इंडक्शन इलेक्ट्रिक मोटर (स्क्विरल केज)

परिचय

इंडक्शन मोटर्स – जिन्हें असिंक्रोनस मोटर्स के रूप में भी जाना जाता है – आज के समय में सबसे सामान्य प्रकार की इलेक्ट्रिक मोटर हैं। इनके सरल डिज़ाइन, कम लागत, और उच्च विश्वसनीयता के कारण, इंडक्शन मोटर्स का उपयोग सभी इंजीनियरिंग उद्योगों में विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है।

इंडक्शन मोटर

 

प्रकार/डिज़ाइन

इंडक्शन मोटर के दो मुख्य प्रकार होते हैं: सिंगल फेज (1~) और थ्री-फेज (3~)।

सिंगल फेज इंडक्शन मोटर डिज़ाइन में शामिल हैं:

• स्प्लिट फेज इंडक्शन मोटर्स - उन मशीनों में उपयोग किए जाते हैं जहाँ प्रारंभिक आवृत्ति सीमित होती है और जहाँ ड्राइव 1 किलोवाट से अधिक नहीं होती।
• कैपेसिटर स्टार्ट (कैप स्टार्ट) इंडक्शन मोटर्स - उन मशीनों में उपयोग किए जाते हैं जिनमें उच्च जड़त्व भार होता है और जिन्हें बार-बार शुरू करने की आवश्यकता होती है जैसे कि कन्वेयर।
• कैपेसिटर स्टार्ट कैपेसिटर रन इंडक्शन मोटर्स - कैपेसिटर स्टार्ट इंडक्शन मोटर्स के समान अनुप्रयोग; जब मोटर सेवा में होती है (जब मोटर चल रही होती है) तो एक अतिरिक्त कैपेसिटर स्थापित किया जाता है।
• शेडेड पोल इंडक्शन मोटर्स – मूल एसी इंडक्शन मोटर। यह अभी भी छोटे उपकरणों और उन उपकरणों में उपयोग किया जाता है जिन्हें कम प्रारंभिक टॉर्क की आवश्यकता होती है जैसे कि रिकॉर्ड प्लेयर, प्रोजेक्टर फैन, फोटोकॉपी मशीन फैन, हेयर ड्रायर आदि।

थ्री-फेज इंडक्शन मोटर डिज़ाइन में शामिल हैं:

• स्क्विरल केज इंडक्शन मोटर्स - उनकी दीर्घायु और कम रखरखाव के लिए चुने जाते हैं। यह इंडक्शन मोटर डिज़ाइन सबसे सामान्य है।  
• स्लिप रिंग इंडक्शन मोटर्स - उच्च टॉर्क और कम प्रारंभिक करंट प्रदान करते हैं; जैसे कि लिफ्ट, क्रेन, और होइस्ट के लिए उपयोग किए जाते हैं।

हालांकि इंडक्शन मोटर्स कई रूपों में मौजूद हैं, यह लेख 3-फेज स्क्विरल केज इंडक्शन मोटर डिज़ाइन पर केंद्रित है क्योंकि यह अब तक का सबसे सामान्य प्रकार का इंडक्शन मोटर है।

टिप - शब्द ‘इंडक्शन’ इस तथ्य को संदर्भित करता है कि जब मोटर संचालन में होती है तो रोटर केज में विद्युत धारा प्रेरित होती है; यह अन्य मोटर्स से भिन्न है जहाँ रोटर करंट बाहरी स्रोत से आपूर्ति की जाती है।

 

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इंडक्शन मोटर के घटक

 

इंडक्शन मोटर के भीतर दो मुख्य असेंबली होती हैं: स्टेटर और रोटर; हालांकि स्टेटर और रोटर छोटे व्यक्तिगत घटकों से बने होते हैं।

स्टेटर

स्टेटर मोटर का स्थिर भाग है और इसमें हाउसिंग के साथ स्लॉट्स और वाइंडिंग्स की एक श्रृंखला होती है।

