বিএলডিসি এবং ইন্টিগ্রেটেড মোটর ড্রাইভারগুলি রোবট এবং ড্রোনগুলির দক্ষতা উন্নত করার মূল চাবিকাঠি

1960-এর দশকে এর সফল বিকাশের পর থেকে, ব্রাশলেস ডাইরেক্ট কারেন্ট (বিএলডিসি) মোটরগুলি আগের ব্রাশড ডাইরেক্ট কারেন্ট (ডিসি) মোটরগুলির তুলনায় আরও দক্ষ এবং দীর্ঘ জীবনকাল রয়েছে বলে প্রমাণিত হয়েছে। উচ্চ-শক্তির শিল্প অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে সিঙ্ক্রোনাস অল্টারনেটিং কারেন্ট (এসি) মোটরগুলির দিকে স্থানান্তরের পাশাপাশি, অন্যান্য অনেক অ্যাপ্লিকেশনও BLDC মোটর ব্যবহার করতে শুরু করেছে।

আজকাল, BLDC মোটর গ্রাহকদের দৈনন্দিন জীবনের প্রতিটি ক্ষেত্রে অনুপ্রবেশ করেছে। এগুলি ব্যাটারি চালিত সরঞ্জাম যেমন ড্রিল এবং ব্লোয়ার, ওয়াশিং মেশিন এবং প্রিন্টারের মতো গৃহস্থালী যন্ত্রপাতি, সেইসাথে বৈদ্যুতিক সাইকেল এবং গাড়িতে পাওয়া যেতে পারে। শিল্প পরিবেশে, BLDC মোটর গতি নিয়ন্ত্রণ এবং উপাদান হ্যান্ডলিং অ্যাপ্লিকেশনের জন্য ব্যবহার করা হয়েছে। BLDC মোটরগুলি মনুষ্যবিহীন গ্রাউন্ড ভেহিকেল (UGVs), ড্রোন এবং অনুরূপ মনুষ্যবিহীন বায়বীয় যান (UAVs), সেইসাথে সার্জিক্যাল রোবট এবং সহায়ক এক্সোস্কেলটনের জন্য শক্তি সরবরাহ করে।

ব্রাশ করা ডিসি মোটরগুলি মোটর উইন্ডিংগুলিতে বৈদ্যুতিক শক্তি সরবরাহ করতে ধাতু বা কার্বন কমিউটার ব্রাশের উপর নির্ভর করে, যখন BLDC মোটরগুলি যোগাযোগহীন। ঘর্ষণ এবং পরিধানের অনুপস্থিতির কারণে, এটি আরও দক্ষ, কম রক্ষণাবেক্ষণের প্রয়োজন এবং মোটরের জন্য দীর্ঘ জীবনকাল রয়েছে। দ্রুত গতি, অধিক টর্ক এবং উচ্চ শক্তি থেকে ওজন অনুপাত সহ BLDC-এর কর্মক্ষমতাও ভালো। উন্নত নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থার সাহায্যে, BLDC মোটর প্রায় সঙ্গে সঙ্গে গতি বা টর্ক পরিবর্তন করতে পারে এবং নিরাপত্তা নিশ্চিত করতে সুনির্দিষ্ট অবস্থান প্রদান করতে পারে।

উন্নত BLDC মোটর ড্রাইভারদের দ্বারা প্রদর্শিত অসামান্য কর্মক্ষমতা এই মোটর এবং তাদের নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থাকে আধুনিক রোবট এবং ড্রোন অ্যাপ্লিকেশন ডিজাইন করা প্রকৌশলীদের কাছে অত্যন্ত আকর্ষণীয় করে তোলে, যার জন্য সাধারণত ক্ষুদ্রকরণ, উচ্চ গতি, উচ্চ নির্ভুলতা, উচ্চ নিরাপত্তা এবং কম রক্ষণাবেক্ষণের প্রয়োজনীয়তার মতো বৈশিষ্ট্যগুলির প্রয়োজন হয়।

BLDC মোটরের মৌলিক নীতি
বিএলডিসি মোটরটির এত সহজ তিনটি অংশের কাঠামো রয়েছে যে এটি কেবল অবিশ্বাস্য। স্থির স্টেটর দুই থেকে আট সেট তামার উইন্ডিং দিয়ে সজ্জিত, স্থায়ী চুম্বক দ্বারা সজ্জিত রটার দ্বারা বেষ্টিত বা সমান্তরাল পরিধিতে বিতরণ করা হয় (চিত্র 1)। মোটর কন্ট্রোলারটি অবস্থানের ডেটা পেতে এবং উইন্ডিংকে শক্তি সরবরাহ করতে স্টেটরের সাথে সংযুক্ত থাকে।

