স্থায়ী চুম্বক মোটর শিল্প দক্ষতা এবং নির্ভুলতা বৃদ্ধি করে

বৈদ্যুতিক মোটর আধুনিক শিল্পের জীবনযাত্রার অবিচ্ছেদ্য অংশ, এবং তাদের মধ্যে, স্থায়ী চুম্বক সিনক্রোনাস মোটর (PMSM) একাধিক খাতে একটি শ্রেষ্ঠ সমাধান হিসাবে আবির্ভূত হচ্ছে। তারা ঐতিহ্যবাহী মোটরগুলির চেয়ে কী সুবিধা দেয়? তাদের কাঠামোর মধ্যে কী উদ্ভাবনী ডিজাইন লুকানো আছে? কোন অনন্য নিয়ন্ত্রণ কৌশল তাদের আলাদা করে তোলে? এই নিবন্ধটি PMSM গঠন, কার্যকারিতা নীতি, নিয়ন্ত্রণ পদ্ধতি এবং অ্যাপ্লিকেশনগুলির একটি বিস্তৃত বিশ্লেষণ প্রদান করে।

স্থায়ী চুম্বক সিনক্রোনাস মোটর (PMSM) হল এক প্রকার সিনক্রোনাস মোটর যেখানে উত্তেজনাপূর্ণ চৌম্বক ক্ষেত্র স্থায়ী চুম্বক দ্বারা সরবরাহ করা হয়। ঐতিহ্যবাহী বৈদ্যুতিকভাবে উত্তেজিত সিনক্রোনাস মোটরগুলির সাথে তুলনা করলে, PMSM গুলি অতিরিক্ত উত্তেজনাপূর্ণ উইন্ডিং এবং পাওয়ার উৎসের প্রয়োজনীয়তা দূর করে, যার ফলে একটি আরও কমপ্যাক্ট কাঠামো এবং উচ্চ দক্ষতা পাওয়া যায়। ইন্ডাকশন মোটরগুলির সাথে তুলনা করলে, PMSM গুলি উচ্চতর পাওয়ার ঘনত্ব, টর্ক-টু-ইনর্শিয়া অনুপাত এবং নিয়ন্ত্রণ নির্ভুলতা প্রদান করে, যা তাদের উচ্চ-পারফরম্যান্স সার্ভো ড্রাইভ, বৈদ্যুতিক যানবাহন, বায়ু শক্তি উৎপাদন এবং অন্যান্য অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য আদর্শ করে তোলে।

PMSM প্রধানত দুটি অংশ নিয়ে গঠিত: স্টটর এবং রটার। তাদের মৌলিক গঠন প্রচলিত সিনক্রোনাস মোটরগুলির অনুরূপ হলেও, রটার ডিজাইন তাদের মূল উদ্ভাবন উপস্থাপন করে।

স্টটর, PMSM এর স্থির উপাদান, প্রধানত স্টটর কোর এবং স্টটর উইন্ডিং নিয়ে গঠিত। স্টটর কোর সাধারণত লোহার ক্ষতি কমাতে সিলিকন ইস্পাত শীট থেকে স্তরিত করা হয়। স্টটর উইন্ডিংগুলি স্টটর কোরের স্লটে এম্বেড করা হয়, যা মাল্টি-ফেজ এসি উইন্ডিং তৈরি করে, যার মধ্যে দুই-ফেজ এবং তিন-ফেজ কনফিগারেশন সবচেয়ে বেশি প্রচলিত। উইন্ডিং বিতরণের উপর ভিত্তি করে, স্টটর উইন্ডিংগুলিকে শ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে:

বিতরণকৃত উইন্ডিংগুলিতে প্রতি পোল প্রতি ফেজে একাধিক স্লট থাকে (Q=2,3,...k)। তাদের সুবিধা হল উচ্চতর হারমোনিকগুলিকে কার্যকরভাবে দমন করা এবং মোটরের কর্মক্ষমতা উন্নত করা, যদিও উত্পাদন জটিলতা বৃদ্ধি পায়।