स्टेटर वाइंडिंग्स

वाइंडिंग्स तीन-फेज एसी पावर प्राप्त करती हैं, जो प्रत्येक वाइंडिंग के चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र का विस्तार और संकुचन करती हैं जब करंट प्रवाहित होता है। प्रत्येक वाइंडिंग को जोड़े में और क्रम में ऊर्जा दी जाती है ताकि एक घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न हो सके। स्टेटर वाइंडिंग्स आमतौर पर तांबे से निर्मित होती हैं, हालांकि अन्य सामग्री भी उपलब्ध हैं जैसे कि एल्यूमिनियम।

स्टेटर हाउसिंग

स्टेटर को बहुत पतली, उच्च पारगम्य स्टील लेमिनेशन को एक स्टील या कास्ट-आयरन फ्रेम के अंदर स्टैक करके बनाया जाता है। फ्रेम को फर्श पर बोल्ट किया जाता है और यह फ्रेम का बाहरी हिस्सा होता है जिसे पेंट किया जाता है और बाहरी दर्शकों को दिखाई देता है। सामान्य मोटर फ्रेम निर्माण सामग्री में विभिन्न ग्रेड के स्टील और कास्ट आयरन शामिल हैं।  

रोटर

स्टेटर के भीतर एक ठोस धातु शाफ्ट, लेमिनेशन, और एक स्क्विरल केज होता है; इस असेंबली को रोटर कहा जाता है और यह मोटर का घूर्णन भाग है।

रोटर शाफ्ट आमतौर पर लंबा और पतला बेलनाकार आकार होता है, लेकिन यह डिज़ाइन पर निर्भर करता है। स्टील लेमिनेशन, स्क्विरल केज, और बियरिंग्स, सभी रोटर शाफ्ट पर माउंट किए जाते हैं। रोटर शाफ्ट आमतौर पर स्टेनलेस स्टील से निर्मित होते हैं, क्योंकि यह टिकाऊ, यांत्रिक रूप से मजबूत होता है और इसमें अच्छे संक्षारण और क्षरण प्रतिरोध गुण होते हैं।

इंडक्शन मोटर रोटर

स्क्विरल केज एक बेलनाकार आकार का केज होता है जो शाफ्ट के चारों ओर फिट होता है और इसके दो सिरों के बीच बार होते हैं। स्क्विरल केज के प्रत्येक छोर पर, एंड रिंग्स संलग्न होते हैं ताकि एक शॉर्ट-सर्किट बनाया जा सके जिसमें प्रेरित करंट प्रवाहित होगा। स्क्विरल केज आमतौर पर तांबे या एल्यूमिनियम से बने होते हैं।

इंडक्शन मोटर स्क्विरल केज

पतले स्टील लेमिनेशन स्क्विरल केज बार पर स्लाइड किए जाते हैं और एंड रिंग्स के बीच संकुचित होते हैं; रोटर लेमिनेशन सामग्री स्टेटर लेमिनेशन के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री के समान होती है। लेमिनेशन पूरी तरह से सीधी अभिविन्यास का पालन नहीं करते हैं, बल्कि उन्हें थोड़ा तिरछा किया जाता है ताकि उत्पन्न टॉर्क को बढ़ाया जा सके। इन लेमिनेशन की अधिकतम डिग्री होती है जिसे वे अपना सकते हैं, और यह मोटर के डिज़ाइन पर निर्भर करता है। लेमिनेशन का तिरछापन मोटर रोटर के चुंबकीय क्षेत्रों के बीच किसी स्थिति में 'लॉक' होने के जोखिम को भी कम करता है; यह परिदृश्य रोटर को स्थिर रखता है और घूर्णन नहीं करता है, भले ही स्टेटर वाइंडिंग्स को करंट आपूर्ति की जाती हो।

 

एंड शील्ड्स और बियरिंग्स

एंड शील्ड्स (एंड बेल्स) मोटर के फ्रेम के विपरीत सिरों पर माउंट किए जाते हैं; रोटर शाफ्ट दोनों एंड शील्ड्स से होकर गुजरता है। शाफ्ट का एक सिरा ड्राइव एंड (लोड से जुड़ा) होता है जबकि दूसरा नॉन-ड्राइव एंड (आमतौर पर एक कूलिंग फैन से जुड़ा) होता है; दोनों शाफ्ट सिरों में शाफ्ट कीज होती हैं जो शाफ्ट से उसके कनेक्शन तक यांत्रिक गति को स्थानांतरित करती हैं।

