Three-phase Induction Motor কীভাবে কাজ করে

কারখানার প্রায় সব Pump, Fan, Compressor আর Conveyor চলে Three-phase Induction Motor দিয়ে। এটা সস্তা, মজবুত, আর প্রায় রক্ষণাবেক্ষণহীন। Motor কীভাবে ঘোরে বুঝলে Nameplate পড়া, Starter বাছাই আর Fault খোঁজা — সবকিছু সহজ হয়ে যায়।

Motor-এর দুই অংশ

• Stator — স্থির অংশ। Steel lamination-এর খাঁজে তিনটি winding বসানো, একটির থেকে আরেকটি 120° সরিয়ে। Supply দেওয়া হয় শুধু এই winding-এ।
• Rotor — ঘূর্ণায়মান অংশ। বেশিরভাগ Motor-এ Squirrel Cage Rotor: Aluminium বা Copper-এর bar, দুই প্রান্তে ring দিয়ে short করা। Rotor-এ কোনো supply বা তার যায় না।

Stator আর Rotor-এর মাঝে খুব সরু Air Gap থাকে — ছোট Motor-এ এক মিলিমিটারেরও কম। Bearing ক্ষয় হলে Rotor এই gap-এ Stator-এ ঘষা খায়।

Rotating Magnetic Field: ঘোরার মূল কারণ

তিনটি winding-এ তিন phase-এর Current যায়। প্রতিটি phase-এর Current সময়ের সাথে 120° পিছিয়ে বাড়ে-কমে। তিনটি winding-এর Magnetic Field যোগ হয়ে একটি একক Field তৈরি হয়, যার শক্তি স্থির কিন্তু যা Stator-এর চারপাশে ঘোরে। কোনো যন্ত্রাংশ না নড়েও Field ঘোরে — এটাই Three-phase-এর জাদু।

এই Field যে গতিতে ঘোরে, তাকে বলে Synchronous Speed ($N_s$):

$$N_s = \frac{120 \times f}{P}$$

এখানে $f$ = Supply Frequency (Hz), $P$ = Pole সংখ্যা।

বাংলাদেশে $f$ = 50 Hz, তাই:

Nameplate-এ 1460 rpm লেখা থাকলে বুঝবেন Motor-টি 4-pole।

নিজে চালিয়ে দেখুন

START চাপুন, তারপর "থামান" চেপে বা সময়ের slider টেনে এক এক মুহূর্ত দেখুন: প্রতিটি winding-এর Current শুধু বাড়ে-কমে, কিন্তু তিনটির যোগফল একই দৈর্ঘ্যে ঘোরে। Pole সংখ্যা, Load, phase অদলবদল আর Single phasing-ও চেষ্টা করুন — নিচের অংশগুলো পড়ার সময় আবার এখানে ফিরে আসতে পারেন।

Interactive: Rotating Magnetic Field

400 V, 50 Hz, 3-phase · ধীর গতিতে দেখানো

Synchronous Speed

৩০০০ rpm

Rotor Speed

০ rpm

Slip

—

Rotor Frequency

—

দেখার সুবিধার জন্য ছবিতে Slip ৫ গুণ বাড়িয়ে দেখানো হয়েছে; ওপরের সংখ্যাগুলো বাস্তব।

SupplyON

STARTSTOP⏸ থামান

সময় (Electrical angle θ) ০°টেনে নিজে সময় এগিয়ে-পিছিয়ে দেখুন (animation থামবে)।

Pole সংখ্যা

২ pole৪ pole৬ pole

Load ৫০%

L2 ↔ L3 অদলবদলL3 নেই (Single phasing)খুব ধীরধীর

Supply বন্ধ

START চাপুন। প্রথমে “খুব ধীর” গতিতে দেখুন: প্রতিটি winding-এর Current বাড়ে-কমে, কিন্তু তিনটি মিলে তৈরি Field ঘোরে।

০°১৮০°৩৬০°

Rotor কেন ঘোরে

1. ঘূর্ণায়মান Field Rotor bar-গুলোকে কাটে।
2. Transformer-এর মতো Rotor bar-এ Voltage induce হয় (এজন্যই নাম Induction Motor)।
3. Bar-গুলো ring দিয়ে short করা, তাই বড় Current চলে।
4. Field-এর মধ্যে Current বহনকারী bar বল (force) অনুভব করে — Rotor Field-এর দিকেই ঘুরতে শুরু করে।

