वेरिएबल फ्रीक्वेंसी स्पीड रेगुलेशन के दौरान एसी मोटरें ओवरहीटिंग और ओवरलोड क्यों हो जाती हैं? तकनीकी उपायों से इस समस्या को प्रभावी ढंग से कैसे रोका जा सकता है?

सरल संरचना, उच्च विश्वसनीयता और कम लागत जैसे लाभों के कारण एसी मोटर औद्योगिक उत्पादन, परिवहन और स्मार्ट होम जैसे विभिन्न क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग की जाती हैं। चर आवृत्ति गति विनियमन तकनीक एसी मोटर की गति को नियंत्रित करने की प्रमुख विधि बन गई है क्योंकि यह मोटर की गति को सटीक रूप से नियंत्रित कर सकती है और ऊर्जा उपयोग दक्षता में उल्लेखनीय सुधार कर सकती है। हालांकि, व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, चर आवृत्ति गति विनियमन के दौरान एसी मोटर में अत्यधिक गर्मी और ओवरलोड होने की संभावना रहती है, जिससे न केवल मोटर की परिचालन दक्षता कम होती है बल्कि मोटर का सेवा जीवन भी कम हो सकता है और उपकरण खराब भी हो सकते हैं। इस घटना के कारणों को स्पष्ट करना और लक्षित निवारण उपाय करना एसी मोटरों के स्थिर और विश्वसनीय संचालन को सुनिश्चित करने के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है।

1. परिवर्तनीय आवृत्ति गति विनियमन के दौरान एसी मोटरों में अत्यधिक ताप और ओवरलोड के मुख्य कारण

वेरिएबल फ्रीक्वेंसी स्पीड रेगुलेशन के दौरान एसी मोटरों में ओवरहीटिंग और ओवरलोड की समस्या कई कारकों के संयुक्त प्रभाव का परिणाम है, और इसके मूल कारणों को निम्नलिखित तीन बिंदुओं में संक्षेप में बताया जा सकता है: पहला, हार्मोनिक हानियों में वृद्धि। इन्वर्टर का आउटपुट एक आदर्श साइन वेव नहीं होता, बल्कि पल्स विड्थ मॉड्यूलेशन (PWM) वेवफॉर्म होता है, जिसमें बड़ी संख्या में उच्च-क्रम के हार्मोनिक्स होते हैं। ये हार्मोनिक्स मोटर के स्टेटर वाइंडिंग, रोटर बार और आयरन कोर में अतिरिक्त हार्मोनिक हानियां उत्पन्न करते हैं, और ये हार्मोनिक हानियां ऊष्मा में परिवर्तित हो जाती हैं, जिससे मोटर का तापमान बढ़ जाता है। विशेष रूप से कम आवृत्ति स्पीड रेगुलेशन की स्थिति में, इन्वर्टर के आउटपुट वोल्टेज में हार्मोनिक की मात्रा अधिक होती है, और हार्मोनिक हानियां अधिक स्पष्ट होती हैं, जिससे आसानी से ओवरहीटिंग और ओवरलोड हो सकता है। दूसरा, चुंबकीय संतृप्ति और आयरन हानि में वृद्धि। वेरिएबल फ्रीक्वेंसी स्पीड रेगुलेशन के दौरान, मोटर के चुंबकीय प्रवाह को स्थिर रखने के लिए, आमतौर पर "स्थिर वोल्टेज-आवृत्ति अनुपात" की नियंत्रण रणनीति अपनाई जाती है। हालांकि, कम आवृत्ति रेंज में, मोटर के स्टेटर प्रतिरोध का वोल्टेज ड्रॉप अपेक्षाकृत अधिक होता है; यदि वोल्टेज क्षतिपूर्ति नहीं की जाती है, तो वास्तविक चुंबकीय प्रवाह अपर्याप्त होगा। दूसरी ओर, अत्यधिक क्षतिपूर्ति से चुंबकीय संतृप्ति उत्पन्न होगी, जिससे लौह कोर की हिस्टैरिसीस हानि और एड़ी करंट हानि (सामूहिक रूप से लौह हानि) में काफी वृद्धि होगी। लौह हानि में वृद्धि सीधे मोटर के ताप को बढ़ाती है। तीसरा, शीतलन प्रणाली की दक्षता में कमी। एसी मोटरों की शीतलन प्रणाली (जैसे पंखे) ज्यादातर मोटर शाफ्ट से मजबूती से जुड़ी होती है, और इसकी शीतलन वायु की मात्रा मोटर की गति के समानुपाती होती है। चर आवृत्ति गति विनियमन की कम आवृत्ति स्थिति में, मोटर की गति कम होने पर पंखे की गति भी तदनुसार कम हो जाती है, जिससे शीतलन वायु की मात्रा काफी कम हो जाती है, मोटर द्वारा उत्पन्न ऊष्मा समय पर समाप्त नहीं हो पाती है, और ऊष्मा संचय के कारण मोटर का तापमान बढ़ जाता है, जिससे ओवरलोड सुरक्षा सक्रिय हो जाती है।

