विशेष अनुप्रयोग मोटर्स की आवश्यकता किन विशेष परिदृश्यों में होती है?

विस्फोटक और खतरनाक वातावरण में विस्फोट-रोधी विशेष अनुप्रयोग मोटर्स की आवश्यकता होती है

सिद्धांत: आंतरिक सुरक्षा और एनक्लोजर मानक (एटेक्स, आईईसीएक्स, एनईसी क्लास I/II)

जब मोटर्स ऐसे क्षेत्रों में चलती हैं जहाँ आसपास ज्वलनशील गैस, वाष्प या दहनशील धूल होती है, तो उन्हें आग लगने के कारण बचाने के लिए चिंगारियों से विशेष सुरक्षा की आवश्यकता होती है। मूल विचार सरल लेकिन महत्वपूर्ण है: विस्फोट का कारण बन सकने वाले स्तर से बहुत नीचे सभी विद्युत और ऊष्मा ऊर्जा को रखें, और यह सुनिश्चित करें कि कोई भी संभावित चिंगारी विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए आवरणों के भीतर ही सीमित रहे। दुनिया भर में, ATEX (ATmosphere EXplosibles के लिए), IECEx और NEC के कक्षा I और II प्रणालियाँ उपस्थित विशिष्ट खतरों के आधार पर आवश्यक सुरक्षा उपायों को सटीक रूप से निर्धारित करती हैं। कक्षा I मुख्य रूप से पहले उल्लिखित ज्वलनशील गैसों से संबंधित है, जबकि कक्षा II दहनशील धूल के कणों वाली स्थितियों पर केंद्रित है। ये सुरक्षात्मक आवरण केवल अच्छे दिखने के लिए नहीं होते। इन्हें सामान्य स्तर से 1.5 गुना तक के दबाव पर आंतरिक विस्फोट को सहन करने और ठंडी गैसों को सुरक्षित ढंग से बाहर निकालने के लिए गहन परीक्षण से गुजरना पड़ता है। और गलती करने के परिणामों को भी नजरअंदाज न करें। इन मानकों को पूरा न करने वाली मोटर्स गंभीर खतरे पैदा करती हैं। वास्तव में, सेफ्टी जर्नल 2022 के आंकड़ों के अनुसार, पिछले साल सभी रिफाइनरी विस्फोटों में से लगभग 37 प्रतिशत के लिए दोषपूर्ण स्थापना जिम्मेदार थी।

केस स्टडी: आईपी66/आईपी68 रेटिंग के साथ ज्वलनशील (एक्स डी) प्रेरण मोटर्स का उपयोग करते हुए तेल रिफाइनरी कंवेयर

गल्फ कोस्ट पर स्थित एक तेल रिफाइनरी ने हाल ही में अपनी कच्चे तेल कंवेयर प्रणाली में सामान्य मोटर्स को ज्वलनशील (एक्स डी) प्रेरण मोटर्स से बदल दिया। भारी ढाल वाले कच्चे लोहे के आवरण खतरनाक विद्युत चिंगारियों को अंदर ही सीमित रखते हैं, और इनके पास आईपी66 और आईपी68 रेटिंग हैं, जिसका अर्थ है कि तटीय क्षेत्र में मुश्किल परिस्थितियों में भी धूल या पानी के कण इनके अंदर प्रवेश नहीं कर सकते। इस परिवर्तन के बाद से मोटर में आग या विस्फोट की कोई समस्या नहीं हुई है, भले ही कभी-कभी तापमान लगभग 140 डिग्री फ़ारेनहाइट तक पहुँच जाता है। यहाँ सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि इन नए मोटर्स में ब्रशरहित डिज़ाइन के कारण चिंगारी नहीं उत्पन्न होती। ऐसे क्षेत्रों के लिए यह बहुत महत्वपूर्ण है जिन्हें क्लास I डिवीजन 1 के रूप में वर्गीकृत किया गया है, जहाँ विस्फोटक गैसें कर्मचारियों की उपस्थिति के अधिकतर समय (15% से अधिक) तक मौजूद रहती हैं।

प्रवृत्ति: वास्तविक समय में तापमान और गैस रिसाव निगरानी के लिए खतरनाक-मोटर आवरण में स्मार्ट सेंसर का एकीकरण