Slip: কেন কখনো পুরো Synchronous Speed নয়

Rotor যদি Field-এর সমান গতিতে ঘুরত, তাহলে Field আর bar-কে কাটত না — Voltage নেই, Current নেই, Torque নেই। তাই Rotor সবসময় একটু পিছিয়ে থাকে। এই পিছিয়ে থাকার অনুপাতকে বলে Slip:

$$s = \frac{N_s - N}{N_s}$$

Load বাড়লে Rotor আরেকটু ধীর হয়, Slip বাড়ে, Rotor-এ বেশি Current induce হয়, ফলে বেশি Torque তৈরি হয়। এভাবেই Motor নিজে নিজে Load-এর সাথে মানিয়ে নেয়। Full-load-এ সাধারণ Slip প্রায় 1–6% (বড় Motor-এ কম, ছোট Motor-এ বেশি)।

হিসাবের উদাহরণ

একটি 4-pole, 50 Hz Motor-এর Nameplate speed 1460 rpm।

• $N_s = 120 \times 50 / 4 = 1500$ rpm
• $s = (1500 - 1460) / 1500 = 0.0267$ অর্থাৎ 2.67%
• Rotor Current-এর Frequency $f_r = s \times f = 0.0267 \times 50 \approx$ 1.3 Hz

Rotor-এ Frequency এত কম বলেই Rotor-এর Iron loss খুব সামান্য।

Starting-এর মুহূর্তে কী হয়

Start-এর সময় Rotor স্থির, অর্থাৎ Slip = 1 (100%)। Field পুরো গতিতে bar কাটে, তাই Rotor-এ — এবং Stator-এ — বিশাল Current চলে। DOL-এ Starting Current সাধারণত Full-load Current (FLC)-এর 6–8 গুণ। Speed বাড়ার সাথে Current দ্রুত কমে। এজন্যই বড় Motor-এ Star-Delta, Soft Starter বা VFD লাগে — বিস্তারিত Lesson 4: Starting Method-এ।

No-load ও Full-load Current

Load ছাড়াও Motor Current নেয়, কারণ Air Gap-এ Magnetic Field তৈরি রাখতে Magnetising Current লাগে। No-load Current সাধারণত FLC-এর 25–50%; বেশি Pole-এর Motor-এ এই অনুপাত বেশি। No-load-এ Power Factor খুব কম (প্রায় 0.1–0.3), Full-load-এ প্রায় 0.8–0.9।

একটি বাস্তব ঘটনা পড়ুন: No-load আর Full-load-এ একই Current: একটি 6-pole Motor-এর ঘটনা।

Power-এর পথ ও Efficiency

Supply থেকে নেওয়া Power পুরোটা Shaft-এ পৌঁছায় না:

1. Stator Copper loss ও Iron loss
2. বাকিটা Air Gap পেরিয়ে Rotor-এ যায় (Air Gap Power)
3. Rotor Copper loss = Slip × Air Gap Power
4. Friction ও Fan loss
5. যা থাকে, সেটাই Shaft Power — Nameplate-এর kW

তাই Nameplate-এর kW হলো Output, Input নয়। Full-load Current-এর হিসাবে Efficiency ($\eta$) ও Power Factor দুটোই লাগে:

$$I_{FL} = \frac{P \times 1000}{\sqrt{3} \times V \times \eta \times \cos\varphi}$$

নিজে হিসাব করুন: Motor Full-load Current Calculator।

ঘোরার দিক বদলানো

Field-এর ঘোরার দিক নির্ভর করে phase sequence-এর ওপর। যেকোনো দুটি supply phase অদলবদল করলেই Motor উল্টো ঘোরে। নতুন Motor বসানোর পর Coupling লাগানোর আগে সংক্ষেপে চালিয়ে দিক দেখে নিন — উল্টো ঘুরলে অনেক Pump ও Compressor-এর ক্ষতি হয়।

সাধারণ ভুল ধারণা

• "Motor-এর kW মানে সে এতটা Power নেয়" — না, এটা Shaft Output। Input বেশি।
• "No-load-এ Current প্রায় শূন্য হবে" — না, Magnetising Current সবসময় থাকে।
• "Speed Load-এর ওপর অনেক বদলায়" — Induction Motor-এর Speed No-load থেকে Full-load পর্যন্ত মাত্র কয়েক শতাংশ কমে। Speed বেশি কমে গেলে Overload বা Voltage কম — খুঁজে দেখুন।

সংক্ষেপে

• তিন phase-এর Current মিলে Stator-এ Rotating Magnetic Field তৈরি করে।
• Field Rotor bar-এ Current induce করে, সেখান থেকেই Torque।
• Synchronous Speed $N_s = 120f/P$; 50 Hz-এ 4-pole Motor = 1500 rpm।
• Rotor সবসময় একটু ধীর — Slip ছাড়া Torque হয় না; Full-load-এ সাধারণত 1–6%।
• Start-এ Slip = 1, তাই Current FLC-এর 6–8 গুণ।
• Nameplate-এর kW হলো Shaft Output; দুই phase অদলবদল করলে দিক বদলায়।

পরের Lesson: Motor-এর Nameplate পড়া।