एंटी-फ्रिक्शन बियरिंग

डस्ट शील्ड्स शाफ्ट और एंड शील्ड्स के बीच स्थापित की जा सकती हैं ताकि विदेशी कणों को मोटर के इंटीरियर में प्रवेश करने से रोका जा सके। विदेशी कण मोटर की वाइंडिंग्स या अन्य भागों के क्षय का कारण बन सकते हैं; नमी का प्रवेश मोटर विफलता के सबसे सामान्य रूपों में से एक है।

रोटर शाफ्ट के दोनों सिरों पर, एंटी-फ्रिक्शन बियरिंग्स स्थापित की जाती हैं। प्रत्येक बियरिंग रोटर शाफ्ट पर स्थापित होती है और प्रत्येक एंड बेल के भीतर एक अवकाश में रखी जाती है। एक बियरिंग आमतौर पर एक सी-क्लिप (रिटेनिंग क्लिप) का उपयोग करके रखी जाती है जबकि एक स्प्रिंग वॉशर का उपयोग विपरीत बियरिंग के लिए किया जाता है (मोटर डिज़ाइन पर निर्भर)। बियरिंग्स का उपयोग यह सुनिश्चित करता है कि शाफ्ट स्मूथली घूर्णन करता है और न्यूनतम घर्षण उत्पन्न करता है, जो विशेष रूप से महत्वपूर्ण है क्योंकि शाफ्ट उच्च गति पर घूर्णन कर सकता है।

जानकारी – बड़े मोटर्स एंटी-फ्रिक्शन बियरिंग्स का उपयोग नहीं करते हैं, वे प्लेन बियरिंग्स का उपयोग करते हैं। उपयोग किए जाने वाले बियरिंग के प्रकार को बदलने से डिज़ाइन में काफी बदलाव आता है। उदाहरण के लिए, प्लेन बियरिंग्स को अधिक स्थान की आवश्यकता होती है, एक प्रकार का स्नेहन (आमतौर पर तेल) और स्प्रिंग वॉशर या सी-क्लिप रिटेनिंग रिंग्स का उपयोग नहीं करते हैं। प्लेन बियरिंग्स उच्च भार के लिए भी उपयुक्त होते हैं।

 

फैन और फैन गार्ड

रोटर शाफ्ट के नॉन-ड्राइव एंड से जुड़ा एक एक्सियल फैन होता है; जब रोटर घूर्णन करता है, तो फैन भी घूर्णन करता है। फैन मोटर फ्रेम के बाहरी हिस्से में हवा को बलपूर्वक भेजता है ताकि संचालन के दौरान इसे ठंडा किया जा सके। मोटर फ्रेम के फिन्स हीट एक्सचेंजर्स के रूप में कार्य करते हैं और इनमें एक बड़ा संपर्क सतह क्षेत्र होता है, यह मोटर से हवा में हीट ट्रांसफर दर को बढ़ाता है और इस प्रकार मोटर की आत्म-शीतलन क्षमता को बढ़ाता है।

एक फैन गार्ड फैन को बड़े विदेशी निकायों से बचाता है और पास के व्यक्तियों या वस्तुओं को चलती फैन ब्लेड से बचाता है।

मोटर फैन गार्ड

जानकारी - एक ओवरहीटेड मोटर वाइंडिंग्स के चारों ओर के इन्सुलेशन को पिघला सकता है और मोटर को शॉर्ट सर्किट कर सकता है; यह विफलता मोड दुर्भाग्यवश असामान्य नहीं है लेकिन इसे आसानी से टाला जा सकता है यदि हमेशा पर्याप्त शीतलन प्रदान किया जाए।

 

