Silnik trakcyjny

Zastosowania w transporcie

Railroad

Koleje najpierw używały silników prądu stałego. Silniki te pracowały zazwyczaj przy napięciu około 600 V. Do sterowania przełączaniem silników prądu przemiennego opracowano półprzewodniki o dużej mocy. Dzięki nim silniki indukcyjne prądu przemiennego stały się lepszym wyborem. Silnik indukcyjny nie wymaga styków wewnątrz silnika. Te silniki AC są prostsze i bardziej niezawodne niż stare silniki DC. Silniki indukcyjne prądu przemiennego znane są jako asynchroniczne silniki trakcyjne.

Przed połową XX wieku pojedynczy duży silnik był często używany do napędzania wielu kół poprzez korbowody. W ten sam sposób lokomotywy parowe obracały swoje koła napędowe. Obecnie, normalną praktyką jest stosowanie jednego silnika trakcyjnego do napędzania każdej osi poprzez przekładnię.

Zazwyczaj silnik trakcyjny montowany jest pomiędzy ramą koła a osią napędzaną. Nazywa się to "silnikiem trakcyjnym zawieszonym na nosie". Problem z takim montażem polega na tym, że część masy silnika znajduje się na osi. Powoduje to szybsze zużywanie się toru i ramy. Lokomotywy elektryczne "Bi-Polar" zbudowane przez General Electric dla Milwaukee Road miały silniki z napędem bezpośrednim. Obracający się wał silnika był jednocześnie osią dla kół.

Silnik prądu stałego składa się z dwóch części: obracającej się twornika i nieruchomego uzwojenia pola. Uzwojenie polowe, zwane również stojanem, otacza twornik. Uzwojenia pola wykonane są z ciasno nawiniętych cewek drutu wewnątrz obudowy silnika. Armatura, zwana również wirnikiem, to kolejny zestaw zwojów drutu nawiniętych wokół centralnego wału. Armatura jest połączona z uzwojeniami pola za pomocą szczotek. Szczotki to sprężynujące styki dociskające komutator. Komutator przesyła energię elektryczną w sposób kolisty do uzwojeń twornika. Silnik szeregowy ma uzwojenie twornika i uzwojenie pola połączone szeregowo. Szeregowo uzwojony silnik prądu stałego ma niską rezystancję elektryczną. Kiedy napięcie jest przyłożone do silnika, wytwarza ono silne pole magnetyczne wewnątrz silnika. Wytwarza to duży moment obrotowy, dlatego nadaje się do rozruchu pociągu. Jeśli do silnika zostanie doprowadzone większe natężenie prądu niż jest to konieczne, moment obrotowy będzie zbyt duży i koła będą się obracać. Jeśli do silnika zostanie przesłany zbyt duży prąd, może on ulec uszkodzeniu. Rezystory są używane do ograniczenia prądu podczas rozruchu silnika.

Gdy silnik DC zaczyna się obracać, pola magnetyczne wewnątrz zaczynają się łączyć. Tworzą one wewnętrzne napięcie. Ta siła elektromagnetyczna (EMF) działa przeciwko napięciu wysyłanemu do silnika. EMF kontroluje przepływ prądu w silniku. Gdy silnik przyspiesza, EMF spada. Do silnika płynie mniej prądu i wytwarza on mniejszy moment obrotowy. Silnik przestanie zwiększać prędkość, gdy moment obrotowy będzie równy (taki sam jak) oporowi pociągu. Aby przyspieszyć pociąg, do silnika należy przesłać większe napięcie. Aby zwiększyć napięcie, usuwa się jeden lub więcej oporników. Spowoduje to zwiększenie natężenia prądu. Moment obrotowy wzrośnie, a wraz z nim prędkość pociągu. Gdy w obwodzie nie ma już żadnych oporników, pełne napięcie sieciowe jest podawane bezpośrednio do silnika.

W pociągu elektrycznym maszynista musiał początkowo sterować prędkością poprzez ręczną zmianę oporu. Do roku 1914 zaczęto stosować automatyczne przyspieszanie. Osiągano to za pomocą przekaźnika przyspieszającego w obwodzie silnika. Nazywano go często przekaźnikiem karbującym. Przekaźnik obserwował spadek prądu i kontrolował opór. Wszystko, co kierowca musiał zrobić, to wybrać niską, średnią lub pełną prędkość. Prędkości te nazywane są bocznikowymi, szeregowymi i równoległymi od sposobu, w jaki silniki były okablowane.

Pojazdy drogowe

Zobacz także: Hybrydowy pojazd elektryczny i Pojazd elektryczny

Tradycyjnie w pojazdach drogowych (samochodach osobowych, autobusach i ciężarówkach) stosowano silniki wysokoprężne lub benzynowe z przekładnią. W drugiej połowie XX wieku zaczęły powstawać pojazdy z elektrycznymi układami przeniesienia napędu. Pojazdy te mają źródło energii elektrycznej z akumulatorów lub ogniw paliwowych. Mogą być również napędzane silnikami spalinowymi.

Zaletą stosowania silników elektrycznych jest to, że niektóre typy mogą generować energię. Podczas hamowania działają one jak dynamo. Pomaga to zwiększyć wydajność pojazdu.

Chłodzenie

Ze względu na wysokie poziomy mocy silników trakcyjnych, wytwarzają one dużo ciepła. Zwykle wymagają one chłodzenia, często za pomocą wymuszonego powietrza.