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Articulo de referencia

Motor de tracción

Un motor de tracción ZQDR-410 (el componente grande y oscuro en el eje con pequeños orificios de ventilación). Un motor de tracción es un motor eléctrico que se utiliza para la ...

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Un motor de tracción ZQDR-410 (el componente grande y oscuro en el eje con pequeños orificios de ventilación).

Un motor de tracción es un motor eléctrico que se utiliza para la propulsión de un vehículo, como locomotoras , vehículos eléctricos o de hidrógeno , o trenes eléctricos de unidades múltiples .

Los motores de tracción se utilizan en vehículos ferroviarios eléctricos ( unidades múltiples eléctricas ) y otros vehículos eléctricos , incluidos vehículos eléctricos de reparto de leche , trolebuses , ascensores , montañas rusas y sistemas de transporte , así como en vehículos con sistemas de transmisión eléctrica ( locomotoras diésel-eléctricas , vehículos híbridos eléctricos ) y vehículos eléctricos de batería .

Etimología

El tranvía Lichterfelde en Berlín, 1882

La palabra tracción del latín , siendo el sustantivo agente de trahere "tirar" en el sentido de "tirado", [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] se utilizó para nombrar las máquinas de tracción desarrolladas alrededor de 1870. [ 4 ]

El primer tranvía experimental de tracción eléctrica de 1875 se desarrolló rápidamente a nivel internacional para su uso en ciudades. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] En el siglo XIX, las compañías de automóviles de pasajeros impulsados ​​por motores de tracción comenzaron a competir con el sistema dominante de transporte ferroviario tirado por caballos en toda la ciudad . [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]

Tipos de motores y control

Los motores de corriente continua con bobinados de campo en serie son el tipo más antiguo de motores de tracción . Estos proporcionan una relación velocidad-par útil para la propulsión, ofreciendo un par elevado a bajas velocidades para la aceleración del vehículo y disminuyendo a medida que aumenta la velocidad. Al disponer el bobinado de campo con múltiples tomas, se puede variar la relación velocidad-par, lo que permite un control relativamente suave de la aceleración por parte del operador. Otra medida de control se obtiene mediante el uso de pares de motores en un vehículo con control serie-paralelo ; para un funcionamiento lento o cargas pesadas, se pueden conectar dos motores en serie a la fuente de alimentación de corriente continua. Cuando se desea mayor velocidad, estos motores pueden funcionar en paralelo, lo que proporciona un voltaje más alto en cada motor y, por lo tanto, permite mayores velocidades. Partes de un sistema ferroviario pueden utilizar diferentes voltajes, con voltajes más altos en tramos largos entre estaciones y voltajes más bajos cerca de las estaciones donde solo se requiere un funcionamiento más lento.

Una variante del sistema de CC es el motor serie de CA, también conocido como motor universal , que es esencialmente el mismo dispositivo pero funciona con corriente alterna . Dado que tanto la corriente de armadura como la de campo se invierten simultáneamente, el comportamiento del motor es similar al que se obtiene con corriente continua. Para lograr mejores condiciones de funcionamiento, los ferrocarriles de CA suelen alimentarse con corriente a una frecuencia menor que la de la red eléctrica comercial utilizada para la iluminación y la energía en general; se utilizan centrales eléctricas especiales para la tracción o convertidores rotativos para transformar  la energía comercial de 50 o 60 Hz a la frecuencia de 25 Hz  o 16 + 2/3 Hz  utilizada para los motores de tracción de CA. Gracias a que permite el uso sencillo de transformadores , el sistema de CA permite una distribución eficiente de la energía a lo largo de la línea férrea y también permite el control de velocidad mediante interruptores en el vehículo.

Los motores de inducción de CA y los motores síncronos son sencillos y requieren poco mantenimiento, pero hasta la llegada de los semiconductores de potencia , su aplicación en motores de tracción resultaba complicada debido a su velocidad fija. Un motor de inducción de CA genera potencia útil únicamente en un rango de velocidad estrecho, determinado por su construcción y la frecuencia de la fuente de alimentación de CA. La llegada de los semiconductores de potencia ha permitido la instalación de un variador de frecuencia en una locomotora; esto posibilita un amplio rango de velocidades, la transmisión de potencia de CA y el uso de motores de inducción robustos que no tienen piezas de desgaste como escobillas y conmutadores. [ 11 ]

Aplicaciones de transporte

Vehículos de carretera

Tradicionalmente, los vehículos de carretera (automóviles, autobuses y camiones) han utilizado motores diésel y de gasolina con un sistema de transmisión mecánica o hidráulica. En la última parte del siglo XX, comenzaron a desarrollarse vehículos con sistemas de transmisión eléctrica (alimentados por motores de combustión interna , baterías o pilas de combustible ). Una ventaja de utilizar máquinas eléctricas es que ciertos tipos pueden regenerar energía (es decir, actuar como un freno regenerativo ), lo que proporciona desaceleración y aumenta la eficiencia general al cargar la batería.