फायदे और नुकसान

इंडक्शन मोटर के फायदे

• विस्तृत उपयोग - इंडक्शन मोटर्स का उपयोग घरेलू और औद्योगिक दोनों सेटिंग्स में विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है। यह अनुमान है कि आज उद्योग में उपयोग की जाने वाली लगभग 70% मशीनें तीन-फेज इंडक्शन मोटर्स द्वारा संचालित होती हैं।
• सस्ता और स्थापित करने में आसान - स्क्विरल केज इंडक्शन मोटर्स में ब्रश, स्लिप रिंग्स, कम्यूटेटर्स, स्थायी मैग्नेट, पोजिशन सेंसर या अन्य घटक नहीं होते हैं जो उनकी कुल लागत को बढ़ाते हैं। उनका सरल निर्माण यह सुनिश्चित करता है कि वे आमतौर पर स्थापित करने और बनाए रखने में आसान होते हैं। स्क्विरल केज इंडक्शन मोटर्स के भीतर ब्रश की अनुपस्थिति का मतलब है कि मोटर के भीतर कोई विद्युत निर्वहन (स्पार्क्स) नहीं बनता है (सैद्धांतिक रूप से)। इंडक्शन मोटर्स को अधिक खतरनाक पर्यावरणीय परिस्थितियों में संचालित किया जा सकता है, बशर्ते उन्हें ऐसा करने के लिए संशोधित किया गया हो (Ex रेटेड मोटर्स आदि)।
• कम रखरखाव - इंडक्शन मोटर्स को तुलनात्मक रूप से कम स्तर के रखरखाव की आवश्यकता होती है, विशेष रूप से डीसी मोटर्स की तुलना में जिनमें कार्बन ब्रश होते हैं जो आसानी से क्षय का शिकार हो जाते हैं।  
• लंबी सेवा जीवन - इंडक्शन मोटर्स को तुलनात्मक रूप से लंबी सेवा जीवन माना जाता है क्योंकि उनके भाग यांत्रिक रूप से मजबूत होते हैं, संक्षारण और क्षरण के प्रतिरोधी होते हैं, और कम पहनने की दर होती है।
• उच्च दक्षता - इंडक्शन मोटर्स की उच्च दक्षता होती है।
• स्वयं-शुरुआत - तीन-फेज इंडक्शन मोटर्स स्वाभाविक रूप से स्वयं-शुरुआत होती हैं यानी स्टेटर वाइंडिंग्स को विद्युत धारा प्रदान की जाती है, मोटर घूर्णन करेगी, किसी अन्य बाहरी बल की आवश्यकता नहीं होती।

इंडक्शन मोटर के नुकसान

• खराब प्रारंभिक टॉर्क - उनके डिज़ाइन के आधार पर, इंडक्शन मोटर्स में आमतौर पर कम प्रारंभिक टॉर्क होता है, जो उनकी उच्च दक्षता की एक साइड-कॉस्ट है। इस कारण से, इंडक्शन मोटर्स का उपयोग उन अनुप्रयोगों में नहीं किया जा सकता है जिन्हें उच्च प्रारंभिक टॉर्क की आवश्यकता होती है। हालांकि, मोटर को लोड से अप्रत्यक्ष रूप से जोड़ने से इस समस्या को दूर किया जा सकता है यानी गियर्स, पुली आदि के माध्यम से।
• हल्के लोड स्थितियों के दौरान कम पावर फैक्टर – स्टार्ट-अप और कम लोड के दौरान, मोटर को स्टेटर और रोटर के बीच उत्पन्न होने वाले एयर गैप के प्रतिरोध को पार करने के लिए एक बड़ा चुंबकीय करंट चाहिए। लोड और चुंबकीय करंट का वेक्टर योग वोल्टेज को पीछे छोड़ देता है, परिणामस्वरूप एक कम पावर फैक्टर उत्पन्न होता है। उच्च चुंबकीय करंट के कारण, मोटर भी तांबे के नुकसान में वृद्धि का अनुभव करेगी, जो इसकी कुल दक्षता को कम करता है। 
• गति नियंत्रण प्राप्त करने में कठिनाई - चूंकि तीन-फेज इंडक्शन मोटर एक स्थिर गति वाली मोटर है, यह स्वाभाविक रूप से गति में बहुत कम बदलाव करती है, जिससे इसकी गति में हेरफेर करना कठिन हो जाता है। हालांकि, इस समस्या को हाल के वर्षों में काफी हद तक कम कर दिया गया है वैरिएबल स्पीड फ्रीक्वेंसी ड्राइव तकनीक के विकास और अनुप्रयोग के कारण। 