आजकल विस्फोट-रोधी मोटर्स में उनके आवास के अंदर तापमान और गैस के स्तर की जानकारी तत्काल ट्रैक करने के लिए बिल्ट-इन आईओटी सेंसर होते हैं। ये सेंसर तब संकेत देते हैं जब बेयरिंग्स का तापमान 150 डिग्री सेल्सियस से अधिक हो जाता है या जब हाइड्रोजन सल्फाइड का स्तर मात्र 10 पीपीएम (प्रति मिलियन भाग) तक पहुँच जाता है। ये सभी जानकारी खतरनाक क्षेत्रों में सुरक्षित ढंग से काम करने के लिए डिज़ाइन की गई विशेष सर्किट्स के माध्यम से नियंत्रण पैनल तक भेजते हैं, जो आवश्यकता पड़ने पर स्वचालित रूप से उपकरणों को बंद कर सकते हैं। पिछले साल इन सेंसरों को स्थापित करने के बाद एक बड़ी रासायनिक सुविधा में अप्रत्याशित रुकावटों में काफी उल्लेखनीय गिरावट देखी गई—कुल मिलाकर लगभग 43 प्रतिशत कम डाउनटाइम आया। आगे देखते हुए, निर्माता मोटर्स के कंपन के विश्लेषण के तरीकों पर काम कर रहे हैं ताकि सील संबंधी संभावित समस्याओं को उनके घटित होने से पहले ही पहचाना जा सके, विशेष रूप से ऐसे स्थानों में जहाँ रसायन उपकरणों को क्षतिग्रस्त कर देते हैं या जहाँ मशीनरी पर परिस्थितियाँ बहुत कठोर होती हैं। इस तरह की प्रगति कर्मचारियों की सुरक्षा सुनिश्चित करने के साथ-साथ उत्पादन को निर्बाध रखने में भी मदद करती है।

उप-माइक्रॉन सटीकता वाली विशेष अनुप्रयोग मोटर्स की आवश्यकता होती है, जो परिशुद्ध नियंत्रण के लिए आवश्यक है

चुनौतियाँ: ओपन-लूप बनाम क्लोज़्ड-लूप सिस्टम में बैकलैश, अनुनाद और क्वांटाइजेशन त्रुटियाँ

सटीकता के उप-माइक्रॉन स्तर तक जाना वास्तव में पारंपरिक गति प्रणालियों में क्या खराबी है, यह दर्शाता है। जब मशीनें दिशा बदलती हैं, तो यांत्रिक बैकलैश के कारण वे अपने पथ से भटक जाती हैं। कुछ आवृत्तियों पर, अनुनाद और बढ़ जाता है और कंपन को छोटा करने के बजाय बड़ा कर देता है, जिससे मशीन द्वारा अनुसरित वास्तविक पथ बिगड़ जाता है। फीडबैक उपकरणों में भी अपनी समस्याएँ होती हैं—वे बारीक कार्य के लिए आवश्यक सुचारु गति के बजाय सीढ़ी-जैसी गतियाँ उत्पन्न करते हैं। ओपन लूप प्रणालियाँ बस त्रुटियों को बढ़ाती रहती हैं क्योंकि उन्हें ठीक करने का कोई तरीका नहीं होता, जबकि क्लोज्ड लूप प्रणालियाँ गलतियों को ठीक करने के लिए बहुत अधिक प्रयास करने पर स्थिर रहने में संघर्ष करती हैं। यह सब अर्धचालक निर्माण में बहुत महत्वपूर्ण है, जहाँ सहनशीलता को ±0.1 माइक्रॉन के भीतर होना आवश्यक होता है। एक वास्तविक कंपनी ने पिछले साल अपने उत्पादन में 37% की गिरावट देखी क्योंकि वेफर लगातार उन अप्रत्याशित अनुनादों के कारण गलत ढंग से संरेखित हो रहे थे।

समाधान: सेमीकंडक्टर वेफर हैंडलिंग के लिए हाइब्रिड स्टेपर + एन्कोडर + फील्ड-ओरिएंटेड कंट्रोल (FOC)

