ইউনিভার্সাল মোটর

ইউনিভার্সাল মোটর হল এক ধরনের বৈদ্যুতিক মোটর যা এসি বা ডিসি শক্তি দ্বারা চালিত হতে পারে এবং চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরির জন্য একটি তড়িৎ চুম্বককে তার স্ট্যাটর হিসেবে ব্যবহার করে।  এটি একটি কমুটেটেড সিরিজ উন্ড মোটর, যার স্টেটরের ক্ষেত্র কুন্ডলীগুলো একটি কমুটেটরের মাধ্যমে রোটরের উইন্ডিংগুলোর সাথে সিরিজে সংযুক্ত আছে। এটিকে প্রায়শই একটি এসি সিরিজ মোটর হিসেবে উল্লেখ করা হয়। গঠনগত দিক থেকে ইউনিভার্সাল মোটর একটি ডিসি সিরিজ মোটরের সাথে খুবই সাদৃশ্যপূর্ণ, তবে এসি শক্তি দ্বারা পরিচালনার জন্য কিছুটা পরিবর্তন করা হয়। এই ধরনের বৈদ্যুতিক মোটর এসি দ্বারা ভালোভাবে পরিচালিত হয় কারণ উভয় পাশের ক্ষেত্র কুণ্ডলী এবং আর্মেচার (এবং তাদের উংপন্ন চৌম্বক ক্ষেত্র) দিয়ে প্রবাহিত বিদ্যুৎ সরবরাহের সাথে একত্রে পরিবর্তিত (বিপরীত মেরু) হতে পারে। এর ফলে উৎপন্ন যান্ত্রিক বল প্রয়োগকৃত বিভবের উপর নির্ভরশীল না হয়ে একটি ভিন্ন ধারাবাহিক দিকে ঘুরে যা কমুটেটর এবং ক্ষেত্র কুন্ডলীগুলোর পোলারিটি দ্বারা নির্ধারিত হয়। 

ইউনিভার্সাল মোটরের প্রারম্ভিক টর্ক বেশি হয়, এটি উচ্চগতিতে চলতে পারে এবং ওজনে হালকা ও দৃঢ় হয়। এগুলো সাধারণত বহনযোগ্য শক্তি সরঞ্জাম ও উপকরণ এবং সেই সাথে অনেক গৃহস্থালি যন্ত্রপাতিতে ব্যবহৃত হয়। এগুলো বৈদ্যুতিনিকভাবে ট্যাপযুক্ত কুণ্ডলী অথবা বৈদ্যুতিনভাবে নিয়ন্ত্রণ করা তুলনামূলক সহজ। তবে এর কমুটেটরের ব্রাশ ক্ষয়ে যেতে পারে, তাই এগুলো নিরবিচ্ছিন্নভাবে সংযুক্ত সরঞ্জামগুলোর জন্য খুবই কম ব্যবহার করা হয়। এছাড়াও কিছুটা কমুটেটরের জন্য ইউনিভার্সাল মোটর সাধারণত ধ্বনিগতভাবে এবং বৈদ্যুতিনভাবে খুবই শব্দবহুল হয়।

বৈশিষ্ট্যসমূহ 

সকল সিরিজ উন্ড মোটর এসি বিদ্যুৎ প্রবাহে ভালোভাবে কাজ করেনা।   যদি একটি সাধারণ সিরিজ উন্ড মোটর এসি প্রবাহের সাথে সংযুক্ত হয়, এটি খুবই খারাপভাবে চলবে। তাই একটি ইউনিভার্সাল মোটর এসি প্রবাহে যথাযথ পরিচালনার জন্য বিভিন্ন উপায়ে পরিবর্তন করা হয়। সাধারণত স্তরীভূত মেরু অংশের সাথে একটি কম্পেনসেটিং উইন্ডিং লাগানো থাকে যা ডিসি মোটরের সলিড মেরু অংশের বিপরীত।  একটি ইউনিভার্সাল মোটরের আর্মেচারের ডিসি মোটরের চেয়ে অনেক বেশি কয়েল এবং প্লেট থাকে এবং এর ফলে পেঁচ প্রতি কুন্ডলীসংখ্যা কম থাকে। এটি ইন্ডাক্টেন্স কমিয়ে দেয়।

