Тяговый электродвигатель

Транспортные приложения

Железная дорога

На железных дорогах сначала использовались двигатели постоянного тока. Эти двигатели обычно работали при напряжении около 600 вольт. Для управления коммутацией двигателей переменного тока были разработаны мощные полупроводники. Благодаря им асинхронные двигатели переменного тока стали лучшим выбором. Асинхронный двигатель не требует контактов внутри двигателя. Эти двигатели переменного тока проще и надежнее, чем старые двигатели постоянного тока. Асинхронные двигатели переменного тока известны как асинхронные тяговые двигатели.

До середины 20-го века один большой двигатель часто использовался для привода нескольких колес через шатуны. Таким же образом паровозы вращали свои ведущие колеса. Сейчас нормальной практикой является использование одного тягового двигателя для привода каждой оси через зубчатую передачу.

Обычно тяговый двигатель устанавливается между рамой колеса и ведомой осью. Это называется "тяговый двигатель с носовой подвеской". Проблема такого крепления заключается в том, что часть веса двигателя приходится на ось. Это приводит к более быстрому износу гусениц и рамы. Электровозы "Bi-Polar", построенные компанией General Electric для Milwaukee Road, имели двигатели с прямым приводом. Вращающийся вал двигателя также являлся осью для колес.

Двигатель постоянного тока состоит из двух частей: вращающегося якоря и неподвижной обмотки возбуждения. Обмотки возбуждения, также называемые статором, окружают якорь. Обмотки возбуждения состоят из плотно намотанных витков провода внутри корпуса двигателя. Якорь, также называемый ротором, представляет собой еще один набор витков провода, намотанных вокруг центрального вала. Якорь соединен с обмотками возбуждения через щетки. Щетки представляют собой подпружиненные контакты, прижимающиеся к коммутатору. Коммутатор посылает электричество по кругу на обмотки якоря. У двигателя с последовательной обмоткой обмотки якоря и обмотки возбуждения соединены последовательно. Последовательно соединенные обмотки двигателя постоянного тока имеют низкое электрическое сопротивление. Когда на двигатель подается напряжение, внутри него создается сильное магнитное поле. Это создает большой крутящий момент, поэтому он хорошо подходит для запуска поезда. Если на двигатель подать ток больше, чем нужно, то крутящий момент будет слишком большим, и колеса будут вращаться. Если на двигатель подается слишком большой ток, это может привести к его повреждению. Резисторы используются для ограничения тока при запуске двигателя.

Когда двигатель постоянного тока начинает вращаться, магнитные поля внутри него начинают соединяться. Они создают внутреннее напряжение. Эта электромагнитная сила (ЭДС) работает против напряжения, подаваемого на двигатель. ЭДС контролирует ток в двигателе. Когда двигатель ускоряется, ЭДС падает. В двигатель поступает меньше тока, и он создает меньший крутящий момент. Двигатель перестанет увеличивать скорость, когда крутящий момент сравняется с силой тяги поезда. Чтобы ускорить поезд, необходимо подать на двигатель большее напряжение. Для увеличения напряжения удаляется один или несколько резисторов. Это приведет к увеличению тока. Крутящий момент увеличится, и скорость поезда возрастет. Когда в цепи не остается резисторов, полное сетевое напряжение подается непосредственно на двигатель.

В электропоезде машинист первоначально должен был контролировать скорость, изменяя сопротивление вручную. К 1914 году стало применяться автоматическое ускорение. Это достигалось с помощью ускоряющего реле в цепи двигателя. Часто его называли реле с насечками. Реле следило за падением тока и регулировало сопротивление. Все, что нужно было сделать водителю, это выбрать низкую, среднюю или полную скорость. Эти скорости называются шунтовыми, последовательными и параллельными по способу подключения двигателей.

Дорожные транспортные средства

См. также: Гибридный электромобиль и Электромобиль

Традиционно дорожные транспортные средства (автомобили, автобусы и грузовики) использовали дизельные или бензиновые двигатели с трансмиссией. Во второй половине 20-го века начали разрабатываться автомобили с электрическими системами трансмиссии. Эти автомобили имеют источник электроэнергии от батарей или топливных элементов. Они также могут приводиться в движение двигателями внутреннего сгорания.

Преимуществом использования электродвигателей является то, что некоторые типы могут вырабатывать энергию. При торможении они действуют как динамо-машина. Это помогает повысить эффективность транспортного средства.

Охлаждение

Из-за высокой мощности, используемой тяговыми двигателями, они выделяют много тепла. Обычно они требуют охлаждения, часто с помощью принудительного воздуха.