे ऑफर केलेल्या उत्कृष्ट नियंत्रणक्षमतेचे उदाहरण.

BLDC मोटर्सचा वापर हार्ड डिस्क ड्राईव्ह स्पिन करण्यासाठी देखील केला जात आहे, जिथे त्यांची टिकाऊपणा दीर्घकाळापर्यंत ड्राईव्हवर अवलंबून राहते, तर त्यांची उर्जा कार्यक्षमता अशा क्षेत्रामध्ये ऊर्जा कमी होण्यास हातभार लावते जिथे हे अधिक महत्वाचे होत आहे.

भविष्यात आम्ही BLDC मोटर्सचा वापर मोठ्या प्रमाणावर अनुप्रयोगांमध्ये पाहण्याची अपेक्षा करू शकतो. उदाहरणार्थ, ते सर्व्हिस रोबोट्स चालवण्यासाठी मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातील - लहान रोबोट जे उत्पादनाव्यतिरिक्त इतर क्षेत्रात सेवा देतात. एखाद्याला असे वाटू शकते की या प्रकारच्या ऍप्लिकेशनमध्ये स्टेपर मोटर्स अधिक योग्य असतील, जेथे स्थान निश्चितपणे नियंत्रित करण्यासाठी डाळींचा वापर केला जाऊ शकतो. परंतु BLDC मोटर्स शक्ती नियंत्रित करण्यासाठी अधिक योग्य आहेत. आणि स्टेपर मोटरसह, रोबोट हातासारख्या संरचनेची स्थिती धारण करण्यासाठी तुलनेने मोठा आणि सतत प्रवाह आवश्यक असतो. BLDC मोटरसह, जे आवश्यक असेल ते बाह्य शक्तीच्या वर्तमान प्रमाणात आहे - अधिक ऊर्जा-कार्यक्षम नियंत्रणास अनुमती देते. बीएलडीसी मोटर्स गोल्फ कार्ट्स आणि मोबिलिटी कार्ट्समध्ये साध्या ब्रश केलेल्या डीसी मोटर्सची जागा देखील घेऊ शकतात. त्यांच्या उत्तम कार्यक्षमतेच्या व्यतिरिक्त, BLDC मोटर्स अधिक अचूक नियंत्रण देखील देऊ शकतात - ज्यामुळे बॅटरीचे आयुष्य आणखी वाढू शकते.

BLDC मोटर्स देखील ड्रोनसाठी आदर्श आहेत. अचूक नियंत्रण वितरीत करण्याची त्यांची क्षमता त्यांना मल्टीरोटर ड्रोनसाठी विशेषत: अनुकूल बनवते, जेथे प्रत्येक रोटरच्या घूर्णन गतीवर तंतोतंत नियंत्रण करून ड्रोनची वृत्ती नियंत्रित केली जाते.

या सत्रात, आम्ही BLDC मोटर्स उत्कृष्ट कार्यक्षमता, नियंत्रणक्षमता आणि दीर्घायुष्य कसे देतात हे पाहिले. परंतु या मोटर्सच्या क्षमतेचा पूर्ण फायदा घेण्यासाठी काळजीपूर्वक आणि योग्य नियंत्रण आवश्यक आहे. आमच्या पुढच्या सत्रात या मोटर्स कशा काम करतात ते पाहू.