Vilces motors (elektromotors): definīcija, darbības princips un pielietojums
Skatīt arī: Elektriskais transportlīdzeklis un Elektromotors
Vilces motors ir elektromotora veids. Vilces motoru izmanto mašīnas griezes momenta radīšanai. To parasti pārveido taisnā kustībā.
Vilces motori tiek izmantoti elektriskajos dzelzceļa transportlīdzekļos, piemēram, elektriskajās motorvagonos un elektrovilcienos. Tos izmanto arī elektriskajos transportlīdzekļos, piemēram, elektriskajos piena pludiņos, liftos un konveijeros. transportlīdzekļos ar elektropārvades sistēmām, piemēram, dīzeļelektriskajās lokomotīvēs, elektriskajos hibrīdtransportlīdzekļos un ar akumulatoru darbināmos elektriskajos transportlīdzekļos.
Definīcija un funkcija
Vilces motors ir elektromotors, kura galvenā uzdevums ir radīt griezes momentu un pārvietot transportlīdzekli vai darbības elementu. Salīdzinājumā ar vispārīgiem elektromotoriem, vilces motori ir paredzēti lielai jaudai, labai jaudas blīvumam un bieži — spējai darboties ar mainīgu ātrumu un intensīvu slodzi.
Darbības princips
Vilces motori darbojas pēc tā paša elektro‑magnētiskā principa kā citi elektromotori: elektriskā strāva rada magnētisko lauku, kas mijiedarbojas ar rotora lauku, radot griezes momentu. Praktiskajā izmantošanā tiek pielietoti vairāki pamatveidi:
- DC (pastāvīgā strāva) motori — vienkāršāki vadībā, labi griezes momenta nodrošināšanai startā, bet prasa berzes slēdžus vai uzturēšanu.
- Indukcijas (asinhronie) motori — izturīgi, bez ogļu slēdžiem, plaši izmanto vilcienos un rūpniecībā; tiem parasti nepieciešams frekvences pārveidotājs (inverters).
- Sinkronie motori (iekļaujot pastāvīgo magnētu motorus, piemēram, PM, un sinhronos ar lauka tinumu) — augsta efektivitāte un laba vadāmība, bieži izmanto modernās vilces sistēmās.
- BLDC (bezsuku) motori — kompakti, ar labu efektivitāti un ātru reakciju, tiek lietoti arī elektriskajos transportlīdzekļos.
Vadība un bremzēšana
Vilces motora darbību nodrošina jaudas elektronika: inverters, taisngrieži, frekvences pārveidotāji un vadības sistēmas. Mūsdienu sistēmās bieži izmanto trakcijas kontrolierus, kas regulē spriegumu, frekvenci un strāvu, tā ļaujot precīzi kontrolēt ātrumu un griezes momentu. Svarīga funkcija ir reģeneratīvā bremzēšana, kas pārvērš bremzēšanas enerģiju elektrībā un atgriež to akumulatorā vai tīklā, uzlabojot efektivitāti un samazinot bremžu nodilumu.
Pielietojums
Vilces motorus plaši izmanto transportā un rūpniecībā, tostarp:
- Dzelzceļa transportā: elektriskie motorvagoni, elektrovilcieni, tramvaji, metro un trolejbusi.
- Dīzeļelektriskās lokomotīvēs, kur dzinējs ģenerē elektrību vilces motoriem (dīzeļelektriskajās lokomotīvēs).
- Elektriskajos transportlīdzekļos: elektriskajos transportlīdzekļos ar akumulatoru, hibrīdtransportlīdzekļos un speciālajās tehnikās.
- Rūpniecībā: konveijeri, celšanas iekārtas, industriālie roboti un lifts (liftos), kur nepieciešams liels un vadāms griezes moments.
- Citas lietojumprogrammās: elektromobiļu riteņu motoros, jaudīgos zivraktuļos un speciālos elektroniskos piedziņas risinājumos.
Uzstādīšana un mehāniska risinājumi
Vilces motoru uzstādīšana transportlīdzekļos var būt dažāda — motors var būt ass piekārtots pie ass (axle‑mounted), piekarināts (nose‑suspended) vai izvietots uz ritošā jaunuma (bogie‑mounted). Jāņem vērā vibrācijas, balansēšana un pārnesumu sistēmas (tiešā piedziņa vai ar reduktoru). Dzesēšana (gaisa vai šķidruma ceļā) bieži ir nepieciešama, jo lielas jaudas motori rada ievērojamu siltumu.