Ferrocarriles

Locomotora Ge 6/6 I Krokodil de los Ferrocarriles Réticos Suizos , con un único motor de tracción grande sobre cada bogie, con accionamiento mediante bielas.

Tradicionalmente, se trataba de motores de CC con escobillas y bobinado en serie , que solían funcionar a unos 600 voltios. La disponibilidad de semiconductores de alta potencia ( tiristores e IGBT ) ha hecho posible el uso de motores de inducción de CA mucho más sencillos y fiables, conocidos como motores de tracción asíncronos. Ocasionalmente también se utilizan motores de CA síncronos , como en el TGV francés .

Montaje de motores

Antes de mediados del siglo XX, se solía utilizar un único motor grande para accionar varias ruedas motrices mediante bielas muy similares a las de las locomotoras de vapor . Ejemplos de ello son las locomotoras DD1 , FF1 y L5 del Ferrocarril de Pensilvania y las diversas locomotoras suizas conocidas como "Cocodrilos" . Actualmente, lo habitual es que un motor de tracción accione cada eje mediante un sistema de engranajes.

Motor de tracción de corriente continua suspendido en la parte delantera para una locomotora checa ČD clase 182.

Usually, the traction motor is three-point suspended between the bogie frame and the driven axle; this is referred to as a "nose-suspended traction motor". The problem with such an arrangement is that a portion of the motor's weight is unsprung, increasing unwanted forces on the track. In the case of the famous Pennsylvania Railroad GG1, two frame-mounted motors drove each axle through a quill drive. The "Bi-Polar" electric locomotives built by General Electric for the Milwaukee Road had direct drive motors. The rotating shaft of the motor was also the axle for the wheels. In the case of French TGV power cars, a motor mounted to the power car's frame drives each axle; a "tripod" drive allows a small amount of flexibility in the drive train allowing the trucks bogies to pivot. By mounting the relatively heavy traction motor directly to the power car's frame, rather than to the bogie, better dynamics are obtained, allowing better high-speed operation.[12]

Rating

Electric locomotives usually have a continuous and one-hour rating. The one-hour rating is the maximum power that the motors can continuously develop over one hour without overheating. Such a test starts with the motors at +25 °C (and the outside air used for ventilation also at +25 °C). In the USSR, per GOST 2582-72 with class N insulation, the maximum temperatures allowed for DC motors were 160 °C for the armature, 180 °C for the stator, and 105 °C for the collector.[13] The one-hour rating is typically about 10% higher than the continuous rating and is limited by the temperature rise in the motor.

As traction motors use a reduction gear setup to transfer torque from the motor armature to the driven axle, the actual load placed on the motor varies with the gear ratio. Otherwise-"identical" traction motors can have significantly different load rating. A traction motor geared for freight use with a low gear ratio will safely produce higher torque at the wheels for a longer period at the same current level because the lower gears give the motor more mechanical advantage.

En las locomotoras diésel-eléctricas y de turbina de gas-eléctricas , la potencia nominal de los motores de tracción suele ser aproximadamente el 81 % de la del motor principal . Esto supone que el generador eléctrico convierte el 90 % de la potencia del motor en energía eléctrica y que los motores de tracción convierten el 90 % de esta energía eléctrica de nuevo en energía mecánica. Cálculo: 0,9 × 0,9 = 0,81

La potencia nominal de los motores de tracción individuales suele alcanzar los 1.600 kW (2.100 hp) .  

Otro factor importante a la hora de diseñar o especificar motores de tracción es la velocidad de funcionamiento. La armadura del motor tiene una velocidad de rotación máxima segura, igual o inferior a la cual los devanados se mantendrán en su lugar de forma segura.

Por encima de esta velocidad máxima, la fuerza centrífuga sobre la armadura provocará que los devanados se desplacen hacia afuera. En casos extremos, esto puede causar un enredo, ya que los devanados entran en contacto con la carcasa del motor y, finalmente, se desprenden por completo de la armadura y se desenrollan.

La expulsión centrífuga de los devanados de la armadura, causada por el exceso de velocidad, puede ocurrir tanto en motores de tracción en funcionamiento de locomotoras motorizadas como en motores de tracción de locomotoras detenidas que se transportan en un tren a velocidad excesiva. Otra causa es la sustitución de motores de tracción desgastados o dañados por unidades con engranajes inadecuados para la aplicación.