विशेष अनुप्रयोग मोटर्स इन समस्याओं का समाधान कई तकनीकों को एक साथ जोड़कर करते हैं - हाइब्रिड स्टेपर मोटर्स, उच्च रिज़ॉल्यूशन वाले एन्कोडर्स और फील्ड ओरिएंटेड कंट्रोल (FOC) जैसी तकनीकों के बारे में सोचें। हाइब्रिड स्टेपर मोटर्स टॉर्क के मामले में काफी शक्तिशाली होते हैं, जो मूल रूप से घूर्णन बल की मात्रा है जो वे उत्पन्न कर सकते हैं। और ये एन्कोडर? इनकी गणना 512 हजार बिंदुओं तक होती है, जो उन्हें 0.045 माइक्रोमीटर तक सटीक स्थिति मापने की अनुमति देती है। इस पूरी व्यवस्था को इतनी अच्छी तरह से काम करने का श्रेय FOC को जाता है, जो मोटर के आंतरिक चुंबकीय क्षेत्रों में लगातार समायोजन करता रहता है। इससे परेशान करने वाले कंपन खत्म हो जाते हैं और सभी चीजें चिकनी तरीके से बिना किसी झटकेदार रुकावट या शुरुआत के चलती रहती हैं। जब ये सभी घटक एक साथ आते हैं, तो हमें प्राप्त होता है...

• बैकलैश उन्मूलन डायरेक्ट-ड्राइव कपलिंग के माध्यम से, यांत्रिक ट्रांसमिशन घटकों को हटाकर
• उप-माइक्रॉन दोहराव वास्तविक समय में स्थिति सत्यापन के साथ
• अनुकूली डैम्पिंग जो 2ms के भीतर कंपन को निष्क्रिय कर देता है

अर्धचालक वेफर हैंडलिंग रोबोट में, प्रणाली उच्च-गति स्थानांतरण के दौरान ±0.08µm सटीकता बनाए रखती है। गियरबॉक्स को समाप्त करने से पारंपरिक सर्वो प्रणालियों की तुलना में यांत्रिक विफलता की दर में 63% की कमी आती है। एकीकृत तापीय ड्रिफ्ट क्षतिपूर्ति चर उत्पादन चक्रों में लंबे समय तक स्थिरता सुनिश्चित करती है।

चरम पर्यावरणीय परिस्थितियाँ विशेष अनुप्रयोग मोटर्स में कस्टम इंजीनियरिंग को प्रेरित करती हैं

तापीय और सामग्री चुनौतियाँ: −40°C से +150°C तक चुंबकीय स्थिरता और संक्षारण-प्रतिरोधी मिश्र धातुएँ

जब मोटर्स कठोर परिस्थितियों में काम करते हैं, जहाँ तापमान की चरम सीमा और रसायन आम समस्याएँ होती हैं, तो उन्हें विशेष इंजीनियरिंग की आवश्यकता होती है। सामान्य स्थायी चुंबक लगभग 150 डिग्री सेल्सियस के आसपास अपनी ताकत खोना शुरू कर देते हैं, जिससे फ्लक्स घनत्व में लगभग 15% की कमी आ जाती है। जैसा कि पिछले साल जर्नल ऑफ मैग्नेटिज्म में बताया गया था, तापमान शून्य से नीचे 20 डिग्री तक गिरने पर वे भंगुर भी हो जाते हैं। इसीलिए उच्च प्रदर्शन वाली मोटर्स में अक्सर सैमेरियम कोबाल्ट चुंबक या विशेष रूप से उपचारित नियोडिमियम संस्करण शामिल होते हैं, जो बेहतर ढंग से स्थिर रहते हैं। संक्षारण की समस्याओं के लिए, ऑफशोर ड्रिलिंग उपकरणों में आमतौर पर स्टेनलेस स्टील के आवरण होते हैं, जिन्हें कभी-कभी सल्फर क्षति के खिलाफ समुद्री ग्रेड एल्यूमीनियम भागों और निकल-तांबा सील के साथ मजबूत किया जाता है। उन भूतापीय स्थलों पर ध्यान दें जहाँ अम्लता का स्तर pH 3.0 से नीचे जा सकता है। वहाँ चुंबकीय लपेट के लिए सिरेमिक कोटिंग मानक बन गई है क्योंकि वे न केवल अम्लों का प्रतिरोध करती हैं बल्कि ऊष्मा का भी अच्छी तरह से चालन करती हैं, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि ये मोटर्स दिन-दिन आक्रामक रासायनिक वातावरण के संपर्क में आने पर भी चलती रहें।