Priekšrocības un izaicinājumi
- Priekšrocības: augsts efektivitātes līmenis, liels sākuma griezes moments, precīza ātruma kontrole, iespēja reģeneratīvai bremzēšanai un mazāka uzturēšana, salīdzinot ar iekšdedzes dzinējiem.
- Izaicinājumi: nepieciešamība pēc jaudīgas elektronikas (inverteri, vadības sistēmas), dzesēšanas risinājumi, elektromagnētiskā savstarpējā ietekme un, dažkārt, lielāks masa vai izmaksas salīdzinājumā ar vienkāršām sistēmām.
Nākotnes tendences
Attīstās jaudīgāki un kompaktāki vilces motori ar spēcīgiem pastāvīgajiem magnētiem, uzlabotu materiālu izmantošanu un labāku siltuma pārvaldību. Tāpat progresē elektroniskā vadība, mākslīgais intelekts diagnostikai un optimizācijai, kā arī pilnīga integrācija ar akumulatoru un enerģijas pārvaldības sistēmām, lai palielinātu efektivitāti un samazinātu enerģijas patēriņu.
Ja vēlaties padziļināt informāciju par konkrētiem vilces motora tipiem (piem., asinhronie vs. sinhronie), vadības algoritmiem vai dzesēšanas risinājumiem, varu sagatavot īpašu sadaļu ar tehniskiem piemēriem un salīdzinājumiem.
Transporta lietojumprogrammas
Dzelzceļš
Dzelzceļi pirmie izmantoja līdzstrāvas motorus. Šie motori parasti darbojās ar aptuveni 600 voltu spriegumu. Lai kontrolētu maiņstrāvas motoru pārslēgšanu, tika izstrādāti jaudīgi pusvadītāji. Tie padarīja maiņstrāvas indukcijas motorus par labāku izvēli. Indukcijas motoram nav nepieciešami kontakti motora iekšpusē. Šie maiņstrāvas motori ir vienkāršāki un uzticamāki nekā vecie līdzstrāvas motori. Maiņstrāvas indukcijas motori ir pazīstami kā asinhronie vilces motori.
Līdz 20. gadsimta vidum viens liels motors bieži tika izmantots vairāku riteņu piedziņai, izmantojot savienotājvārpstas. Tas bija tāds pats veids, kā tvaika lokomotīves grieza piedziņas riteņus. Tagad parastā prakse ir izmantot vienu vilces motoru, kas katru asi darbina caur zobratu pārnesumkārbu.
Parasti vilces motors ir uzstādīts starp riteņa rāmi un dzenošo asi. To sauc par "priekšā piekārtu vilces motoru". Šādas montāžas problēma ir tā, ka daļa motora svara ir uz ass. Tas izraisa ātrāku sliežu ceļa un rāmja nolietošanos. "Bi-Polar" elektrolokomotīvēm, ko General Electric uzbūvēja Milwaukee Road, bija tiešās piedziņas motori. Motora rotējošā vārpsta bija arī riteņu ass.
Līdzstrāvas motors sastāv no divām daļām: rotējošās enkurdzīslas un fiksētā lauka tinumiem. Lauka tinumi, ko sauc arī par statoru, ieskauj armatūru. Lauka tinumi ir izgatavoti no cieši uztītām stieples spolēm motora korpusa iekšpusē. Armatūra, ko dēvē arī par rotoru, ir vēl viens stieples spoļu komplekts, kas uztīts ap centrālo vārpstu. Armatūra ir savienota ar lauka tinumiem, izmantojot sukas. Birstes ir atsperu kontakti, kas piespiežas pie komutatora. Komutators elektrību apļveida veidā nosūta uz enkurdzinēja tinumiem. Sērijveidā savienotam motoram enkura un lauka tinumi ir savienoti virknē. Sērijveida līdzstrāvas motoram ir maza elektriskā pretestība. Kad motoram tiek pievadīts spriegums, tas rada spēcīgu magnētisko lauku motora iekšpusē. Tas rada lielu griezes momentu, tāpēc tas ir piemērots vilciena iedarbināšanai. Ja motoram tiktu raidīta lielāka strāva, nekā nepieciešams, griezes moments būtu pārāk liels, un riteņi grieztos. Ja motoram tiek sūtīta pārāk liela strāva, tas var sabojāt motoru. Lai ierobežotu strāvu, kad motors tiek iedarbināts, tiek izmantoti rezistori.