তিন-ফেজ BLDC মোটরের জন্য কন্ট্রোলার
চিত্র 1: থ্রি-ফেজ BLDC মোটর কন্ট্রোলার স্টেটর চৌম্বক ক্ষেত্রের দিক পরিবর্তন করে এবং স্টেটর উইন্ডিংগুলির বর্তমান পোলারিটি (U, V, W ফেজ) পরিবর্তন করে। অন্তর্নির্মিত স্থায়ী চুম্বক সহ রটার (নীল অংশ) সেই অনুযায়ী ঘোরে, এইভাবে স্টেটর চৌম্বক ক্ষেত্রের মতো একই দিক বজায় রাখে। (ছবির উৎস: কোরভো)

স্টেটরের উইন্ডিংয়ের সেটে বিদ্যুৎ প্রয়োগ করলে একটি চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি হবে এবং রটারের স্থায়ী চুম্বক এই চৌম্বক ক্ষেত্রের প্রতিক্রিয়া জানাবে। বিপরীত চৌম্বক মেরুগুলির মধ্যে আকর্ষণের কারণে রটারটি ঘোরে। স্টেটর ম্যাগনেটিক ফিল্ডের সাথে রটারকে সারিবদ্ধ করার আগে, কন্ট্রোলার এনার্জাইজড উইন্ডিং স্যুইচ করবে, চৌম্বক ক্ষেত্রের দিক পরিবর্তন করবে এবং রটারটিকে ক্রমাগত ঘোরাতে থাকবে।

প্রকৃতপক্ষে, কন্ট্রোলার দ্বারা স্টেটরে প্রেরিত বর্তমান স্পন্দন পরিবাহী থেকে সংযোগ বিচ্ছিন্ন হয়ে যাবে এবং একটি নির্দিষ্ট তরঙ্গরূপ ব্যবহার করে বর্তমানকে উপস্থাপন করতে একটি নির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সিতে পোলারিটি পরিবর্তন করবে। চিত্র 1 এ দেখানো সুইচিং স্কিমটি ট্র্যাপিজয়েডাল তরঙ্গ দ্বারা প্রতিনিধিত্ব করা হয়েছে। স্থায়ী চুম্বক সিঙ্ক্রোনাস মোটর (PMSM) সহ অন্যান্য ধরণের মোটরগুলিতে সাইন তরঙ্গ থাকে। এই ধরনের মোটর গঠনগতভাবে একটি BLDC মোটরের মতো, কিন্তু চৌম্বক ক্ষেত্রকে বিভিন্ন স্রোতের মাধ্যমে ঘোরানোর জন্য চালিত করে, এবং রটারটি চৌম্বক ক্ষেত্রের সাথে সিঙ্ক্রোনাইজ এবং লক থাকে। এই তরঙ্গগুলির প্রশস্ততা এবং ফেজ সামঞ্জস্য করা মোটরের গতি এবং উপলব্ধ টর্ক পরিবর্তন করতে পারে।

নিয়ামক হল ইফেক্ট সেন্সর বা ফটোইলেকট্রিক এনকোডারের মতো অবস্থান সেন্সর থেকে ক্রমাগত প্রতিক্রিয়া তথ্যও পেতে পারে। সেন্সরবিহীন BLDC মোটরগুলিতে, বিপরীত ইলেক্ট্রোমোটিভ ফোর্স (BEMF)-এর পরিমাপিত মান - শক্তিহীন ওয়াইন্ডিংয়ে এনার্জাইজড উইন্ডিং দ্বারা উত্পন্ন চৌম্বক ক্ষেত্রের দ্বারা উত্পন্ন বর্তমান - রটারের অবস্থান নির্ধারণ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।

মোটর চালকদের উন্নয়ন
প্রদত্ত যে BLDC মোটরগুলির পর্যবেক্ষণ, বিদ্যুৎ সরবরাহ এবং নিয়ন্ত্রণের জন্য জটিল কাঠামোর প্রয়োজন হয়, এটা আশ্চর্যজনক নয় যে শিল্প পরিবেশে সলিড-স্টেট ইলেকট্রনিক ডিভাইস ব্যবহার করে পুরানো ধাঁচের BLDC মোটর কন্ট্রোলারগুলি মোটরগুলিকে সংযুক্ত করার জন্য স্বাধীন ক্যাবিনেট স্পেস এবং বিশাল শক্তি এবং ডেটা তারের প্রয়োজন হয়। ক্রমবর্ধমান পরিশীলিত ইন্টিগ্রেটেড সার্কিটগুলি (ICs) মোটর কন্ট্রোলারগুলির ক্রমাগত ক্ষুদ্রকরণকে চালিত করছে, যতক্ষণ না সেগুলি মুদ্রিত সার্কিট বোর্ডগুলিতে (PCBs) একত্রিত করা যায়৷ ক্ষুদ্রকরণ অর্জন সত্ত্বেও, আজকের মোটর কন্ট্রোলারের কার্যকারিতা প্রসারিত হতে থাকে।