দক্ষতা 
এমনকি যখন এসি শক্তি দ্বারা পরিচালনা করা হয়, এই ধরনের মোটরগুলো প্রধান সরবরাহের চেয়ে অনেক বেশি ঘূর্ণায়মান কম্পাংকে চলার সক্ষমতা রাখে, এবং যেহেতু বেশিরভাগ বৈদ্যুতিক মোটরের বৈশিষ্ট্যসমূহ গতির সাথে উন্নত হয়, এর কারণে এগুলো ওজনে হালকা এবং শক্তিশালী হতে পারে।  তবে ইউনিভার্সাল মোটর তুলনামূলকভাবে কম দক্ষ; ছোট মোটরগুলোর জন্য দক্ষতা সর্বোচ্চ ৩০% এবং বড়গুলোর জন্য ৭০-৭৫% হয়ে থাকে।

টর্ক-গতি বৈশিষ্ট্যসমূহ 
লোড বৃদ্ধি করলে সিরিজ উন্ড ইলেকট্রিক মোটরগুলোর গতি কমে যায়, তড়িৎ প্রবাহ বৃদ্ধি পায় এবং যেহেতু আর্মেচার এবং ক্ষেত্র উইন্ডিং উভয় দিয়েই সমান তড়িৎ প্রবাহিত হয়, টর্কও তড়িৎ প্রবাহের বর্গের সমানুপাতে বৃদ্ধি পায়। যদি মোটর থেমে থাকে, তড়িৎ প্রবাহ উইন্ডিং এর মোট রোধের দ্বারা সীমাবদ্ধ হয়ে যায় এবং তখন টর্ক খুব বেশি হতে পারে এবং উইন্ডিংগুলোর অত্যধিক উত্তপ্ত হয়ে উঠার আশংকা থাকে। বিপরীত তড়িৎ চৌম্বকীয় বল আর্মেচার রোধকে আর্মেচারের মধ্যে দিয়ে তড়িৎ প্রবাহ কে সীমাবদ্ধ করতে সাহায্য করে। যখন মোটরে প্রথম শক্তি সরবরাহ করা হয়, আর্মেচারটি ঘোরে না। ঐ মুহুর্তে, বিপরীত তড়িৎ চৌম্বকীয় বলের মান শূন্য থাকে এবং একমাত্র আর্মেচার রোধ তড়িৎ প্রবাহকে সীমাবদ্ধ করে। সাধারণত একটি মোটরের আর্মেচার রোধ খুবই অল্প হয়; যার ফলে যখন শক্তি সরবরাহ করা হয়, মোটর দিয়ে খুবই উচ্চ মানের তড়িৎ প্রবাহিত হয়। তাই যতক্ষণ না মোটরের ঘূর্ণন বিপরীত তড়িৎ চৌম্বকীয় বল উৎপন্ন করতে পারে, ততক্ষণ তড়িৎ প্রবাহকে নিয়ন্ত্রণ করতে অতিরিক্ত রোধের শ্রেণি সংযোগের প্রয়োজনীয়তা দেখা দিতে পারে। যখন মোটরের ঘূর্ণন বৃদ্ধি পায়, রোধ ধীরে ধীরে কমানো হয়। গতি-টর্ক বৈশিষ্ট্য নিশ্চল টর্ক এবং লোডবিহীন গতির মধ্যে প্রায় একটি পুরোপুরি সরলরেখা তৈরি করে। এটি উচ্চ মানের নিশ্চল লোডের জন্য উপযোগী কারণ যতক্ষণ মোটর ধীরগতিতে ঘূর্ণন শুরু না করে, ততক্ষণ মোটরের গতি কমতে থাকে এবং এসব মোটরের খুবই উচ্চমানের নিশ্চল টর্ক থাকে। 