Los daños causados ​​por la sobrecarga y el sobrecalentamiento también pueden provocar el efecto de "anillo de pájaro" por debajo de la velocidad nominal cuando el conjunto de la armadura, los soportes del bobinado y los retenedores han sufrido daños debido a un uso indebido previo.

Enfriamiento

Debido a los altos niveles de potencia que manejan, los motores de tracción casi siempre se enfrían mediante aire forzado, agua o un líquido dieléctrico especial .

Los sistemas de refrigeración típicos de las locomotoras diésel-eléctricas estadounidenses consisten en un ventilador eléctrico que impulsa aire hacia un conducto integrado en el bastidor de la locomotora. Conductos de goma conectan este conducto con los motores de tracción individuales, y el aire de refrigeración circula a través de las armaduras antes de ser expulsado a la atmósfera.

fabricantes

Véase también

Referencias

  1. ^ Ainsworth, Robert (1808). Thesaurus Linguæ Latinæ Compendiarus, o un diccionario completo de la lengua latina... Por el Sr. Robert Ainsworth . J. Johnson, J. Nichols y su hijo, R. Baldwin [...] Tractus parte. (à traho) 1. Dibujado, tirado; arrastrado.
  2. ↑ Houghton Mifflin (2000). The American Heritage Dictionary of the English Language (4.ª ed.). Boston y Nueva York: Houghton Mifflin. 1829 págs . ISBN   978-0-395-82517-4.
  3. ↑ Merriam-Webster Unabridged (MWU). (Servicio de referencia en línea por suscripción de Merriam-Webster , basado en el Webster's Third New International Dictionary, Unabridged. Merriam-Webster, 2002.) Entrada: tractor . Consultado el 22 de septiembre de 2007.
  4. ↑ Burton, Anthony (2000). Máquinas de tracción: Dos siglos de energía a vapor . Chartwell Books. ISBN 978-0-7858-1172-5.
  5. ↑ Popular Mechanics . Hearst Magazines. Mayo de 1929.
  6. ↑ "Frank Sprague | Lemelson" . lemelson.mit.edu . Consultado el 22 de diciembre de 2024 .
  7. ↑ William Edward Ayrton ; John Perry (29 de enero de 1884). "Motor de tracción | Patente n.° 292.529" (PDF) .
  8. ↑ Ordenanzas de la Ciudad de Filadelfia . GMC. 1898. pág. 134. Regulación de licencias para compañías de ferrocarriles de pasajeros y de tracción automotriz para la operación de vagones... 
  9. ↑ Haupt, Herman (1893). Motores de tranvía . HC Baird & Company. Los temas aquí considerados son ferrocarriles de caballos, motores de vapor, tracción por cable, ferrocarriles eléctricos, motores de aire comprimido, motores de amoníaco, motores de agua caliente, motores de gas y motores de ácido carbónico.
  10. ↑ Oficina del Censo de los Estados Unidos: Informe sobre el negocio del transporte en los Estados Unidos en el undécimo censo: 1890: Tranvías . Oficina de Imprenta del Gobierno de los Estados Unidos. 1892. pág. 10. 
  11. ↑ Andreas Steimel Tracción eléctrica: potencia motriz y suministro de energía: fundamentos y experiencia práctica Oldenbourg Industrieverlag, 2008 ISBN 3835631322 Capítulo 6: "Motores de tracción por inducción y su control"
  12. ↑ "TGVweb - "Bajo el capó" de un TGV" . www.trainweb.org . Archivado del original el 13 de junio de 2017. Consultado el 12 de diciembre de 2017 .
  13. ↑ Sidorov 1980, pág. 47

Bibliografía

  • Ferrocarriles Británicos (1962). «Sección 13: Control de tracción». Manual de tracción diésel para maquinistas (1.ª  ed.). Comisión Británica de Transportes. págs. 172-189 . 
  • Bolton, William F. (1963). Manual diésel para ferroviarios (4.ª  ed.). págs. 107–111 , 184–190 . 
  • "Desmontaje de un motor de tracción - Associated Rewinds (Ireland) Limited"
  • Imagen de un motor de tracción montado en la parte delantera de un vagón R46 del metro de Nueva York. El motor se ve claramente detrás del eje, con la caja de cambios y la inscripción en el centro.
  • Otro motor de tracción montado en la parte delantera de un vagón de metro R38 accidentado .
  • Taller de reparación de camiones de Coney Island; muchas fotos relacionadas con motores de tracción.
  • Camión independiente con motores de tracción.