स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटर मुख्य ड्राइव मोटर क्यों बन जाती हैं?

स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटर मुख्य ड्राइव मोटर क्यों बन जाती हैं?

इलेक्ट्रिक मोटर विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित कर सकती है और इस यांत्रिक ऊर्जा को संचरण प्रणाली के माध्यम से पहियों तक पहुंचाकर वाहन को चला सकती है। यह नई ऊर्जा वाहनों की प्रमुख ड्राइव प्रणालियों में से एक है। वर्तमान में, नई ऊर्जा वाहनों में आमतौर पर उपयोग होने वाली ड्राइव मोटरें मुख्य रूप से स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटरें और एसी अतुल्यकालिक मोटरें हैं। अधिकांश नई ऊर्जा वाहन स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटरों का उपयोग करते हैं। इनमें बीवाईडी, ली ऑटो आदि प्रमुख कार कंपनियां शामिल हैं। कुछ वाहन एसी अतुल्यकालिक मोटरों का उपयोग करते हैं। इलेक्ट्रिक मोटरों का उपयोग करने वाली कार कंपनियों में टेस्ला और मर्सिडीज-बेंज जैसी कंपनियां शामिल हैं।

एक अतुल्यकालिक मोटर मुख्य रूप से एक स्थिर स्टेटर और एक घूर्णनशील रोटर से बनी होती है। जब स्टेटर वाइंडिंग को एसी (AC) विद्युत आपूर्ति से जोड़ा जाता है, तो रोटर घूमने लगता है और विद्युत उत्पन्न करता है। इसका मुख्य सिद्धांत यह है कि जब स्टेटर वाइंडिंग में ऊर्जा प्रवाहित होती है (प्रवर्तनशील धारा), तो यह एक घूर्णनशील विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है, और रोटर वाइंडिंग एक बंद चालक होती है जो स्टेटर के घूर्णनशील चुंबकीय क्षेत्र में स्टेटर की चुंबकीय प्रेरण रेखाओं को लगातार काटती रहती है। फैराडे के नियम के अनुसार, जब एक बंद चालक चुंबकीय प्रेरण रेखा को काटता है, तो एक धारा उत्पन्न होती है, और यह धारा एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है। इस समय, दो विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र होते हैं: एक स्टेटर का विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र जो बाह्य प्रत्यावर्ती धारा से जुड़ा होता है, और दूसरा स्टेटर की विद्युत चुम्बकीय प्रेरण रेखा को काटने से उत्पन्न रोटर का विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र। लेंज़ के नियम के अनुसार, प्रेरित धारा हमेशा प्रेरित धारा के कारण का प्रतिरोध करती है, अर्थात् रोटर पर लगे चालकों को स्टेटर के घूर्णनशील चुंबकीय क्षेत्र की चुंबकीय प्रेरण रेखाओं को काटने से रोकने का प्रयास करती है। परिणामस्वरूप, रोटर के चालक स्टेटर के घूर्णनशील विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के साथ तालमेल बिठा लेते हैं। घूर्णनशील विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का अर्थ है कि रोटर स्टेटर के घूर्णनशील चुंबकीय क्षेत्र का पीछा करता है, और अंततः मोटर घूमना शुरू कर देती है। इस प्रक्रिया के दौरान, रोटर की घूर्णन गति (n2) और स्टेटर की घूर्णन गति (n1) में तालमेल नहीं होता (गति का अंतर लगभग 2-6% होता है)। इसलिए, इसे अतुल्यकालिक एसी मोटर कहा जाता है। इसके विपरीत, यदि घूर्णन गति समान हो, तो इसे तुल्यकालिक मोटर कहा जाता है।

स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटर भी एक प्रकार की एसी मोटर है। इसका रोटर स्थायी चुंबकों से युक्त स्टील से बना होता है। मोटर के चलने पर, स्टेटर को ऊर्जा प्रदान की जाती है जिससे घूर्णनशील चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है और रोटर को घुमाने के लिए प्रेरित करता है। "सिंक्रोनाइज़ेशन" का अर्थ है कि स्थिर अवस्था में रोटर की घूर्णन गति चुंबकीय क्षेत्र की घूर्णन गति के साथ सिंक्रोनाइज़ होती है। स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटरों का पावर-टू-वेट अनुपात अधिक होता है, ये आकार में छोटी और वजन में हल्की होती हैं, इनमें आउटपुट टॉर्क अधिक होता है और इनकी अधिकतम गति सीमा और ब्रेकिंग क्षमता उत्कृष्ट होती है। इसलिए, स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटरें आज इलेक्ट्रिक वाहनों में सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली मोटर बन गई हैं। हालांकि, जब स्थायी चुंबक पदार्थ कंपन, उच्च तापमान और ओवरलोड करंट के संपर्क में आता है, तो इसकी चुंबकीय पारगम्यता कम हो सकती है या विचुंबकन हो सकता है, जिससे स्थायी चुंबक मोटर का प्रदर्शन कम हो सकता है। इसके अलावा, दुर्लभ पृथ्वी स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटरों में दुर्लभ पृथ्वी पदार्थों का उपयोग किया जाता है, और इनकी निर्माण लागत स्थिर नहीं होती है।