Kad līdzstrāvas motors sāk griezties, iekšējie magnētiskie lauki sāk savienoties. Tie rada iekšējo spriegumu. Šis elektromagnētiskais spēks (EML) darbojas pret spriegumu, kas tiek raidīts uz motoru. EML kontrolē strāvas plūsmu motorā. Kad motors paātrinās, EMF samazinās. Motorā ieplūst mazāk strāvas, un tas rada mazāku griezes momentu. Motors pārtrauks palielināt apgriezienus, kad griezes moments būs vienāds ar vilciena pretestību. Lai paātrinātu vilcienu, motoram jāsūta lielāks spriegums. Lai palielinātu spriegumu, noņem vienu vai vairākus rezistorus. Tas palielinās strāvu. Palielināsies griezes moments, un palielināsies arī vilciena ātrums. Ja ķēdē nav atstāti nekādi rezistori, pilns tīkla spriegums tiek pievadīts tieši motoram.
Sākotnēji elektrovilcienā vilciena vadītājam bija jākontrolē ātrums, manuāli mainot pretestību. Līdz 1914. gadam sāka izmantot automātisko paātrināšanu. To panāca ar paātrinājuma releju motora ķēdē. To bieži sauca par iezāģēšanas releju. Relejs novēroja strāvas kritumu un regulēja pretestību. Vadītājam bija tikai jāizvēlas zems, vidējs vai pilns ātrums. Šos ātrumus sauc par šunta, sērijas un paralēlo ātrumu, ņemot vērā to, kā motori tika vadīti.
Autotransporta līdzekļi
Skatīt arī: Hibrīda elektromobilis un Elektromobilis
Tradicionāli autotransporta līdzekļiem (vieglajiem automobiļiem, autobusiem un kravas automobiļiem) izmanto dīzeļdzinējus vai benzīna dzinējus ar transmisiju. 20. gadsimta otrajā pusē sāka izstrādāt transportlīdzekļus ar elektropiedziņas sistēmām. Šiem transportlīdzekļiem elektroenerģijas avots ir akumulatori vai kurināmā elementi. Tos var darbināt arī iekšdedzes dzinēji.
Priekšrocība, izmantojot elektromotorus, ir tā, ka daži to veidi var ģenerēt enerģiju. Bremzēšanas laikā tie darbojas kā dinamo. Tas palīdz uzlabot transportlīdzekļa efektivitāti.
Dzesēšana
Tā kā vilces motori izmanto lielu jaudu, tie rada daudz siltuma. Tos parasti nepieciešams dzesēt, bieži vien ar piespiedu gaisa padevi.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir vilces motors?
A: Vilces motors ir elektromotora veids, ko izmanto, lai radītu griezes momentu mašīnā un pārvērstu to taisnvirziena kustībā.
J: Kādos elektriskajos sliežu transportlīdzekļos izmanto vilces motorus?
A: Vilces motorus izmanto elektriskajos motorvagonos un elektriskajās lokomotīvēs.
J: Kur vēl bez dzelzceļa transportlīdzekļiem izmanto vilces motorus?
A: Vilces motori tiek izmantoti arī elektriskajos transportlīdzekļos, piemēram, piena pludiņos, liftos un konveijeros.
J: Kādos transportlīdzekļu veidos izmanto elektriskās transmisijas sistēmas un līdz ar to arī vilces motorus?
A: Vilces motorus izmanto transportlīdzekļi ar elektropārvades sistēmām, piemēram, dīzeļelektriskās lokomotīves, elektriskie hibrīdtransportlīdzekļi un ar akumulatoru darbināmi elektriskie transportlīdzekļi.
J: Kāds ir vilces motora mērķis?
A: Vilces motora mērķis ir radīt rotācijas griezes momentu mašīnā un pārvērst to taisnvirziena kustībā.
J: Vai elektriskie transportlīdzekļi ir vienīgais transportlīdzekļu veids, kuros izmanto vilces motorus?
A: Nē, arī dīzeļelektriskās lokomotīves un elektriskie hibrīdtransportlīdzekļi savās elektropārvades sistēmās izmanto vilces motorus.
J: Vai varat minēt dažus elektrisko transportlīdzekļu piemērus, kuros izmanto vilces motorus?
A: Elektriskie piena pludiņi, kā arī ar akumulatoru darbināmi elektriskie transportlīdzekļi izmanto vilces motorus.
