Traktionsmotor — definition og anvendelse i elektriske køretøjer
Lær om traktionsmotorer: definition, funktion og anvendelser i elektriske køretøjer — fra tog og lokomotiver til elbiler, elevatorer og industritransport.
Se også: Elektrisk køretøj og Elektromotor
Traktionsmotor (ofte kaldet trækmotor) er en type elektrisk motor designet til at levere det nødvendige drejningsmoment og effekt for at sætte et køretøj eller en maskine i bevægelse. En trækmotor omsætter elektrisk energi til roterende mekanisk energi, som typisk omdannes yderligere til fremdrift via gear, aksler eller direkte i drivhjulene.
Typer og opbygning
Traktionsmotorer findes i flere udførelser afhængigt af krav til ydeevne, vægt og effektivitet. Almindelige typer er:
- DC-motorer (tidligere almindelige i jernbane- og sporvogne), som kan give højt startmoment.
- AC-asynkrone (induktions) motorer, som er robuste og udbredte i moderne tog og elbiler.
- Synkrone motorer og permanentmagnet-motorer, som ofte giver høj effektivitet og kompakt størrelse.
Motorens konstruktion omfatter rotor, stator, lejer, kølesystem og elektrisk isolation. I moderne anvendelser indgår også en kraftelektronik (inverter) til styring af frekvens og spænding.
Styresystemer og regulering
Traktionsmotorer styres typisk af avancerede elektroniske systemer, som kan omfatte:
- Invertere (omformer DC↔AC) til at levere passende amplituder og frekvenser.
- Vektorstyring eller Field Oriented Control (FOC) og Direct Torque Control (DTC) for præcis moment- og hastighedsregulering.
- Regenerativ bremsning, hvor motoren fungerer som generator for at tilbageføre energi til batterier eller net.
Anvendelse i elektriske køretøjer og maskiner
Traktionsmotorer anvendes bredt i transport og materialehåndtering. Eksempler inkluderer:
- Elektriske tog og sporvogne – især elektriske motorvogne og elektriske lokomotiver, hvor motorer driver hjul gennem aksler og gear.
- Elektriske køretøjer som personbiler, busser og lastbiler (batteridrevne elektriske køretøjer), hvor motoren kan være placeret i hjulnavet (in-wheel), på akslen eller midtmonteret.
- Dieselelektriske systemer (f.eks. dieselelektriske lokomotiver), elektriske hybridkøretøjer og andre køretøjer, hvor en forbrændingsmotor driver en generator, som forsyner trækmotorerne.
- Industrielle applikationer som elevatorer, transportører og lagertryk, hvor præcist moment og hastighed er nødvendigt. Eksempler på mindre specialiserede køretøjer kan være elektriske mælkevogne og arbejdsbiler.
Traktionsmotorens rolle i et køretøj integreres ofte med kraftoverføringskomponenter (gear, differentialer), batteri- eller generatorløsninger og styreenheder for at optimere rækkevidde, acceleration og energieffektivitet.
Tekniske egenskaber og krav
- Drejningsmoment og effekt: Højt startmoment er vigtigt for acceleration og belastningsstart; kontinuerlig og peak-effekt specificeres separat.
- Hastighedsområde: Motorer designes til at levere stabile egenskaber over det nødvendige hastighedsområde uden overophedning.
- Køling: Luft- eller væskekøling benyttes for at holde temperaturer inden for sikre grænser ved høje belastninger.
- Effektivitet: Høj effektivitet reducerer energitab og forbedrer rækkevidde i batteridrevne køretøjer.
- Robusthed og vedligeholdelse: Børsteløse motorer (f.eks. synkrone/induktionsmotorer) kræver mindre vedligeholdelse end børstemotorer.
Regenerativ bremsning og energigenvinding
En central fordel ved elektriske trækmotorer i køretøjer er muligheden for regenerativ bremsning: under opbremsning fungerer motoren som generator og returnerer kinetisk energi til batteriet eller nettet. Det øger samlet energieffektivitet og reducerer slid på mekaniske bremser.