কেন্দ্রীভূত উইন্ডিংগুলি প্রতি পোল প্রতি ফেজে একটি স্লট ব্যবহার করে (Q=1)। এগুলি তৈরি করা সহজ হলেও, তারা উচ্চতর হারমোনিক উপাদান তৈরি করে, যার জন্য হারমোনিক দমন করার জন্য অতিরিক্ত ব্যবস্থা প্রয়োজন।

রটার, ঘূর্ণায়মান উপাদান, এর মূল উদ্ভাবন হিসাবে স্থায়ী চুম্বক বৈশিষ্ট্যযুক্ত। চুম্বক বসানোর উপর ভিত্তি করে, PMSM গুলিকে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়:

SPMSM-গুলিতে, চুম্বকগুলি সরাসরি রটার পৃষ্ঠের উপর মাউন্ট করা হয়। এই ডিজাইনটি প্রায়-সাইনসয়েডাল এয়ার গ্যাপ চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করে এবং ইন্ডাকট্যান্স প্যারামিটার ডিজাইনকে সহজ করে, তবে কম যান্ত্রিক শক্তি এবং এয়ার গ্যাপ প্রভাবের প্রতি চুম্বকের দুর্বলতা রয়েছে।

IPMSM গুলি রটারের মধ্যে চুম্বক স্থাপন করে, যা উচ্চতর যান্ত্রিক শক্তি এবং টর্ক ঘনত্ব বৃদ্ধির জন্য রিলাকট্যান্স টর্ক ব্যবহার করার ক্ষমতা প্রদান করে। বিভিন্ন অভ্যন্তরীণ চুম্বক কনফিগারেশন বিদ্যমান, যার মধ্যে রয়েছে একক-স্তর, বহু-স্তর এবং ভি-টাইপ বিন্যাস।

সালিয়েন্সি অনুপাতের উপর ভিত্তি করে আরও শ্রেণীবিন্যাস PMSM গুলিকে বিভক্ত করে:

• সালিয়েন্ট-পোল PMSM: যেখানে ডাইরেক্ট-অ্যাক্সিস ইন্ডাকট্যান্স (Ld) কোয়াড্রেচার-অ্যাক্সিস ইন্ডাকট্যান্স (Lq) থেকে ভিন্ন।
• নন-সালিয়েন্ট-পোল PMSM: যেখানে Ld, Lq এর সমান।

PMSM গুলি স্টটরের ঘূর্ণায়মান চৌম্বক ক্ষেত্র এবং রটারের স্থায়ী চুম্বক ক্ষেত্রের মধ্যে মিথস্ক্রিয়ার মাধ্যমে কাজ করে। যখন প্রতিসম মাল্টি-ফেজ এসি কারেন্ট স্টটর উইন্ডিংগুলির মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়, তখন এটি একটি ঘূর্ণায়মান চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করে। রটারের স্থায়ী চুম্বক ক্ষেত্র এই ঘূর্ণায়মান ক্ষেত্রের সাথে সিঙ্ক্রোনাইজ হয়, যা ঘূর্ণন ঘটায়। সিঙ্ক্রোনাস অপারেশন ঘটে যখন রটারের গতি স্টটর ক্ষেত্রের ঘূর্ণন গতির সাথে মিলে যায়।

ইন্ডাকশন মোটরগুলির মতো, PMSM স্টটর উইন্ডিংগুলিতে তিন-ফেজ এসি কারেন্ট একটি ঘূর্ণায়মান চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করে। ক্ষেত্রের ঘূর্ণন গতি পাওয়ার সাপ্লাই ফ্রিকোয়েন্সি এবং স্টটর পোল জোড়ার উপর নির্ভর করে:

n = 60f / p

যেখানে n হল ঘূর্ণন গতি (rpm), f হল ফ্রিকোয়েন্সি (Hz), এবং p হল পোল জোড়ার সংখ্যা।

