محرك جر

محرك الجر هو محرك كهربائي يستخدم لدفع المركبات، مثل القاطرات أو المركبات الكهربائية أو الهيدروجينية أو القطارات الكهربائية متعددة الوحدات .

تُستخدم محركات الجر في مركبات السكك الحديدية التي تعمل بالطاقة الكهربائية ( الوحدات الكهربائية المتعددة ) والمركبات الكهربائية الأخرى ، بما في ذلك عربات نقل الحليب الكهربائية ، وحافلات الترولي ، والمصاعد ، وقطارات الملاهي ، وأنظمة النقل ، بالإضافة إلى المركبات ذات أنظمة النقل الكهربائية ( قاطرات الديزل الكهربائية ، والمركبات الكهربائية الهجينة )، والمركبات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات .

كلمة traction من اللاتينية ، وهي اسم الفاعل من الفعل trahere بمعنى "يسحب" بمعنى "مسحوب"، ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} وقد استخدمت لتسمية محركات الجر التي تم تطويرها حوالي عام 1870. ^{[ 4 ]}

تم تطوير أول خط ترام كهربائي تجريبي عام 1875 بسرعة على المستوى الدولي للاستخدام في المدن. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} وفي القرن التاسع عشر، بدأت شركات سيارات الركاب التي تعمل بمحركات الجر في منافسة نظام النقل بالسكك الحديدية الذي تجره الخيول ، والذي كان سائداً في المدن آنذاك . ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

Direct-current motors with series field windings are the oldest type of traction motors. These provide a speed-torque characteristic useful for propulsion, providing high torque at lower speeds for the acceleration of the vehicle, and declining torque as speed increases. By arranging the field winding with multiple taps, the speed characteristic can be varied, allowing relatively smooth operator control of acceleration. A further measure of control is provided by using pairs of motors on a vehicle in series-parallel control; for slow operation or heavy loads, two motors can be run in a series of the direct-current supply. Where higher speed is desired, these motors can be operated in parallel, making a higher voltage available at each motor and so allowing higher speeds. Parts of a rail system might use different voltages, with higher voltages in long runs between stations and lower voltages near stations where only slower operation is needed.

A variant of the DC system is the AC series motor, also known as the universal motor, which is essentially the same device but operates on alternating current. Since both the armature and field current reverse at the same time, the behavior of the motor is similar to that when energized with direct current. To achieve better operating conditions, AC railways are often supplied with current at a lower frequency than the commercial supply used for general lighting and power; special traction current power stations are used, or rotary converters used to convert 50 or 60 Hz commercial power to the 25 Hz or 16+2⁄3 Hz frequency used for AC traction motors. Because it permits the simple use of transformers, the AC system allows efficient distribution of power down the length of a rail line, and also permits speed control with switchgear on the vehicle.

AC induction motors and synchronous motors are simple and low maintenance, but up until the advent of power semiconductors, were awkward to apply for traction motors because of their fixed speed characteristic. An AC induction motor generates useful amounts of power only over a narrow speed range, determined by its construction and the frequency of the AC power supply. The advent of power semiconductors has made it possible to fit a variable frequency drive on a locomotive; this allows a wide range of speeds, AC power transmission, and the use of rugged induction motors that do not have wearing parts like brushes and commutators.^[11]

عادةً ما تتمتع القاطرات الكهربائية بقدرة تشغيل مستمرة وقدرة تشغيل لمدة ساعة واحدة . تمثل قدرة التشغيل لمدة ساعة واحدة أقصى قدرة يمكن للمحركات توليدها بشكل مستمر لمدة ساعة دون ارتفاع درجة حرارتها. يبدأ هذا الاختبار عند درجة حرارة +25  درجة مئوية للمحركات (وكذلك عند درجة حرارة +25 درجة مئوية للهواء الخارجي المستخدم للتهوية  ). في الاتحاد السوفيتي، ووفقًا للمعيار GOST 2582-72 مع عزل من الفئة N، كانت درجات الحرارة القصوى المسموح بها لمحركات التيار المستمر 160  درجة مئوية للعضو الدوار، و180  درجة مئوية للعضو الثابت، و105  درجة مئوية للمجمع. ^{[ 13 ]} عادةً ما تكون قدرة التشغيل لمدة ساعة واحدة أعلى بنحو 10% من قدرة التشغيل المستمر، وهي محدودة بارتفاع درجة حرارة المحرك.