গতি বৃদ্ধির সাথে সাথে রোটরের ইন্ডাক্টেন্সের কারণে আদর্শ কমুটেটিং বিন্দু পরিবর্তিত হয়। সাধারণত ছোট মোটরগুলোর স্থির কমুটেশন থাকে। অন্যদিকে কিছু বড় ইউনিভার্সাল মোটরের ঘূর্ণনযোগ্য কমুটেশন থাকে, তবে তা বিরল। এর পরিবর্তে বড় ইউনিভার্সাল মোটরগুলোর শ্রেণিতে কম্পেনসেশন উইন্ডিং যুক্ত থাকে, অথবা কিছু ক্ষেত্রে ইন্ডাকটিভ ভাবে কাপলড থাকে এবং প্রধান ক্ষেত্র অক্ষের সাথপ নব্বই বৈদ্যুতিক কোণে সংযুক্ত থাকে। এটা আর্মেচারের রিয়্যাক্টেন্স হ্রাস করে এবং কমুটেশনকে উন্নত করে। 

আর্মেচার উইন্ডিং এর সাথে শ্রেণিতে ক্ষেত্র উইন্ডিং সংযুক্ত থাকার একটি দরকারী বৈশিষ্ট্য হল সাধারণত গতি বাড়ার সাথে সাথে তড়িৎ চৌম্বকীয় বল ক্ষেত্র উইন্ডিং এর বিভব এবং প্রবাহিত তড়িৎ কে হ্রাস করে, কারণ উচ্চ গতি ক্ষেত্রকে দুর্বল করে। এর মানে হল কোনো নির্দিষ্ট সরবরাহকৃত বিভবের জন্য মোটরটির কোনো তাত্ত্বিক সর্বোচ্চ গতি নেই। ইউনিভার্সাল মোটর সাধারণত অনেক উচ্চ গতিতে চলতে পারে এবং চলেও থাকে, যা ৪০০০-১৬০০০ আরপিএম হতে পারে এবং ২০,০০০ আরপিএমের উপরেও যেতে পারে।  অন্যদিকে এসি সিনক্রোনাস এবং স্কুইরেল কেজ ইন্ডাকশন মোটরগুলি পাওয়ার লাইনের কম্পাংক দ্বারা সীমাবদ্ধ গতির চেয়ে দ্রুতগতিতে শ্যাফটকে ঘোরাতে পারেনা। যেসকল দেশে ৬০ হার্জ এসি সরবরাহ করা হয়, সেখানে এই গতি ৩৬০০ আরপিএমে সীমাবদ্ধ থাকে। 

যদি কোনো গ্রহণযোগ্য যান্ত্রিক লোডের সাথে মোটর পরিচালিত না হয়, অত্যধিক গতি (ডিজাইন সীমার চেয়ে বেশি ঘূর্ণন গতিতে চলা) মোটরের ক্ষতি করতে পারে। তাই বড় মোটরগুলোর জন্য লোডের হঠাৎ কমে যাওয়া এড়ানো উচিত এবং এরকম ঘটার সম্ভাবনা মোটরের সুরক্ষা এবং নিয়ন্ত্রণ পরিকল্পনায় অন্তর্ভুক্ত করা হয়। কিছু ছোটখাটো প্রায়োগিক ক্ষেত্রে, শ্যাফ্টের সাথে সংযুক্ত একটি ফ্যান ব্লেড মোটরের স্পিডকে নিরাপদ মাত্রার মাঝে রাখার জন্য এবং সেই সাথে আর্মেচার এবং ক্ষেত্র উইন্ডিং এর উপর দিয়ে ঠান্ডা বাতাস প্রবাহের মাধ্যমের জন্য একটি কৃত্রিম লোড হিসেবে ব্যবহার করা হয়। যদি কোনো যান্ত্রিক সীমা ইউনিভার্সাল মোটরে সরবরাহ করা না হয়, এটি যেকোনো সিরিজ উন্ড ডিসি মোটরের মত নিয়ন্ত্রণহীন গতি অর্জন করতে পারে।। 