ट्रेड-ऑफ: उच्च-दक्षता सिनआरएम और वायु शीतलन से सीलबंद तेल निमज्जन में परिवर्तन

गर्मी बहुत अधिक होने पर भी सिनआरएम्स (SynRMs) लगभग 98% दक्षता तक पहुँच सकते हैं, हालांकि वे इतनी अधिक केंद्रित गर्मी उत्पन्न करते हैं कि सामान्य वायु शीतलन अब ठीक से काम नहीं करता। इसी कारण कई संचालक बंद तेल निमज्जन प्रणालियों पर जाना शुरू कर देते हैं। ये प्रणालियाँ विशेष परावैद्युत तरल को मोटर के गुहा के माध्यम से लगभग 5 लीटर प्रति मिनट की दर से प्रवाहित होने देती हैं, जिससे ऊष्मीय नियंत्रण क्षमता बलपूर्वक वायु शीतलन की तुलना में लगभग तीन गुना बढ़ जाती है। लेकिन कुछ नुकसान भी हैं। ठंडे मौसम में संचालन के लिए -40 डिग्री सेल्सियस तक तरल रहने वाले सिंथेटिक तेल की आवश्यकता होती है, अन्यथा सब कुछ इतना गाढ़ा हो जाता है कि ठीक से काम नहीं कर पाता। तरल संपर्क रोटर पर अतिरिक्त घर्षण भी उत्पन्न करता है, जिससे टॉर्क आउटपुट में 8 से 12 प्रतिशत तक की कमी आ जाती है। इसके अलावा, इन बंद बेयरिंग कक्षों का अर्थ है अधिक जटिल रखरखाव प्रक्रियाएँ। सौभाग्य से, गणनात्मक तरल गतिकी में आए अग्रिम इंजीनियरों को बेहतर आंतरिक बैफल्स के डिजाइन में मदद कर रहे हैं। इससे रेगिस्तान में खनन संचालन में उपयोग होने वाली भारी मशीनरी को बिना शक्ति आउटपुट कम किए भी 60 डिग्री सेल्सियस तक के वातावरणीय तापमान पर लगातार चलाए रखने में सहायता मिलती है।

उच्च-टोक़, कम-गति वाले अनुप्रयोग सीधे-संचालित विशेष अनुप्रयोग मोटर्स को पसंद करते हैं

लाभ: बेहतर विश्वसनीयता के लिए एक्सट्रूडर्स और पवन टरबाइन पिच नियंत्रण में गियरबॉक्स को समाप्त करना

विशेष अनुप्रयोग सीधे ड्राइव मोटर्स कम गति पर उच्च टॉर्क के साथ निपटने के समय उन यांत्रिक गियरबॉक्स को समाप्त कर देते हैं, जिससे पूरी प्रणाली बहुत अधिक विश्वसनीय हो जाती है। जो गियर और कपलिंग अक्सर खराब हो जाते हैं, उन्हें समाप्त करने से एक्सट्रूज़न सिस्टम जैसी चीजों के लिए रखरखाव समय कम हो जाता है। पवन टर्बाइन को भी इस तरह की सेटअप की आवश्यकता होती है। पिच नियंत्रण प्रणाली सीधे ड्राइव इकाइयों से लाभान्वित होती है क्योंकि वे मोटर और लोड के बीच उन सभी अतिरिक्त भागों के बिना मजबूत टॉर्क प्रदान करते हैं। यह तब भी बहुत अच्छा काम करता है जब कठिन परिस्थितियाँ होती हैं, जैसे कि क्षेत्र में बाहर। कुल मिलाकर कम गतिशील भागों के साथ, रास्ते में कम ऊर्जा बर्बाद होती है, दक्षता संख्या बेहतर होती है, और सेवाओं के बीच लंबा समय होता है। कम गति पर स्थिर शक्ति वितरण की आवश्यकता वालों के लिए, सीधे ड्राइव तकनीक अब कई उद्योगों में लगभग मानक बन गई है।