 

मॉडल एनोटेशन

फैन कवर

एक कवर फैन और कर्मियों को आकस्मिक क्षति से बचाता है।

एक्सियल फैन

मोटर को ठंडा करने के लिए एक फैन का उपयोग किया जाता है। फैन कवर ग्रिल्स के माध्यम से हवा को खींचा जाता है जो फैन द्वारा उत्पन्न नकारात्मक दबाव के कारण होता है, फिर हवा को मोटर हाउसिंग के पार निर्देशित किया जाता है। बहती हवा मोटर को ठंडा करती है और ओवरहीटिंग के जोखिम को कम करती है।

नट

मोटर के भागों को एक साथ सुरक्षित करने के लिए नट और बोल्ट का उपयोग किया जाता है। चुने गए नट में उपयुक्त तन्यता शक्ति और संक्षारण प्रतिरोध विशेषताएँ होनी चाहिए।

नट एक नट और बोल्ट असेंबली का 'महिला' भाग होता है।

लॉकिंग वॉशर

लॉकिंग वॉशर का उपयोग बोल्ट और नट असेंबली पर एक निरंतर तन्यता (खींचने वाली शक्ति) लागू करने के लिए किया जाता है। तन्यता बल कंपन के कारण नट के ढीला होने की संभावना को कम करता है।

साधारण वॉशर

साधारण वॉशर नट और बोल्ट असेंबली द्वारा कसे जाने पर लगाए गए संपीड़न बल को वितरित करता है। वॉशर यह भी रोकता है कि नट और बोल्ट को कसते समय धातु की सतहों में 'खोदने' से रोका जा सके।

मोटर एंड कवर

एंड कवर बियरिंग, सी-क्लिप और कभी-कभी एक डस्ट सील को रखता है। दो एंड कवर शाफ्ट के वजन का समर्थन करते हैं।

बियरिंग हाउसिंग

बियरिंग इस स्थान में रखी जाती है।

सी-क्लिप हाउसिंग

सी-क्लिप को सी-क्लिप प्लायर्स के साथ स्थापित किया जाता है। प्लायर्स को खोलने के बाद, सी-क्लिप अवशिष्ट तन्यता बलों के कारण फैलता है। अवशिष्ट बल सी-क्लिप को खांचे के भीतर मजबूती से रखता है और बियरिंग की अक्षीय गति को रोकता है।

सील्ड बॉल बियरिंग

एक सील्ड बॉल बियरिंग रोटर को घूर्णन करने की अनुमति देता है बिना घूर्णन गति को अन्य स्थिर भागों में स्थानांतरित किए बिना यानी मोटर हाउसिंग।

सी-क्लिप / रिटेनिंग रिंग

एक रिटेनिंग रिंग का उपयोग मोटर एंड कवर हाउसिंग के भीतर बियरिंग को बनाए रखने के लिए किया जाता है। रिंग बियरिंग की अक्षीय गति को रोकता है।

बोल्ट

मोटर के भागों को एक साथ सुरक्षित करने के लिए नट और बोल्ट का उपयोग किया जाता है। चुने गए बोल्ट में उपयुक्त तन्यता शक्ति और संक्षारण प्रतिरोध विशेषताएँ होनी चाहिए।

बोल्ट एक नट और बोल्ट असेंबली का 'पुरुष' भाग होता है।

मोटर केसिंग / हाउसिंग

मोटर केसिंग स्टेटर और रोटर असेंबली को रखता है। केसिंग को मोटर द्वारा उत्पन्न विद्युत और यांत्रिक तनावों के साथ-साथ इसके कार्यशील वातावरण की भौतिक मांगों को सहन करने के लिए पर्याप्त मजबूत होना चाहिए जैसे कि गंभीर मौसम।

स्टेटर

स्टेटर में मोटर के तीन चरणों के लिए इन्सुलेटेड वाइंडिंग्स होती हैं।

इन वाइंडिंग्स के माध्यम से प्रवाहित होने वाली विद्युत धारा ही रोटर को घूर्णन करने का कारण बनती है।