2. अत्यधिक गर्म होने और अतिभार को रोकने के तकनीकी उपाय

उपरोक्त कारणों को ध्यान में रखते हुए, वेरिएबल फ्रीक्वेंसी स्पीड रेगुलेशन के दौरान एसी मोटरों में होने वाली ओवरहीटिंग और ओवरलोड की समस्या को प्रभावी ढंग से कम करने के लिए निम्नलिखित तकनीकी उपाय अपनाए जा सकते हैं: पहला, हार्मोनिक हानियों को कम करने के लिए इन्वर्टर नियंत्रण रणनीति को अनुकूलित करें। एक ओर, स्पेस वेक्टर पल्स विड्थ मॉड्यूलेशन (SVPWM) जैसी उच्च-प्रदर्शन PWM मॉड्यूलेशन तकनीक को अपनाएं। पारंपरिक साइनसोइडल पल्स विड्थ मॉड्यूलेशन (SPWM) की तुलना में, SVPWM इन्वर्टर के आउटपुट वोल्टेज में हार्मोनिक की मात्रा को प्रभावी ढंग से कम कर सकता है और हार्मोनिक हानियों को घटा सकता है। दूसरी ओर, कम आवृत्ति रेंज में वोल्टेज क्षतिपूर्ति लागू करें। स्टेटर प्रतिरोध वोल्टेज ड्रॉप की सटीक गणना करके, स्थिर चुंबकीय प्रवाह सुनिश्चित करने और चुंबकीय संतृप्ति के कारण होने वाली लौह हानि को रोकने के लिए इन्वर्टर के आउटपुट वोल्टेज को उचित रूप से बढ़ाएं। इसके अलावा, कुछ उच्च-स्तरीय इन्वर्टर हार्मोनिक दमन कार्यों से लैस होते हैं, जो अंतर्निर्मित फिल्टर के माध्यम से हार्मोनिक्स के प्रभाव को और कम कर सकते हैं। दूसरा, ऊष्मा अपव्यय दक्षता बढ़ाने के लिए मोटर शीतलन प्रणाली में सुधार करें। कम आवृत्ति पर लंबे समय तक चलने वाले मोटरों के लिए, एक स्वतंत्र रूप से संचालित शीतलन पंखे का उपयोग किया जा सकता है। पंखा एक समर्पित विद्युत आपूर्ति द्वारा संचालित होता है और मोटर की गति से अप्रभावित रहता है, जिससे किसी भी गति पर स्थिर शीतलन वायु की मात्रा सुनिश्चित होती है। साथ ही, मोटर की ऊष्मा अपव्यय संरचना को अनुकूलित किया जा सकता है, जैसे कि हीट सिंक की संख्या बढ़ाना, उच्च दक्षता वाले ऊष्मा अपव्यय पदार्थों का उपयोग करना, या मोटर हाउसिंग पर जबरन शीतलन उपकरण (जैसे शीतलन जल पाइप और ऊष्मा अपव्यय पंखे) स्थापित करना, जिससे ऊष्मा स्थानांतरण दक्षता में सुधार होता है। तीसरा, स्रोत से गति विनियमन आवश्यकताओं के अनुकूल विशेष परिवर्तनीय आवृत्ति मोटरों का चयन करें। विशेष परिवर्तनीय आवृत्ति मोटरों को परिवर्तनीय आवृत्ति गति विनियमन की विशेषताओं को ध्यान में रखते हुए पूरी तरह से