Trakční motor — princip, typy a použití

Železnice

Železnice nejprve používaly stejnosměrné motory. Tyto motory obvykle pracovaly s napětím kolem 600 V. Pro řízení spínání střídavých motorů byly vyvinuty výkonné polovodiče. Díky nim se střídavé indukční motory staly lepší volbou. Indukční motor nevyžaduje kontakty uvnitř motoru. Tyto střídavé motory jsou jednodušší a spolehlivější než staré stejnosměrné motory. Střídavé indukční motory známé jako asynchronní trakční motory.

Před polovinou 20. století se často používal jeden velký motor, který prostřednictvím ojnic poháněl více kol. Stejným způsobem otáčely svá hnací kola i parní lokomotivy. Nyní se běžně používá jeden trakční motor, který pohání každou nápravu přes převodovku.

Trakční motor se obvykle montuje mezi rám kola a hnanou nápravu. Tomuto řešení se říká "trakční motor zavěšený na přídi". Problémem této montáže je, že část hmotnosti motoru je na nápravě. To způsobuje rychlejší opotřebení rozchodu a rámu. Elektrické lokomotivy "Bi-Polar" vyráběné společností General Electric pro společnost Milwaukee Road měly motory s přímým pohonem. Rotující hřídel motoru byla zároveň nápravou pro kola.

Stejnosměrný motor se skládá ze dvou částí: rotující kotvy a pevného vinutí pole. Vinutí pole, nazývané také stator, obklopuje kotvu. Vinutí pole je tvořeno pevně navinutými cívkami drátu uvnitř skříně motoru. Kotva, nazývaná také rotor, je další sada cívek z drátu navinutých kolem centrální hřídele. Kotva je spojena s vinutím pole pomocí kartáčů. Kartáče jsou pružinové kontakty, které tlačí na komutátor. Komutátor vysílá elektrický proud v kruhovém tvaru do vinutí kotvy. Sériově vinutý motor má kotvu a vinutí pole zapojeny sériově. Sériově vinutý stejnosměrný motor má nízký elektrický odpor. Když se na motor přivede napětí, vytvoří se uvnitř motoru silné magnetické pole. To vytváří vysoký točivý moment, takže se hodí pro rozjezd vlaku. Pokud by se do motoru pustilo více proudu, než je potřeba, vznikl by příliš velký točivý moment a kola by se roztočila. Pokud by se do motoru posílal příliš velký proud, mohlo by dojít k jeho poškození. K omezení proudu při spouštění motoru se používají odpory.

Jakmile se stejnosměrný motor začne otáčet, magnetická pole uvnitř se začnou spojovat. Vytvářejí vnitřní napětí. Tato elektromagnetická síla (EMF) působí proti napětí vysílanému do motoru. EMF řídí tok proudu v motoru. Jak se motor zrychluje, EMF klesá. Do motoru teče méně proudu a motor vytváří menší točivý moment. Motor přestane zvyšovat otáčky, když se točivý moment vyrovná (je stejný jako) odporu vlaku. Aby se vlak zrychlil, musí se do motoru přivádět větší napětí. Pro zvýšení napětí se odstraní jeden nebo více rezistorů. Tím se zvýší proud. Zvýší se točivý moment a tím i rychlost vlaku. Když v obvodu nezůstanou žádné rezistory, přivádí se plné síťové napětí přímo na motor.

U elektrického vlaku musel strojvedoucí původně řídit rychlost ruční změnou odporu. V roce 1914 se začalo používat automatické zrychlování. Toho se dosahovalo pomocí zrychlovacího relé v obvodu motoru. To se často nazývalo vrubovací relé. Relé sledovalo pokles proudu a řídilo odpor. Řidič musel pouze zvolit nízké, střední nebo plné otáčky. Tyto rychlosti se nazývají boční, sériové a paralelní podle toho, jak byly motory zapojeny.

Silniční vozidla

Viz také: Hybridní elektromobil a Elektromobil

Silniční vozidla (osobní automobily, autobusy a nákladní automobily) tradičně používají vznětové nebo zážehové motory s převodovkou. Ve druhé polovině 20. století se začala vyvíjet vozidla s elektrickými převodovkami. Tato vozidla mají zdroj elektrické energie z baterií nebo palivových článků. Mohou být také poháněna spalovacími motory.

Výhodou používání elektromotorů je, že některé typy mohou vyrábět energii. Při brzdění fungují jako dynamo. To pomáhá zlepšit účinnost vozidla.

Vzhledem k vysokému výkonu trakčních motorů vzniká velké množství tepla. Obvykle vyžadují chlazení, často nuceným vzduchem.