উদাহরণস্বরূপ, Qorvo এর ACT72350 তিন-ফেজ BLDC মোটর ড্রাইভার (চিত্র 2)। এই ড্রাইভারটি একটি কনফিগারযোগ্য এনালগ ফ্রন্ট-এন্ড (AFE), একটি পাওয়ার ম্যানেজমেন্ট মডিউল যা বিভিন্ন পাওয়ার কনফিগারেশনের সাথে অভিযোজিত, এবং একটি ডেডিকেটেড মোটর ড্রাইভার (ASPD) একটি 9 মিমি x 9 মিমি স্কয়ার ফ্ল্যাট নো লিড (QFN) সারফেস মাউন্ট ডিভাইসে সংহত করে।

Qorvo ACT72350 ইন্টিগ্রেটেড থ্রি ফেজ BLDC মোটর ড্রাইভার
চিত্র 2: ACT72350 ইন্টিগ্রেটেড থ্রি-ফেজ BLDC মোটর ড্রাইভার একটি কমপ্যাক্ট সারফেস মাউন্ট প্যাকেজে AFE সার্কিট্রি এবং কনফিগারযোগ্য পাওয়ার ম্যানেজমেন্ট কার্যকারিতাকে একীভূত করে। (ছবির উৎস: কোরভো)

ACT72350-এর কনফিগারযোগ্য AFE তিনটি ডিফারেনশিয়াল প্রোগ্রামেবল গেইন এমপ্লিফায়ার, চারটি সিঙ্গেল এন্ড প্রোগ্রামেবল গেইন এমপ্লিফায়ার, দুটি 10 ​​বিট এনালগ-টু-ডিজিটাল কনভার্টার এবং দশটি কম্প্যারেটর দিয়ে সজ্জিত, যা এটিকে একটি সেতু সংযোগকারী সেন্সর এবং কন্ট্রোল সার্কিট তৈরি করে। এই AFE একটি সিরিয়াল পেরিফেরাল ইন্টারফেস (SPI) এর মাধ্যমে একটি বহিরাগত মাইক্রোকন্ট্রোলার (MCU) থেকে পালস প্রস্থ মডুলেশন (PWM) নিয়ন্ত্রণ সংকেতও পেতে পারে।

কনফিগারযোগ্য পাওয়ার ম্যানেজমেন্ট মডিউল ACT72350 কে 25 V থেকে 160 V পর্যন্ত DC ইনপুট ভোল্টেজগুলি গ্রহণ করতে সক্ষম করে, যার মধ্যে 20 সেকেন্ড পর্যন্ত ব্যাটারি ক্ষমতা (সম্পূর্ণ চার্জ করা হলে নামমাত্র ভোল্টেজ 72 V বা 84 V)। এই মডিউলের উচ্চ-ভোল্টেজ স্যুইচিং পাওয়ার সাপ্লাই স্থিতিশীল 12V বা 15V আউটপুট ভোল্টেজ প্রদান করতে পারে এবং ACT72350 মডিউল এবং MCU এর জন্য স্থিতিশীল 5V, 200mA পাওয়ার সাপ্লাইও প্রদান করতে পারে।

ACT72350 এর ASPD মোটর চালানোর জন্য হাফ ব্রিজ, এইচ-ব্রিজ বা তিন-ফেজ আর্কিটেকচার ব্যবহার করতে পারে (চিত্র 3)। তিনটি হাই-ভোল্টেজ সাইড গেট ড্রাইভার যার 160 V ভোল্টেজ রয়েছে এবং 20 V ভোল্টেজ সহ তিনটি কম ভোল্টেজ সাইড গেট ড্রাইভার, প্রতিটি ড্রাইভারের একটি গেট ড্রাইভিং ক্ষমতা 2 A (কারেন্ট টানা)/2 A (প্রবাহ ঢালা), যা মোটর গতি উন্নত করতে দ্রুত সুইচিং কার্যক্ষমতা অর্জন করতে পারে।