Traktionsmotor — elektrisk drivmotor för fordon och industri
Traktionsmotorer är elektriska motorer som driver fordon eller maskiner. Artikeln förklarar principer, konstruktion, historik, användningsområden och skillnader mot vanliga elmotorer.
Översikt
En traktionsmotor är en elmotor som är avsedd att leverera propulsionskraft till fordon eller rörliga maskiner. Huvuduppgiften är att skapa ett kontrollerat vridmoment för att driva hjul, axlar eller andra drivorgan och omvandlas ofta vidare till rätlinjig rörelse via växlar eller drivaxlar. Begreppet omfattar både motorer i tåg och lätta fordon samt i fasta anläggningar som hissar och transportband.
Bildgalleri
4 Bilder
Konstruktion och egenskaper
Traktionsmotorer skiljer sig från många stationära elmotorer genom att de är byggda för varierande belastning, höga startvridmoment och frekventa accelerationer och retardationer. De vanligaste typerna idag är växelströmsmotorer: asynkrona induktionsmotorer och synkrona motorer (inklusive permanentmagnetvarianter). Tidigare var likströmsmotorer vanliga på spårfordon innan kraftelektroniken utvecklades.
- Vridmoment och styrning: Kräver bredt varvtalsområde och god momentkontroll.
- Kylning och termisk hantering: Vanligt med luft- eller vattenkylning beroende på effekt och användning.
- Robust uppbyggnad: För att tåla vibrationer, smuts och variationer i driftcykeln.
Historia och teknisk utveckling
Traktionsmotorer har utvecklats från enkla likströmsmotorer i tidiga lok och spårvagnar till dagens sofistikerade AC-motorer styrda av frekvensomriktare. Införandet av effektiva kraftelektroniska komponenter och mikroprocessorstyrning möjliggjorde regenerativ bromsning, bättre energieffektivitet och större tillförlitlighet. Modern forskning fokuserar på lättare material, permanentmagnetteknik och förbättrad kylning.
Användningsområden och exempel
Vanliga användningsområden är järnvägsfordon som motorvagnar och lokomotiv, storskaliga person- och godstransporter samt urbana lösningar som spårvagnar och elbussar. Traktionsmotorer förekommer också i hissar, transportband, industriella rullbanor och i elektriska fordon som elbilar och hybridfordon. I dieselelektriska system driver en dieselgenerator elektriska traktionsmotorer, som i dieselelektriska lok.
Skillnader och viktiga fakta
Jämfört med vanliga elmotorer för industriellt bruk är traktionsmotorer optimerade för rörlighet, snabba lastvariationer och ofta för möjlighet till regenerativ bromsning. De styrs med kraftelektronik som omvandlar nätet eller batterispänning till lämplig frekvens och spänning, och därför är systemet lika viktigt som själva motorn. Begrepp som vridmoment och maskinlänkar mot maskin eller drivlina är centrala när man beskriver prestanda.
Praktiska aspekter
Vid val av traktionsmotor beaktas driftsprofil, krav på underhåll och energiförbrukning. För fordon spelar vikt och paketstorlek stor roll, medan stationära applikationer ofta prioriterar underhållsvänlighet. För mer information om elmotorers grundprinciper och fordonsteknik finns relaterade artiklar om elmotor och om fordon i allmänhet via fordon.
Sammanfattning
Traktionsmotorer är specialiserade elmotorer som utformats för att driva rörliga system med krav på högt startvridmoment, flexibla driftcykler och ofta möjlighet till energitillbakaföring. Utvecklingen från enkla DC-motorer till avancerade AC-system med kraftelektronik har förbättrat effektivitet och driftsäkerhet, vilket gör tekniken central i modern kollektivtrafik och elektrifierade fordon.
Transporttillämpningar
Järnväg
Järnvägarna använde först likströmsmotorer. Dessa motorer gick vanligtvis på cirka 600 volt. Högpresterande halvledare utvecklades för att styra växelströmsmotorernas omkoppling. De har gjort växelströmsinduktionsmotorer till ett bättre val. En induktionsmotor kräver inga kontakter inuti motorn. Dessa växelströmsmotorer är enklare och mer tillförlitliga än de gamla likströmsmotorerna. Växelströmsinduktionsmotorer är kända som asynkrona dragmotorer.
Före mitten av 1900-talet användes ofta en enda stor motor för att driva flera hjul med hjälp av kopplingsstänger. Detta var samma sätt som ånglokomotiv använde för att vrida sina drivhjul. Nu är det normala att man använder en dragmotor för att driva varje axel via en kugghjulstransmission.
Vanligtvis är dragmotorn monterad mellan hjulramen och den drivna axeln. Detta kallas en "nose-suspensioned traction motor". Problemet med denna montering är att en del av motorns vikt ligger på axeln. Detta gör att spåren och ramen slits snabbare. De elektriska lokomotiv av typen "Bi-Polar" som byggdes av General Electric för Milwaukee Road hade direktdrivna motorer. Motorns roterande axel var också hjulens axel.