Integration og installationsformer
Motorer kan monteres på forskellige måder afhængig af køretøjets design:
- Akselmotor: Motoren sidder centralt og driver akslen via gear.
- Navmotor / in-wheel: Motorer monteret direkte i hjulnavet, hvilket kan spare plads og eliminere nogle mekaniske tab, men øger uhængt masse.
- Modulære enheder: Komplette drivmoduler med motor, gear og styreenhed for hurtig integration i køretøjsplatforme.
Fordele og udfordringer
- Fordele: Høj effektivitet, præcis styring, regenerativ bremsning, lavere vedligeholdelse (især børsteløse systemer) og fleksibel integration i hybrid- og elektriske drivlinjer.
- Udfordringer: Krav til køling og varmehåndtering, kompleks kraftelektronik, behov for avanceret styring og designafvejninger mellem vægt, størrelse og ydeevne.
Vedligeholdelse og drift
Vedligeholdelse omfatter kontrol af lejer, kølesystemer, elektrisk isolation og styringssoftware. Forebyggende overvågning af temperatur, vibrationer og elektriske parametre øger driftssikkerheden og levetiden.
Samlet set er traktionsmotoren en nøglekomponent i moderne elektriske og hybridkøretøjer, der forbinder elektrisk energi med mekanisk bevægelse og gør muligt effektiv, kontrollerbar og miljøvenlig fremdrift.
Anvendelse inden for transport
Jernbane
Jernbanerne brugte først jævnstrømsmotorer. Disse motorer kørte normalt på ca. 600 volt. Der blev udviklet højtydende halvledere til at styre vekselstrømsmotorernes omskiftning. De har gjort vekselstrømsinduktionsmotorer til et bedre valg. En induktionsmotor kræver ingen kontakter inde i motoren. Disse vekselstrømsmotorer er enklere og mere pålidelige end de gamle jævnstrømsmotorer. AC-induktionsmotorer er kendt som asynkrone traktionsmotorer.
Før midten af det 20. århundrede blev der ofte brugt en enkelt stor motor til at drive flere hjul via forbindelsesstænger. Det var den samme måde, som damplokomotiver drejede deres drivhjul på. Nu er det normalt at bruge én traktionsmotor til at drive hver enkelt aksel gennem et tandhjulstræk.
Trækmotoren er normalt monteret mellem hjulrammen og den drevne aksel. Dette kaldes en "næseophængt trækkraftmotor". Problemet med denne montering er, at en del af motorens vægt hviler på akslen. Dette medfører, at sporet og rammen slides hurtigere. De "Bi-Polar" elektriske lokomotiver, der blev bygget af General Electric til Milwaukee Road, havde motorer med direkte drev. Motorens roterende aksel var også aksel for hjulene.
Jævnstrømsmotoren består af to dele; den roterende anker og de faste feltviklinger. Feltviklingen, også kaldet stator, omgiver ankeret. Feltviklingerne består af tætviklede trådspoler inde i motorhuset. Ankeret, også kaldet rotoren, er et andet sæt af trådspoler, der er viklet rundt om den centrale aksel. Ankeret er forbundet med feltviklingerne gennem børster. Børsterne er fjederbelastede kontakter, der trykker mod kommutatoren. Kommutatoren sender elektriciteten i et cirkulært mønster til ankerviklingerne. I en serieoprullet motor er ankeret og feltviklingerne forbundet i serie. En serieopviklet jævnstrømsmotor har en lav elektrisk modstand. Når der påføres spænding på motoren, dannes der et stærkt magnetfelt i motoren. Dette giver et stort drejningsmoment, så den er god til at starte et tog. Hvis der sendes mere strøm end nødvendigt til motoren, vil der blive for stort drejningsmoment, og hjulene vil snurre. Hvis der sendes for meget strøm til motoren, kan motoren blive beskadiget. Der anvendes modstande til at begrænse strømmen, når motoren starter.