ইউনিভার্সাল মোটরের একটি সুবিধা হল এটির বেশকিছু বৈশিষ্ট্য, বিশেষ করে উচ্চ প্রারম্ভিক টর্ক এবং খুবই দৃঢ় গঠন যদি উচ্চ গতিতে চলমান হয়, ডিসি মোটরের সাথে বেশি সাদৃশ্যপূর্ণ হলেও এখানে এসি সরবরাহ করা যায়।

অসুবিধাসমূহ 
একটি নেতিবাচক দিক হল রক্ষণাবেক্ষণ এবং কমুটেটরের জন্য স্বল্প মেয়াদ থাকার সমস্যা, বিশেষ করে স্পার্কিং এর জন্য ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ব্যতিচার (ইএমআই) তৈরি হওয়ার সমস্যা। কমুটেটর ব্রাশগুলোর তুলনামূলকভাবে অধিক রক্ষণাবেক্ষণ দরকার হওয়ায়, ইউনিভার্সাল মোটর খাদ্য মিশ্রণকারীর মত যন্ত্রসমূহ এবং মাঝেমধ্যে ব্যবহৃত হওয়া ও প্রায়শই উচ্চ প্রারম্ভিক টর্কের চাহিদা থাকা শক্তি সরঞ্জামগুলোতে সবচেয়ে বেশি ব্যবহার উপযোগী।

আরেকটি নেতিবাচক দিক হল এই মোটরগুলো সম্ভবত যেখানে প্রায় পরিষ্কার বাতাস উপস্থিত থাকে শুধুমাত্র সেখানেই ব্যবহার করা যায়। হঠাৎ করে অত্যধিক উত্তপ্ত হয়ে উঠার সম্ভাবনা থাকায়, সম্পূর্ণভাবে বদ্ধ ফ্যান দ্বারা শীতল ইউনিভার্সাল মোটর বাস্তবে অনুপযোগী হতে পারে, যদিও এভাবে কিছু মোটর তৈরি করা হয়েছে। এধরনের একটি মোটরের পর্যাপ্ত বাতাস সঞ্চালনের জন্য একটি বৃহৎ ফ্যানের প্রয়োজন হতে পারে, যার জন্য মোটরের নিজেকে শীতল রাখার জন্য বেশি শক্তি প্রয়োজন হবে এবং দক্ষতা হ্রাস পাবে। বাস্তবে অনুপযোগী হবার পেছনে কারণ হিসেবে আকার, ওজন এবং তাপ ব্যবস্থাপনার সমস্যাগুলো রয়েছে যার একটিও উন্মুক্ত মোটরগুলোর নেই।

গতি নিয়ন্ত্রণ 
ইউনিভার্সাল মোটরের গতি সহজে সবসময় নিয়ন্ত্রণের জন্য একটি থাইরিস্টর বর্তনী ব্যবহার করা যেতে পারে, যেখানে ক্ষেত্র কুন্ডলীগুলোর একাধিক ট্যাপ ধারাবাহিকভাবে (অনিখুঁত) গতি নিয়ন্ত্রণ করে। বাসাবাড়ির ব্লেন্ডার গুলো যারা বিভিন্ন গতিতে চলতে পারে, সেগুলোতে প্রায়শই অনেকগুলো ট্যাপযুক্ত ক্ষেত্র কুন্ডলী এবং একটি ডায়োড একত্রিত করা হয় যা মোটরের সাথে শ্রেণিতে সংযুক্ত করা যেতে পারে। (এটি মোটরকে হাফ ওয়েভ রেকটিফাইড এসি তে পরিচালনা করে)