स्थायी चुंबक तुल्यकालिक मोटरों की तुलना में, अतुल्यकालिक मोटरों को कार्य करते समय उत्तेजना के लिए विद्युत ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जिससे विद्युत ऊर्जा की खपत होती है और मोटर की दक्षता कम हो जाती है। स्थायी चुंबक मोटरें स्थायी चुंबकों के उपयोग के कारण अधिक महंगी होती हैं।

एसी अतुल्यकालिक मोटरों का चयन करने वाले मॉडल प्रदर्शन को प्राथमिकता देते हैं और उच्च गति पर एसी अतुल्यकालिक मोटरों के प्रदर्शन आउटपुट और दक्षता लाभों का फायदा उठाते हैं। इसका प्रतिनिधि मॉडल प्रारंभिक मॉडल एस है। मुख्य विशेषताएं: कार के उच्च गति पर चलने के दौरान, यह उच्च गति संचालन और विद्युत ऊर्जा का कुशल उपयोग बनाए रख सकती है, जिससे अधिकतम पावर आउटपुट बनाए रखते हुए ऊर्जा की खपत कम होती है;

स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटर का उपयोग करने वाले मॉडल ऊर्जा खपत को प्राथमिकता देते हैं और कम गति पर स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटर के कुशल संचालन और प्रदर्शन का लाभ उठाते हैं, जिससे वे छोटे और मध्यम आकार की कारों के लिए उपयुक्त होते हैं। इसकी विशेषताएँ हैं छोटा आकार, हल्का वजन और लंबी बैटरी लाइफ। साथ ही, इसमें गति नियंत्रण की अच्छी क्षमता है और बार-बार स्टार्ट, स्टॉप, त्वरण और मंदी के दौरान भी यह उच्च दक्षता बनाए रख सकता है।

स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटरों का वर्चस्व है। उन्नत उद्योग अनुसंधान संस्थान (जीजीआईआई) द्वारा जारी "नई ऊर्जा वाहन उद्योग श्रृंखला मासिक डेटाबेस" के आंकड़ों के अनुसार, जनवरी से अगस्त 2022 तक नई ऊर्जा वाहन ड्राइव मोटरों की घरेलू स्थापित क्षमता लगभग 3.478 मिलियन यूनिट थी, जो पिछले वर्ष की तुलना में 101% की वृद्धि है। इनमें से, स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटरों की स्थापित क्षमता 3.329 मिलियन यूनिट थी, जो पिछले वर्ष की तुलना में 106% की वृद्धि है; एसी अतुल्यकालिक मोटरों की स्थापित क्षमता 1.295 मिलियन यूनिट थी, जो पिछले वर्ष की तुलना में 22% की वृद्धि है।

स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटरें पूर्णतः इलेक्ट्रिक यात्री कार बाजार में मुख्य ड्राइव मोटर बन गई हैं।

देश-विदेश में प्रमुख मॉडलों के लिए इस्तेमाल किए गए मोटरों के चयन को देखते हुए, घरेलू कंपनियों जैसे SAIC मोटर, Geely ऑटोमोबाइल, गुआंगज़ौ ऑटोमोबाइल, BAIC मोटर, Denza मोटर्स आदि द्वारा लॉन्च किए गए सभी नए ऊर्जा वाहनों में स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटर का उपयोग किया जाता है। स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटर मुख्य रूप से चीन में उपयोग किए जाते हैं। पहला कारण यह है कि स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटरों का निम्न गति प्रदर्शन अच्छा होता है और रूपांतरण दक्षता उच्च होती है, जो शहरी यातायात में बार-बार शुरू और बंद होने जैसी जटिल कार्य परिस्थितियों के लिए बहुत उपयुक्त हैं। दूसरा कारण यह है कि स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटरों में नियोडिमियम आयरन बोरॉन स्थायी चुंबक होते हैं। इन सामग्रियों के लिए दुर्लभ पृथ्वी संसाधनों का उपयोग आवश्यक है, और हमारे देश में विश्व के 70% दुर्लभ पृथ्वी संसाधन हैं, और NdFeB चुंबकीय सामग्रियों का कुल उत्पादन विश्व के 80% तक पहुंचता है, इसलिए चीन स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटरों के उपयोग के लिए अधिक उत्सुक है।

विदेशी कंपनियां टेस्ला और बीएमडब्ल्यू स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटर्स और एसी असिंक्रोनस मोटर्स के सहयोग से विकास कर रही हैं। अनुप्रयोग संरचना के दृष्टिकोण से, स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटर नई ऊर्जा वाहनों के लिए प्रमुख विकल्प है।