स्टेटर कोर आमतौर पर लोड हानियों को कम करने के लिए लोहे से निर्मित होता है।

हीट एक्सचेंजर

रेडिएटर फिन्स मोटर केसिंग सतह क्षेत्र को बढ़ाते हैं। एक बड़ा सतह क्षेत्र फैन से मजबूर वायु प्रवाह द्वारा गर्मी को अधिक तेजी से हटाने की अनुमति देता है।

कनेक्शन टर्मिनल

तीन फेज की आपूर्ति और अर्थ केबल को टर्मिनल बोर्ड से जोड़ा जाता है। मोटर के प्रत्येक तीन चरणों को आने वाली आपूर्ति से सही ढंग से जोड़ा जाना चाहिए। मोटर्स को या तो स्टार या डेल्टा वायरिंग कॉन्फ़िगरेशन में जोड़ा जाता है।

टर्मिनल हाउसिंग

टर्मिनल हाउसिंग कनेक्शन बोर्ड और विद्युत कनेक्शनों को विदेशी वस्तु क्षति जैसे पानी से बचाता है।

लिफ्टिंग आई

लिफ्टिंग आई मोटर को स्ट्रॉप, रस्सी, क्रेन, चेन ब्लॉक या केबल आदि का उपयोग करके स्थानांतरित करने की अनुमति देता है। यह आवश्यक है यदि मोटर को केवल मैनुअल श्रम का उपयोग करके स्थानांतरित नहीं किया जा सकता है। बड़े मोटर्स के लिए कई लिफ्टिंग आई का उपयोग किया जा सकता है।

गैस्केट

आमतौर पर रबर या कार्ड से निर्मित। गैस्केट को दो धातु की सतहों के बीच 'दबाया' जाता है ताकि एक सील की गई जगह बनाई जा सके। गैस्केट धातु की सतहों के बीच और टर्मिनल केसिंग में पानी या संदूषण को गुजरने से रोकता है।

फीट / बेस

मोटर का पूरा वजन संरचना या जमीन पर फीट के माध्यम से स्थानांतरित होता है। बेस में छेद या चैनल ड्रिल किए जाते हैं ताकि मोटर का संरेखण और फिक्स्चर हो सके।

रोटर शाफ्ट

रोटर शाफ्ट रोटर को बियरिंग्स, फैन और लोड से जोड़ता है। स्थापना के समय, रोटर को कभी-कभी ठंडा किया जाता है और बियरिंग्स को गर्म किया जाता है ताकि आसान असेंबली की अनुमति मिल सके (केवल छोटे मोटर्स के लिए)।

रोटर

रोटर कोर स्टील लेमिनेशन से निर्मित होता है। स्टेटर वाइंडिंग्स द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र रोटर पर कार्य करता है और इसे घूर्णन करने का कारण बनता है। इस उदाहरण में उपयोग किया गया रोटर प्रकार एक केज रोटर है (स्क्विरल केज मोटर)।

शाफ्ट की

शाफ्ट की रोटर शाफ्ट और चलाए जा रहे लोड के बीच एकमात्र कनेक्शन है, इसलिए यह अनिवार्य है कि की मोटर की पूर्ण लोड विशेषताओं को सहन कर सके बिना विफल हुए।

एंड रिंग

एंड रिंग स्टील लेमिनेशन को एक साथ संकुचित करने के लिए उपयोग की जाती है।

शाफ्ट की ग्रूव

शाफ्ट की इस ग्रूव के भीतर बैठता है।

डस्ट सील

डिज़ाइन पर निर्भर करते हुए, एक रबर डस्ट सील इस स्थान में बैठ सकता है। सील मोटर हाउसिंग में संदूषण के प्रवेश के जोखिम को कम करता है। सील रोटर शाफ्ट और मोटर एंड कवर के बीच दबाया जाता है।

 

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अतिरिक्त संसाधन

https://en.wikipedia.org/wiki/Induction_motor

https://www.electrical4u.com/induction-motor-types-of-induction-motor

https://www.elprocus.com/induction-motor-types-advantages