রটার স্থায়ী চুম্বক ক্ষেত্র এবং স্টটর ঘূর্ণায়মান ক্ষেত্রের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক টর্ক তৈরি করে। টর্কের পরিমাণ ক্ষেত্র শক্তি, তাদের কৌণিক সম্পর্ক এবং মোটরের কাঠামোগত পরামিতিগুলির উপর নির্ভর করে। SPMSM প্রধানত স্থায়ী চুম্বক টর্ক তৈরি করে, যেখানে IPMSM গুলি তাদের সালিয়েন্ট-পোল ডিজাইনের কারণে স্থায়ী চুম্বক টর্ক এবং রিলাকট্যান্স টর্ক উভয়ই তৈরি করে।

PMSM নিয়ন্ত্রণ গতি, টর্ক এবং অবস্থানের সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণের লক্ষ্য রাখে। তাদের ননলাইনার, দৃঢ়ভাবে যুক্ত প্রকৃতির কারণে, PMSM নিয়ন্ত্রণ অনন্য চ্যালেঞ্জ উপস্থাপন করে। সাধারণ নিয়ন্ত্রণ পদ্ধতির মধ্যে রয়েছে:

এই সহজ পদ্ধতিটি একটি ধ্রুবক ভোল্টেজ-টু-ফ্রিকোয়েন্সি অনুপাত বজায় রেখে মোটরের গতি নিয়ন্ত্রণ করে। এটি সাশ্রয়ী হলেও, এটি সীমিত নির্ভুলতা এবং গতিশীল কর্মক্ষমতা প্রদান করে, যা এটিকে উচ্চ-পারফরম্যান্স অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য অনুপযুক্ত করে তোলে।

এই উন্নত কৌশলটি স্বাধীন নিয়ন্ত্রণের জন্য স্টটর কারেন্টকে উত্তেজনা এবং টর্ক উপাদানগুলিতে বিভক্ত করে। FOC উচ্চ নির্ভুলতা এবং গতিশীল প্রতিক্রিয়া সরবরাহ করে তবে সমন্বিত রূপান্তর এবং প্যারামিটার সনাক্তকরণ সহ জটিল অ্যালগরিদম প্রয়োজন।

রেফারেন্স হিসাবে রটার ফ্লাক্স ব্যবহার করে, এই পদ্ধতিটি পৃথক উত্তেজনা এবং টর্ক নিয়ন্ত্রণের জন্য স্টটর কারেন্টকে d-অক্ষ এবং q-অক্ষ উপাদানগুলিতে বিভক্ত করে, যা দ্রুত টর্ক প্রতিক্রিয়া সক্ষম করে তবে সুনির্দিষ্ট রটার অবস্থানের ডেটা প্রয়োজন।

এই পরিবর্তনটি রেফারেন্স হিসাবে স্টটর ফ্লাক্স ব্যবহার করে, যা সরাসরি রটার অবস্থানের উপর নির্ভরতা দূর করে তবে অ্যালগরিদমিক জটিলতা বৃদ্ধি করে।

DTC রেফারেন্স টর্ক এবং ফ্লাক্স মানের সাথে মেলে স্টটর ভোল্টেজ ভেক্টর নিয়ন্ত্রণ করে সরাসরি টর্ক নিয়ন্ত্রণ করে। কাঠামোগতভাবে সহজ এবং চমৎকার গতিশীলতা সহ, এটি উল্লেখযোগ্য টর্ক রিপল তৈরি করে যার জন্য প্রশমন ব্যবস্থা প্রয়োজন।

অবস্থান সেন্সর অপসারণ খরচ এবং জটিলতা হ্রাস করে। সাধারণ সেন্সরলেস কৌশলগুলির মধ্যে রয়েছে:

এই পদ্ধতিটি ব্যাক-ইএমএফ পর্যবেক্ষণের মাধ্যমে রটার অবস্থান অনুমান করে তবে ছোট সংকেতগুলির কারণে কম গতিতে সমস্যা হয় যা শব্দ হস্তক্ষেপের জন্য ঝুঁকিপূর্ণ।

উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি সংকেত ইনজেক্ট করে এবং সালিয়েন্সি প্রভাবের কারণে ইন্ডাকট্যান্সের পরিবর্তনগুলি পর্যবেক্ষণ করে, এই পদ্ধতিটি IPMSM-এর জন্য ভাল কাজ করে তবে উচ্চতর সুইচিং ফ্রিকোয়েন্সি প্রয়োজন।