Likströmsmotorn består av två delar: den roterande armaturen och de fasta fältlindningarna. Fältlindningarna, även kallade statorn, omger ankaret. Fältlindningarna består av hårt lindade trådspolar inuti motorhuset. Ankaret, även kallat rotorn, är en annan uppsättning trådspolar som är lindade runt den centrala axeln. Ankaret är anslutet till fältlindningarna genom borstar. Borstarna är fjäderbelastade kontakter som trycker mot kommutatorn. Kommutatorn skickar elektriciteten i ett cirkulärt mönster till armaturlindningarna. I en serieinducerad motor är ankaret och fältlindningarna kopplade i serie. En serielindad likströmsmotor har ett lågt elektriskt motstånd. När spänning läggs på motorn skapas ett starkt magnetfält inuti motorn. Detta ger ett stort vridmoment, så den är bra för att starta ett tåg. Om mer ström än vad som behövs skickas till motorn skulle det bli för mycket vridmoment och hjulen skulle snurra. Om för mycket ström skickas till motorn kan den skadas. Motstånd används för att begränsa strömmen när motorn startar.
När likströmsmotorn börjar snurra börjar de magnetiska fälten i den inre motorn att sammanfogas. De skapar en intern spänning. Denna elektromagnetiska kraft (EMF) arbetar mot den spänning som skickas till motorn. EMK styr strömflödet i motorn. När motorn blir snabbare sjunker EMF:n. Mindre ström flödar in i motorn och den ger mindre vridmoment. Motorn slutar att öka sin hastighet när vridmomentet motsvarar (är detsamma som) dragkraften på tåget. För att accelerera tåget måste mer spänning skickas till motorn. Ett eller flera motstånd tas bort för att öka spänningen. Detta kommer att öka strömmen. Vridmomentet kommer att öka och därmed tågets hastighet. När inga motstånd finns kvar i kretsen läggs full nätspänning direkt på motorn.
På ett elektriskt tåg var lokföraren ursprungligen tvungen att styra hastigheten genom att ändra motståndet manuellt. År 1914 började man använda automatisk acceleration. Detta åstadkoms genom ett accelerationsrelä i motorkretsen. Detta kallades ofta för ett relä med uttag. Reläet övervakade strömfallet och styrde motståndet. Allt föraren behövde göra var att välja låg, medelhög eller full hastighet. Dessa hastigheter kallas shunt, serie och parallell från det sätt på vilket motorerna var kopplade.
Vägfordon
Se även: Hybridfordon och elfordon
Traditionellt har vägfordon (bilar, bussar och lastbilar) använt diesel- eller bensinmotorer med en växellåda. Under senare delen av 1900-talet började man utveckla fordon med elektriska växellådor. Dessa fordon har en elkälla från batterier eller bränsleceller. De kan också drivas av en förbränningsmotor.
En fördel med att använda elmotorer är att vissa typer kan generera energi. De fungerar som en dynamo vid inbromsning. Detta bidrar till att förbättra fordonets effektivitet.
Kylning
På grund av de höga effektnivåerna som används av dragmotorer skapar de mycket värme. De kräver vanligtvis kylning, ofta med tvångsluft.
Frågor och svar
F: Vad är en traktionsmotor?
S: En traktionsmotor är en typ av elmotor som används för att skapa rotationsmoment på en maskin och omvandla det till rak rörelse.
F: I vilka typer av eldrivna järnvägsfordon används traktionsmotorer?
S: Traktionsmotorer används i elektriska motorvagnståg och ellok.
F: Var används traktionsmotorer förutom i järnvägsfordon?
S: Traktionsmotorer används även i elektriska fordon som mjölkvagnar, hissar och transportband.
F: Vilka typer av fordon använder elektriska transmissionssystem och därmed också traktionsmotorer?
S: Fordon med elektriska transmissionssystem, t.ex. dieselelektriska lokomotiv, elhybridfordon och batteridrivna elfordon, använder traktionsmotorer.
F: Vad är syftet med en traktionsmotor?
S: Syftet med en traktionsmotor är att generera rotationsmoment på en maskin och omvandla det till rörelse i rak linje.
F: Är elfordon den enda typen av fordon som använder traktionsmotorer?
S: Nej, dieselelektriska lokomotiv och elhybridfordon använder också traktionsmotorer i sina elektriska transmissionssystem.
F: Kan du nämna några exempel på elfordon som använder traktionsmotorer?
S: Elektriska mjölkflottar, liksom batteridrivna elfordon, använder traktionsmotorer.
Relaterade artiklar
Författare
AlegsaOnline.com Traktionsmotor — elektrisk drivmotor för fordon och industri Leandro Alegsa
URL: https://sv.alegsaonline.com/art/101010
Källor
- railway-technical.com : "Electric Traction Drives"
- snowman.com.au : "Evaporative Air Conditioning"