Κινητήρας έλξης

Εφαρμογές μεταφορών

Σιδηρόδρομος

Οι σιδηρόδρομοι χρησιμοποίησαν πρώτα κινητήρες συνεχούς ρεύματος. Αυτοί οι κινητήρες λειτουργούσαν συνήθως με περίπου 600 βολτ. Αναπτύχθηκαν ημιαγωγοί υψηλής ισχύος για τον έλεγχο της μεταγωγής των κινητήρων εναλλασσόμενου ρεύματος. Έκαναν τους επαγωγικούς κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος καλύτερη επιλογή. Ένας επαγωγικός κινητήρας δεν απαιτεί επαφές στο εσωτερικό του κινητήρα. Αυτοί οι κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος είναι απλούστεροι και πιο αξιόπιστοι από τους παλιούς κινητήρες συνεχούς ρεύματος. Οι επαγωγικοί κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος είναι γνωστοί ως ασύγχρονοι κινητήρες έλξης.

Πριν από τα μέσα του 20ου αιώνα, ένας μόνο μεγάλος κινητήρας χρησιμοποιούνταν συχνά για την κίνηση πολλών τροχών μέσω ράβδων σύνδεσης. Αυτός ήταν ο ίδιος τρόπος με τον οποίο οι ατμομηχανές γύριζαν τους κινητήριους τροχούς τους. Τώρα, η συνήθης πρακτική είναι να χρησιμοποιείται ένας κινητήρας έλξης για την κίνηση κάθε άξονα μέσω οδοντωτού τροχού.

Συνήθως, ο κινητήρας έλξης τοποθετείται μεταξύ του πλαισίου του τροχού και του κινητήριου άξονα. Αυτό ονομάζεται "κινητήρας έλξης με αναστολή στη μύτη". Το πρόβλημα με αυτή την τοποθέτηση είναι ότι μέρος του βάρους του κινητήρα βρίσκεται στον άξονα. Αυτό προκαλεί ταχύτερη φθορά της τροχιάς και του πλαισίου. Οι ηλεκτρικές μηχανές "Bi-Polar" που κατασκεύασε η General Electric για την Milwaukee Road είχαν κινητήρες άμεσης κίνησης. Ο περιστρεφόμενος άξονας του κινητήρα ήταν επίσης ο άξονας για τους τροχούς.

Ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος αποτελείται από δύο μέρη: τον περιστρεφόμενο οπλισμό και τα σταθερά τυλίγματα πεδίου. Τα τυλίγματα πεδίου, που ονομάζονται επίσης στάτης, περιβάλλουν τον οπλισμό. Τα τυλίγματα πεδίου αποτελούνται από σφιχτά τυλιγμένα πηνία σύρματος μέσα στο περίβλημα του κινητήρα. Ο οπλισμός, που ονομάζεται επίσης ρότορας, είναι ένα άλλο σύνολο από πηνία σύρματος τυλιγμένα γύρω από τον κεντρικό άξονα. Ο οπλισμός συνδέεται με τα τυλίγματα πεδίου μέσω βουρτσών. Οι ψήκτρες είναι ελατηριωτές επαφές που πιέζουν τον μεταγωγέα. Ο μεταγωγέας στέλνει το ηλεκτρικό ρεύμα σε κυκλικό μοτίβο στα τυλίγματα του οπλισμού. Ένας κινητήρας με τύλιγμα σειράς έχει τον οπλισμό και τα τυλίγματα πεδίου συνδεδεμένα σε σειρά. Ένας κινητήρας συνεχούς ρεύματος με τύλιγμα σειράς έχει χαμηλή ηλεκτρική αντίσταση. Όταν εφαρμόζεται τάση στον κινητήρα, δημιουργείται ισχυρό μαγνητικό πεδίο στο εσωτερικό του κινητήρα. Αυτό παράγει μεγάλη ροπή, οπότε είναι καλός για την εκκίνηση ενός τρένου. Εάν στον κινητήρα σταλεί περισσότερο ρεύμα από το απαιτούμενο, θα υπάρξει υπερβολική ροπή και οι τροχοί θα περιστραφούν. Εάν σταλεί πολύ ρεύμα στον κινητήρα, μπορεί να προκληθεί ζημιά στον κινητήρα. Οι αντιστάσεις χρησιμοποιούνται για τον περιορισμό του ρεύματος κατά την εκκίνηση του κινητήρα.

