От энергетической эффективности электрической тяги электровозов зависит возможность реализации скоростного движения поездов и обеспечение планируемых показателей. Повышение величины напряжения в контактной сети переменного тока вызвано несимметрией и потерями напряжения в контактной сети и в асинхронном тяговом приводе.
Анализ статистических данных о надежности асинхронных тяговых магистральных электровозов «Узбекистанйуловчи» показывает, что от 16 до 21% повреждений приходится на тяговый двигатель. Из всех повреждений 67% приходится на изоляцию обмоток статоров, 22% связаны с выплавлением или обрывом стержней роторов, 11% вызваны прочими причинами (в основном, подшипниковым узлом).
В тяговом режиме асинхронного привода возникает несимметрия питающих напряжений из-за несимметрии нагрузки сети по фазам или из-за аварийных ситуаций.
Возникают токовые гармоники с частотами, различными по категории несимметрии. Несимметрия может возникать по причине повреждения стержней ротора. В этом случае происходит изменение магнитодвижущей силы ротора, искажение распределения тока в воздушном зазоре и, как следствие, измененная характеристика частот, которые могут быть вычислены как:
fbrb = fs (1 ± 2ks)k = 1, 2, 3…
скольжения двигателя можно рассчитать как:
где fs и fr – частота на выходе инвертора и частота вращения двигателя соответственно;
р – количество полюсов.
Влияние на работу асинхронного тягового привода электровозов «Узбекистон-йуловчи» оказывает система электроснабжения через четырехквадрантный 4qS-преобразователь с широтно-импульсной модуляцией управления, который обеспечивает снижение cosφ в режиме потребления и повышение cosφ = π в режиме рекуперации электроэнергии.
Для улучшения и электромагнитной совместимости тягового привода электровоза «Узбекистан-йуловчи» с системой электроснабжения необходимо учитывать спектр гармонических составляющих несинусоидального напряжения и тока на токоприемнике электровоза. Несимметрия ухудшает условия работы асинхронных двигателей, уменьшает результирующий момент и, как следствие, увеличиваются потери мощности.