বিভিন্নতা

শান্ট উইন্ডিং 
ইউনিভার্সাল মোটর সিরিজ উন্ড হয়। পরীক্ষামূলকভাবে উনিশ শতকের শেষের দিকে শান্ট উইন্ডিং ব্যবহার করা হয়েছিল, যদিও কমুটেশন সম্পর্কিত সমস্যাগুলোর জন্য তা বাস্তবে অনুপযোগী ছিল। এটা কমানোর জন্য এম্বেডেড রোধ, ইন্ডাকটেন্স এবং বিপরীত ফেজের ক্রস কাপলিং এর বিভিন্ন পরিকল্পনা চেষ্টা করা হয়েছিল। নিজে থেকে সচল হতে পারায় এই সময়ে ইউনিভার্সাল মোটরগুলো, শান্ট উন্ড সহ, এসি মোটর হিসেবে বেশি উপযোগী ছিল।  যখন নিজে থেকে সচল হওয়া ইন্ডাকশন মোটর এবং স্বয়ংক্রিয় স্টার্টার সহজলভ্য হয়ে উঠে, এগুলো বড় ইউনিভার্সাল মোটর (১ এইচপির উপর) এবং শান্ট উন্ডগুলোকে প্রতিস্থাপন করে।

বিকর্ষণ স্টার্ট 
অতীতে বিকর্ষণ স্টার্ট মোটরগুলো উচ্চ প্রারম্ভিক টর্ক সরবরাহ করত, যদিও তাতে অনেক জটিলতা ছিল। এগুলোর রোটর ইউনিভার্সাল মোটরের সাথে সাদৃশ্যপূর্ণ ছিল, কিন্তু এগুলোর ব্রাশ শুধুমাত্র নিজেদের সাথে সংযুক্ত থাকত। ট্রান্সফর্মার ক্রিয়া রোটরে তড়িৎ প্রবাহ আবিষ্ট করত। মেরু পোলের সাথে ব্রাশের পজিশনের সম্পর্ক নির্দেশ করে যে রোটরের মেরু পোলের সাথে বিকর্ষণ থেকে প্রারম্ভিক টর্ক উৎপন্ন হত। যখন চলমান গতির কাছাকাছি যায়, একটি কেন্দ্রবিমুখী প্রক্রিয়া একটি স্কুইরেল কেজ মোটরের অনুরূপ তৈরি করতে সকল কমুটেটর দণ্ডকে একত্রে সংযুক্ত করত। সেইসাথে যখন চলমান গতির প্রায় ৮০ শতাংশের কাছাকাছি যায়, এই মোটরগুলো ইন্ডাকশন মোটরের মত চলতে পারে।

প্রায়োগিক দিকসমূহ

গৃহস্থালি যন্ত্রপাতি 
স্বাভাবিক পাওয়ার লাইনের কম্পাংকে পরিচালিত হওয়ায়, ইউনিভার্সাল মোটর প্রায়শই ১০০০ ওয়াটের কম পরিসরে পাওয়া যায়। তাদের উচ্চগতি এদেরকে ব্লেন্ডার, ভ্যাকুয়াম ক্লিনার এবং হেয়ার ড্রায়ারের মত যন্ত্রপাতি যেখানে উচ্চগতি এবং কম ওজন দরকার সেখানে ব্যবহার উপযোগী করে তোলে। সাধারণত এদেরকে বহনযোগ্য শক্তি সরঞ্জাম যেমন ড্রিলস, স্যান্ডারস, বৃত্তাকার এবং জিগ করাতগুলিতে, যেখানে মোটরের বৈশিষ্ট্যগুলো ভাল কাজ করে সেখানে ব্যবহার করা হয়। ওয়েল্ডার দ্বারা ব্যবহৃত শক্তি সরঞ্জামগুলোর একটি অতিরিক্ত সুবিধা হল এদের ক্লাসিক ইঞ্জিন দ্বারা পরিচালিত ওয়েল্ডিং যন্ত্রগুলো একটি নিখুঁত ডিসি জেনারেটর হতে পারে এবং এমনকি যদি তা একটি সাধারণ এনইএমএ ৫-১৫ গৃহস্থালি আকৃতির হয়, তখনও তাদের সহায়ক শক্তি রিসেপ্টেকলগুলো ডিসি হবে। সাধারণ কর্মক্ষেত্রের দ্যুতিময় আলোক এবং ড্রিল ও গ্রিন্ডারে ব্যবহৃত ইউনিভার্সাল মোটরগুলোর জন্য ডিসি শক্তি উপযোগী। অনেক ভ্যাকুয়াম ক্লিনার এবং উইড ট্রিমারের গতি ১০০০ আরপিএম ছাড়িয়ে যায়, যেখানে অনেক ড্রেমেল এবং অনুরূপ ছোট আকারের গ্রিন্ডারের গতি ৩০,০০০ আরপিএম ছাড়িয়ে যায়।