स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटरों की कुल लागत का लगभग 30% हिस्सा स्थायी चुंबक सामग्री की लागत होती है। स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटरों के निर्माण में उपयोग होने वाली कच्ची सामग्री में मुख्य रूप से नियोडिमियम आयरन बोरॉन, सिलिकॉन स्टील शीट, तांबा और एल्युमीनियम शामिल हैं। इनमें से, स्थायी चुंबक सामग्री नियोडिमियम आयरन बोरॉन का उपयोग मुख्य रूप से रोटर के स्थायी चुंबकों के निर्माण में किया जाता है, जिसकी लागत लगभग 30% है; सिलिकॉन स्टील शीट का उपयोग मुख्य रूप से रोटर कोर के निर्माण में किया जाता है, जिसकी लागत लगभग 20% है; स्टेटर वाइंडिंग की लागत लगभग 15% है; मोटर शाफ्ट की लागत लगभग 5% है; और मोटर शेल की लागत लगभग 15% है।

क्यों हैंओएसजी स्थायी चुंबक मोटर स्क्रू एयर कंप्रेसरअधिक कुशल?

स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटर मुख्य रूप से स्टेटर, रोटर और शेल घटकों से बनी होती है। साधारण एसी मोटरों की तरह, मोटर के चलने के दौरान एड़ी करंट और हिस्टैरेसिस प्रभावों के कारण होने वाली लौह हानि को कम करने के लिए स्टेटर कोर की संरचना लैमिनेटेड होती है; वाइंडिंग भी आमतौर पर तीन-फेज सममित संरचना वाली होती हैं, लेकिन पैरामीटर चयन काफी भिन्न होता है। रोटर भाग के विभिन्न रूप होते हैं, जिनमें स्टार्टिंग स्क्विरल केज वाला स्थायी चुंबक रोटर और एम्बेडेड या सरफेस-माउंटेड शुद्ध स्थायी चुंबक रोटर शामिल हैं। रोटर कोर को ठोस संरचना या लैमिनेटेड बनाया जा सकता है। रोटर में स्थायी चुंबक पदार्थ लगा होता है, जिसे आमतौर पर चुंबक कहा जाता है।

स्थायी चुंबक मोटर के सामान्य संचालन के दौरान, रोटर और स्टेटर के चुंबकीय क्षेत्र समकालिक अवस्था में होते हैं। रोटर भाग में कोई प्रेरित धारा उत्पन्न नहीं होती है, और न ही रोटर में तांबे की हानि, हिस्टैरेसिस या एड़ी धारा की हानि होती है। रोटर की हानि और तापन की समस्या पर विचार करने की आवश्यकता नहीं है। आमतौर पर, स्थायी चुंबक मोटर एक विशेष आवृत्ति कनवर्टर द्वारा संचालित होती है और इसमें स्वाभाविक रूप से सॉफ्ट स्टार्ट फ़ंक्शन होता है। इसके अलावा, स्थायी चुंबक मोटर एक समकालिक मोटर है, जिसमें उत्तेजना की तीव्रता के माध्यम से पावर फैक्टर को समायोजित करने की विशेषता होती है, इसलिए पावर फैक्टर को एक निर्दिष्ट मान पर डिज़ाइन किया जा सकता है।

प्रारंभिक दृष्टिकोण से देखें तो, चूंकि स्थायी चुंबक मोटर को परिवर्तनीय आवृत्ति विद्युत आपूर्ति या सहायक इन्वर्टर द्वारा शुरू किया जाता है, इसलिए स्थायी चुंबक मोटर की आरंभ करने की प्रक्रिया बहुत आसान होती है; यह परिवर्तनीय आवृत्ति मोटर को शुरू करने के समान है, और साधारण केज अतुल्यकालिक मोटरों के आरंभ संबंधी दोषों से बचाती है।

संक्षेप में, स्थायी चुंबक मोटरों की दक्षता और पावर फैक्टर बहुत उच्च स्तर तक पहुंच सकते हैं, संरचना बहुत सरल है, और पिछले दस वर्षों में बाजार में इनकी काफी मांग रही है।

हालांकि, स्थायी चुंबक मोटरों में उत्तेजना की हानि एक अपरिहार्य समस्या है। जब धारा बहुत अधिक हो या तापमान बहुत अधिक हो, तो मोटर वाइंडिंग का तापमान तुरंत बढ़ जाता है, धारा में तेजी से वृद्धि होती है, और स्थायी चुंबक तेजी से उत्तेजना खो देते हैं। स्थायी चुंबक मोटर नियंत्रण में, मोटर स्टेटर वाइंडिंग के जलने की समस्या से बचने के लिए एक ओवर-करंट सुरक्षा उपकरण लगाया जाता है, लेकिन इसके परिणामस्वरूप उत्तेजना की हानि और उपकरण का बंद होना अपरिहार्य है।