بما أن محركات الجر تستخدم نظام تروس تخفيض لنقل عزم الدوران من عضو المحرك إلى المحور المُدار، فإن الحمل الفعلي الواقع على المحرك يتغير بتغير نسبة التروس. وقد تختلف محركات الجر "المتطابقة" في خصائصها الأخرى اختلافًا كبيرًا في قدرة تحملها. فمحرك الجر المُصمم لنقل البضائع بنسبة تروس منخفضة سيُنتج عزم دوران أعلى عند العجلات بأمان لفترة أطول عند نفس مستوى التيار، لأن التروس المنخفضة تُعطي المحرك ميزة ميكانيكية أكبر.

في قاطرات الديزل الكهربائية وقاطرات التوربينات الغازية الكهربائية ، تبلغ قدرة محركات الجر عادةً حوالي 81% من قدرة المحرك الرئيسي . ويفترض هذا أن المولد الكهربائي يحول 90% من طاقة المحرك إلى طاقة كهربائية، وأن محركات الجر تحول 90% من هذه الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. الحساب: 0.9 × 0.9 = 0.81

تتراوح تصنيفات محركات الجر الفردية عادةً حتى 1600 كيلوواط (2100 حصان) .  

من العوامل المهمة الأخرى عند تصميم أو تحديد محركات الجر سرعة التشغيل. إذ أن لعضو المحرك الدوار سرعة دوران قصوى آمنة تضمن بقاء الملفات في مكانها بأمان عند هذه السرعة أو دونها.

عند تجاوز هذه السرعة القصوى، ستؤدي قوة الطرد المركزي المؤثرة على المحرك إلى دفع الملفات للخارج. في الحالات الشديدة، قد يؤدي ذلك إلى ظاهرة "التشابك" حيث تتلامس الملفات مع غلاف المحرك، وفي النهاية تنفصل تمامًا عن المحرك وتتفكك.

قد يحدث تداخل ملفات المحرك (الطرد المركزي لملفات المحرك) نتيجة السرعة الزائدة، سواءً في محركات الجر العاملة في القاطرات الآلية أو في محركات الجر للقاطرات غير المجهزة بناقل حركة ثابت والتي تُنقل ضمن قطار يسير بسرعة زائدة. ومن الأسباب الأخرى استبدال محركات الجر البالية أو التالفة بوحدات غير مناسبة من حيث التروس.

يمكن أن يتسبب التلف الناتج عن التحميل الزائد وارتفاع درجة الحرارة أيضًا في حدوث تشابك في الأسلاك عند سرعات أقل من السرعات المقدرة عندما تتضرر مجموعة المحرك ودعامات اللفات والمثبتات بسبب سوء الاستخدام السابق.

بسبب مستويات الطاقة العالية المعنية، يتم تبريد محركات الجر دائمًا تقريبًا باستخدام الهواء القسري أو الماء أو سائل عازل خاص .

تتألف أنظمة التبريد النموذجية في قاطرات الديزل الكهربائية الأمريكية من مروحة تعمل بالكهرباء تدفع الهواء إلى ممر مدمج في هيكل القاطرة. تربط قنوات تبريد مطاطية هذا الممر بمحركات الجر الفردية، وينتقل هواء التبريد لأسفل وعبر المحركات قبل أن يُصرّف إلى الغلاف الجوي.

• السكك الحديدية البريطانية (1962). "القسم 13: التحكم في الجر". دليل جر الديزل للمهندسين (  الطبعة الأولى). هيئة النقل البريطانية. الصفحات 172-189 . 
• بولتون، ويليام ف. (1963). دليل عامل السكك الحديدية لمحركات الديزل (  الطبعة الرابعة). الصفحات 107-111 ، 184-190 . 

• "تفكيك محرك جر - شركة أسوشيتد ريوايندز (أيرلندا) المحدودة"
• صورة لمحرك جر مثبت في مقدمة عربة مترو أنفاق مدينة نيويورك من طراز R46 . يظهر المحرك بوضوح خلف المحور، مع وجود علبة التروس التي تحمل الكتابة في المنتصف.
• محرك جر آخر مثبت في مقدمة عربة مترو الأنفاق R38 المحطمة .
• ورشة إصلاح شاحنات كوني آيلاند؛ صور عديدة تتعلق بمحركات الجر
• شاحنة منفصلة مزودة بمحركات جر.