Motore di trazione: funzioni, tipologie e applicazioni principali

Ferrovia

Le ferrovie hanno usato per la prima volta motori a corrente continua. Questi motori di solito funzionavano a circa 600 volt. I semiconduttori ad alta potenza sono stati sviluppati per controllare la commutazione dei motori AC. Hanno reso i motori a induzione AC una scelta migliore. Un motore a induzione non richiede contatti all'interno del motore. Questi motori AC sono più semplici e più affidabili dei vecchi motori DC. I motori a induzione AC conosciuti come motori di trazione asincroni.

Prima della metà del 20° secolo, un singolo grande motore veniva spesso usato per azionare più ruote attraverso delle bielle. Questo era lo stesso modo in cui le locomotive a vapore facevano girare le loro ruote motrici. Ora, la pratica normale è quella di usare un motore di trazione per azionare ogni asse attraverso una trasmissione a ingranaggi.

Di solito, il motore di trazione è montato tra il telaio della ruota e l'asse condotto. Questo è chiamato un "motore di trazione a naso sospeso". Il problema con questo montaggio è che parte del peso del motore è sull'asse. Questo fa sì che il binario e il telaio si usurino più velocemente. Le locomotive elettriche "Bi-Polar" costruite dalla General Electric per la Milwaukee Road avevano motori a trazione diretta. L'albero rotante del motore era anche l'asse delle ruote.

Il motore DC è composto da due parti: l'armatura rotante e gli avvolgimenti di campo fissi. L'avvolgimento di campo, chiamato anche statore, circonda l'indotto. Gli avvolgimenti di campo sono costituiti da bobine di filo strettamente avvolte all'interno della cassa del motore. L'indotto, chiamato anche rotore, è un'altra serie di bobine di filo avvolte attorno all'albero centrale. L'indotto è collegato agli avvolgimenti di campo attraverso delle spazzole. Le spazzole sono contatti a molla che premono contro il commutatore. Il commutatore invia l'elettricità in modo circolare agli avvolgimenti dell'indotto. Un motore avvolto in serie ha l'indotto e gli avvolgimenti di campo collegati in serie. Un motore DC avvolto in serie ha una bassa resistenza elettrica. Quando la tensione è applicata al motore, crea un forte campo magnetico all'interno del motore. Questo produce un'alta quantità di coppia, quindi è buono per avviare un treno. Se al motore viene inviata più corrente del necessario, ci sarebbe troppa coppia e le ruote girerebbero. Se viene inviata troppa corrente al motore, questo potrebbe danneggiarsi. Le resistenze sono usate per limitare la corrente quando il motore si avvia.

Quando il motore DC inizia a girare, i campi magnetici all'interno iniziano a unirsi. Creano una tensione interna. Questa forza elettromagnetica (EMF) lavora contro la tensione inviata al motore. L'EMF controlla il flusso di corrente nel motore. Quando il motore accelera, l'EMF scende. Meno corrente fluisce nel motore, ed esso produce meno coppia. Il motore smette di aumentare la sua velocità quando la coppia corrisponde (è uguale) alla resistenza del treno. Per accelerare il treno, occorre inviare più tensione al motore. Una o più resistenze vengono rimosse per aumentare la tensione. Questo aumenterà la corrente. La coppia aumenterà, e così la velocità del treno. Quando non ci sono più resistenze nel circuito, la piena tensione di linea viene applicata direttamente al motore.

Su un treno elettrico, il macchinista doveva originariamente controllare la velocità cambiando la resistenza manualmente. Nel 1914, si usava l'accelerazione automatica. Questo si otteneva con un relè di accelerazione nel circuito del motore. Questo era spesso chiamato un relè a tacche. Il relè osservava la caduta di corrente e controllava la resistenza. Tutto quello che il conducente doveva fare era selezionare la bassa, media o piena velocità. Queste velocità sono chiamate shunt, serie e parallelo dal modo in cui i motori erano cablati.

Veicoli stradali

Vedi anche: Veicolo elettrico ibrido e Veicolo elettrico

Tradizionalmente i veicoli stradali (automobili, autobus e camion) hanno usato motori diesel o a benzina con una trasmissione. Nell'ultima parte del 20° secolo, cominciarono ad essere sviluppati veicoli con sistemi di trasmissione elettrica. Questi veicoli hanno una fonte di elettricità da batterie o celle a combustibile. Possono anche essere alimentati da un motore a combustione interna.

Un vantaggio dell'uso dei motori elettrici è che alcuni tipi possono generare energia. Agiscono come una dinamo durante la frenata. Questo aiuta a migliorare l'efficienza del veicolo.

A causa degli alti livelli di potenza utilizzati dai motori di trazione, essi creano molto calore. Di solito richiedono un raffreddamento, spesso con aria forzata.