डिज़ाइन किया जाता है, जिसमें कम स्टेटर प्रतिरोध, बेहतर लौह कोर सामग्री और वाइंडिंग संरचनाएं अपनाई जाती हैं, जो हार्मोनिक हानियों और लौह हानि को प्रभावी ढंग से कम कर सकती हैं। साथ ही, विभिन्न गतियों पर ऊष्मा अपव्यय प्रभावों को सुनिश्चित करने के लिए उनके शीतलन तंत्र को ज्यादातर स्वतंत्र रूप से डिज़ाइन किया जाता है। साधारण एसी मोटरों की तुलना में, परिवर्तनीय आवृत्ति गति विनियमन स्थितियों के तहत विशेष परिवर्तनीय आवृत्ति मोटरों की तापन समस्या में काफी सुधार होता है, और अधिभार क्षमता अधिक होती है। चौथा, ओवरलोड के जोखिमों को रोकने के लिए रीयल-टाइम मॉनिटरिंग और इंटेलिजेंट प्रोटेक्शन। मोटर कंट्रोल सिस्टम में तापमान सेंसर और करंट सेंसर लगाकर मोटर वाइंडिंग तापमान और स्टेटर करंट जैसे प्रमुख मापदंडों की रीयल-टाइम मॉनिटरिंग की जाती है। जब मॉनिटर किया गया तापमान निर्धारित सीमा से अधिक हो जाता है या करंट ओवरलोड होता है, तो इन्वर्टर लगातार गर्म होने से मोटर को होने वाले नुकसान से बचाने के लिए आवृत्ति कम करने और लोड कम करने जैसे सुरक्षात्मक उपाय स्वचालित रूप से करता है। साथ ही, कंट्रोल सिस्टम के एल्गोरिदम ऑप्टिमाइजेशन के माध्यम से लोड का गतिशील संतुलित वितरण प्राप्त किया जा सकता है।इससे मोटर के लंबे समय तक भारी भार की स्थिति में चलने की संभावना कम हो जाती है।

संक्षेप में, वेरिएबल फ्रीक्वेंसी स्पीड रेगुलेशन के दौरान एसी मोटरों में होने वाली ओवरहीटिंग और ओवरलोड की समस्या मुख्य रूप से हार्मोनिक हानि में वृद्धि, आयरन लॉस में वृद्धि के साथ चुंबकीय संतृप्ति और कूलिंग दक्षता में कमी के कारण होती है। इन्वर्टर कंट्रोल रणनीति को अनुकूलित करके, कूलिंग सिस्टम को बेहतर बनाकर, विशेष वेरिएबल फ्रीक्वेंसी मोटरों का चयन करके, और रियल-टाइम मॉनिटरिंग और सुरक्षा तथा अन्य तकनीकी उपायों को लागू करके, इस समस्या को प्रभावी ढंग से नियंत्रित किया जा सकता है। इससे वेरिएबल फ्रीक्वेंसी स्पीड रेगुलेशन की स्थिति में एसी मोटरों का स्थिर, कुशल और विश्वसनीय संचालन सुनिश्चित होता है, उपकरण का सेवा जीवन बढ़ता है और संपूर्ण ट्रांसमिशन सिस्टम की मितव्ययिता और सुरक्षा में सुधार होता है।

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