ইউনিভার্সাল মোটরগুলি ইলেকট্রনিকভাবেও গতি নিয়ন্ত্রণ করতে পারে বং সেজন্য এগুলো গৃহস্থালি ওয়াশিং মেশিনগুলির জন্য আদর্শ পছন্দ।। আর্মেচারের সাপেক্ষে ক্ষেত্র উইন্ডিং সুইচিং এর মাধ্যমে, এই মোটর ড্রামকে নাড়ানোর (সামনে এবং পেছনে উভয় দিকে) জন্যও ব্যবহার করা যায়। ঘূর্ণন চক্রের জন্য প্রয়োজনীয় উচ্চগতির জন্যও এই মোটরকে পরিচালনা করা যায়। আজকাল এর পরিবর্তে পরিবর্তনশীল কম্পাংক ড্রাইভ মোটর বেশি ব্যবহার করা হয়।

রেল ট্র্যাকশন 
ইউনিভার্সাল মোটর বৈদ্যুতিক রেলপথের প্রচলিত রেল ট্র্যাকশন মোটরের ভিত্তিও তৈরি করে। এই প্রয়োগটিতে, প্রাথমিকভাবে ডিসিতে চলার জন্য তৈরি করা একটি মোটরে এসি সরবরাহ করা হয় যার ফলে চৌম্বকীয় উপাদানগুলোর, বিশেষ করে মোটরের ক্ষেত্র মেরু অংশগুলো, এডি কারেন্ট দ্বারা উত্তপ্ত হওয়ায় দক্ষতা হ্রাস করতে পারে কারণ ডিসির জন্য সেখানে সলিড লোহা (অস্তরীভূত) ব্যবহৃত হত। যদিও ট্রান্সফর্মারের কোর এবং উচ্চ ব্যাপ্তিযোগ্য বৈদ্যুতিক স্টিলের স্তরায়ণের মত স্তরীভূত মেরু অংশ ব্যবহার করে তাপীয় প্রভাব কমানো হয়, বিংশ শতাব্দীর শুরুর দিকে মোটরগুলোর জন্য একটি সমাধান প্রচলিত ছিল যেখানে এগুলো খুবই কম কম্পাংকের, মূলত ২৫ এবং ৫০/৩ হার্জ, এসি সরবরাহ দ্বারা পরিচালনা করা হত।

স্টার্টার মোটর 
ছোট এবং কম গতিতে অধিক টর্ক থাকার সুবিধার কারণে দহন ইঞ্জিনের স্টার্টারগুলো সাসাধারণত ইউনিভার্সাল মোটর হয়। কিছু স্টার্টারের স্থায়ী চুম্বক থাকে, অন্যগুলোর ৪টি মেরুর মধ্যে ১টি মেরু সিরিজ উন্ড কুণ্ডলীর পরিবর্তে শান্ট কুন্ডলী দিয়ে পেচানো থাকে।

তথ্যসূত্র 

বৈদ্যুতিক মোটর