ট্র্যাপিজয়েডাল ব্যাক-ইএমএফ সহ PMSM-এর জন্য ব্যবহৃত, এই সাধারণ পদ্ধতিটি উল্লেখযোগ্য টর্ক রিপল তৈরি করে। ক্লোজড-লুপ বাস্তবায়নের জন্য অবস্থান প্রতিক্রিয়ার জন্য হল সেন্সর প্রয়োজন।

ঐতিহ্যবাহী ইন্ডাকশন মোটরগুলির সাথে তুলনা করলে, PMSM গুলি নিম্নলিখিত সুবিধা প্রদান করে:

উত্তেজনাপূর্ণ কারেন্ট অপসারণ ক্ষতি কমায়, যা হালকা লোডের অধীনে বিশেষভাবে লক্ষণীয়। গবেষণায় দেখা গেছে যে PMSM গুলি তুলনামূলক পরিস্থিতিতে প্রিমিয়াম দক্ষতা (IE3) ইন্ডাকশন মোটরগুলির চেয়ে প্রায় ২% বেশি দক্ষতা অর্জন করে।

উচ্চ-শক্তির স্থায়ী চুম্বকগুলি কমপ্যাক্ট আকারে শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করতে সক্ষম করে, যা প্রতি ইউনিট ভলিউমে আরও বেশি শক্তি সরবরাহ করে।

কম জড়তা সহ কমপ্যাক্ট রটার ডিজাইন দ্রুত স্টার্ট-স্টপ অপারেশন এবং ত্বরণ সহজতর করে, যা গতিশীল প্রতিক্রিয়া বাড়ায়।

FOC এবং DTC-এর মতো উন্নত নিয়ন্ত্রণ পদ্ধতিগুলি গতি, টর্ক এবং অবস্থানের সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণ সক্ষম করে, যা চাহিদাপূর্ণ সার্ভো অ্যাপ্লিকেশনগুলির চাহিদা পূরণ করে।

PMSM বিভিন্ন ক্ষেত্রে শ্রেষ্ঠত্ব অর্জন করে:

ইভি প্রোপালশন সিস্টেমের জন্য আদর্শ, PMSM গুলি রেঞ্জ এবং ত্বরণ উন্নত করে। টেসলা এবং বিওয়াইডি-এর মতো প্রধান নির্মাতারা এই প্রযুক্তি গ্রহণ করেছে।

সরাসরি-ড্রাইভ PMSM বায়ু টারবাইন গিয়ারবক্সগুলি দূর করে, যান্ত্রিক ক্ষতি এবং রক্ষণাবেক্ষণ হ্রাস করে এবং কঠোর পরিবেশে নির্ভরযোগ্যতা উন্নত করে।

উচ্চ-পারফরম্যান্স সার্ভো সিস্টেমে মূল উপাদান হিসাবে, PMSM গুলি শিল্প রোবট এবং CNC মেশিন টুলের চাহিদা পূরণ করে।

ইনভার্টার-ভিত্তিক এয়ার কন্ডিশনার, ওয়াশিং মেশিন এবং রেফ্রিজারেটরগুলিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত, PMSM গুলি শক্তি দক্ষতা বাড়ায় এবং শব্দ কমায় ও আয়ুষ্কাল বৃদ্ধি করে।

তাদের উচ্চতর দক্ষতা, পাওয়ার ঘনত্ব এবং নিয়ন্ত্রণ নির্ভুলতার সাথে, PMSM গুলি মোটর প্রযুক্তিতে একটি উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি উপস্থাপন করে। স্থায়ী চুম্বক উপাদান এবং নিয়ন্ত্রণ অ্যালগরিদমগুলি বিকশিত হতে থাকায়, অ্যাপ্লিকেশনগুলি বৈদ্যুতিক গতিশীলতা, স্মার্ট ম্যানুফ্যাকচারিং এবং মহাকাশে আরও প্রসারিত হবে। মোটর ডিজাইন, নিয়ন্ত্রণ কৌশল এবং সেন্সরলেস কৌশলগুলিতে চলমান গবেষণা ক্রমাগত PMSM বিকাশে সহায়তা করবে।