Når jævnstrømsmotoren begynder at dreje, begynder de magnetiske felter indeni at samle sig. De skaber en intern spænding. Denne elektromagnetiske kraft (EMF) modvirker den spænding, der sendes til motoren. EMK'en styrer strømmen i motoren. Når motoren bliver hurtigere, falder EMF'en. Der strømmer mindre strøm ind i motoren, og den giver mindre drejningsmoment. Motoren holder op med at øge sin hastighed, når drejningsmomentet svarer til (er det samme som) trækket på toget. For at accelerere toget skal der sendes mere spænding til motoren for at accelerere toget. En eller flere modstande fjernes for at øge spændingen. Dette vil øge strømmen. Drejningsmomentet vil stige, og det samme vil togets hastighed. Når der ikke er nogen modstande tilbage i kredsløbet, tilføres fuld netspænding direkte til motoren.
I et elektrisk tog skulle lokomotivføreren oprindeligt regulere hastigheden ved at ændre modstanden manuelt. I 1914 blev der anvendt automatisk acceleration. Dette blev opnået ved hjælp af et accelerationsrelæ i motorkredsløbet. Dette blev ofte kaldt et hakrelæ. Relæet overvågede strømfaldet og styrede modstanden. Alt, hvad føreren skulle gøre, var at vælge lav, middel eller fuld hastighed. Disse hastigheder kaldes shunt-, serie- og parallelhastigheder efter den måde, hvorpå motorerne var tilsluttet.
Vejkøretøjer
Se også: Hybrid-elbil og Elbil
Traditionelt har vejkøretøjer (biler, busser og lastbiler) anvendt diesel- eller benzinmotorer med gearkasse. I den sidste del af det 20. århundrede begyndte man at udvikle køretøjer med elektriske transmissionssystemer. Disse køretøjer har en elektricitetskilde fra batterier eller brændselsceller. De kan også være drevet af en forbrændingsmotor.
En fordel ved at bruge elmotorer er, at nogle typer kan generere energi. De fungerer som en dynamo under bremsning. Dette er med til at forbedre køretøjets effektivitet.
Køling
På grund af de høje effektniveauer, der anvendes af trækkende motorer, skaber de meget varme. De kræver normalt køling, ofte med tvangsluft.
Spørgsmål og svar
Q: Hvad er en traktionsmotor?
A: En traktionsmotor er en type elektrisk motor, der bruges til at skabe rotationsmoment på en maskine og konvertere det til bevægelse i lige linje.
Q: I hvilke typer elektrisk drevne jernbanekøretøjer bruges der traktionsmotorer?
A: Trækkraftmotorer bruges i elektriske togsæt og elektriske lokomotiver.
Q: Bortset fra skinnekøretøjer, hvor bruges traktionsmotorer ellers?
A: Traktionsmotorer bruges også i elektriske køretøjer som mælkevogne, elevatorer og transportbånd.
Q: Hvilke typer køretøjer bruger elektriske transmissionssystemer og dermed også traktionsmotorer?
A: Køretøjer med elektriske transmissionssystemer som dieselelektriske lokomotiver, elektriske hybridkøretøjer og batteridrevne elektriske køretøjer bruger traktionsmotorer.
Q: Hvad er formålet med en traktionsmotor?
A: Formålet med en traktionsmotor er at generere rotationsmoment på en maskine og konvertere det til bevægelse i lige linje.
Q: Er elektriske køretøjer den eneste type køretøjer, der bruger traktionsmotorer?
A: Nej, dieselelektriske lokomotiver og elektriske hybridkøretøjer bruger også traktionsmotorer i deres elektriske transmissionssystemer.
Q: Kan du nævne nogle eksempler på elektriske køretøjer, der bruger traktionsmotorer?
A: Elektriske mælkevogne såvel som batteridrevne elektriske køretøjer bruger trækkraftmotorer.
Søge