Καθώς ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος αρχίζει να περιστρέφεται, τα μαγνητικά πεδία στο εσωτερικό του αρχίζουν να ενώνονται. Δημιουργούν μια εσωτερική τάση. Αυτή η ηλεκτρομαγνητική δύναμη (EMF) λειτουργεί ενάντια στην τάση που αποστέλλεται στον κινητήρα. Η ηλεκτρομαγνητική δύναμη ελέγχει τη ροή ρεύματος στον κινητήρα. Καθώς ο κινητήρας επιταχύνεται, η ΗΕΔ μειώνεται. Λιγότερο ρεύμα ρέει στον κινητήρα και αυτός παράγει λιγότερη ροπή. Ο κινητήρας θα σταματήσει να αυξάνει την ταχύτητά του όταν η ροπή συμπίπτει (είναι ίδια με την αντίσταση του συρμού). Για να επιταχυνθεί το τρένο, πρέπει να σταλεί περισσότερη τάση στον κινητήρα. Μία ή περισσότερες αντιστάσεις αφαιρούνται για να αυξηθεί η τάση. Αυτό θα αυξήσει το ρεύμα. Η ροπή θα αυξηθεί και έτσι θα αυξηθεί και η ταχύτητα του τρένου. Όταν δεν απομένουν αντιστάσεις στο κύκλωμα, η πλήρης τάση δικτύου εφαρμόζεται απευθείας στον κινητήρα.

Σε ένα ηλεκτρικό τρένο, ο μηχανοδηγός έπρεπε αρχικά να ελέγχει την ταχύτητα αλλάζοντας την αντίσταση με το χέρι. Μέχρι το 1914 χρησιμοποιήθηκε η αυτόματη επιτάχυνση. Αυτό επιτυγχανόταν με ένα ρελέ επιτάχυνσης στο κύκλωμα του κινητήρα. Αυτό συχνά ονομαζόταν ρελέ εγκοπής. Το ρελέ παρακολουθούσε την πτώση του ρεύματος και έλεγχε την αντίσταση. Το μόνο που έπρεπε να κάνει ο οδηγός ήταν να επιλέξει χαμηλή, μεσαία ή πλήρη ταχύτητα. Αυτές οι ταχύτητες ονομάζονται παράπλευρη, σειριακή και παράλληλη από τον τρόπο με τον οποίο ήταν συνδεδεμένοι οι κινητήρες.

Οδικά οχήματα

Δείτε επίσης: Υβριδικό ηλεκτρικό όχημα και Ηλεκτρικό όχημα

Παραδοσιακά τα οδικά οχήματα (αυτοκίνητα, λεωφορεία και φορτηγά) χρησιμοποιούσαν κινητήρες ντίζελ ή βενζίνης με κιβώτιο ταχυτήτων. Στο δεύτερο μισό του 20ού αιώνα άρχισαν να αναπτύσσονται οχήματα με ηλεκτρικά συστήματα μετάδοσης κίνησης. Τα οχήματα αυτά έχουν πηγή ηλεκτρικής ενέργειας από μπαταρίες ή κυψέλες καυσίμου. Μπορεί επίσης να κινούνται με κινητήρες εσωτερικής καύσης.

Ένα πλεονέκτημα από τη χρήση ηλεκτρικών κινητήρων είναι ότι ορισμένοι τύποι μπορούν να παράγουν ενέργεια. Λειτουργούν ως δυναμό κατά τη διάρκεια της πέδησης. Αυτό συμβάλλει στη βελτίωση της απόδοσης του οχήματος.

Ψύξη

Λόγω των υψηλών επιπέδων ισχύος που χρησιμοποιούν οι κινητήρες έλξης, δημιουργούν πολλή θερμότητα. Συνήθως απαιτούν ψύξη, συχνά με εξαναγκασμένο αέρα.