Двигатели постоянного тока (ДПТ), появившись изначально в опытах Фарадея, прошли многочисленные этапы инноваций, но не лишились своего главного недостатка в виде коллекторно-щеточного узла (КЩУ). Эти этапы включают: реостатный пуск (ДРУ), тиристорно-импульсное управление (ТИУ), переход на асинхронные двигатели (АД) с преобразователями частоты (ПЧ) и сложной системой управления (СУ).
Перевод электроподвижного состава (ЭПС) на АД с ПЧ для скоростных поездов стал ведущей тенденцией ведущих мировых производителей в составе компаний: Siemens, Alstom, Bombardier, Hitachi. Основными факторами подобного перехода стали: отказ от ДПТ из-за постоянного обслуживания КЩУ, которые сложны в производстве и требуют проведения текущих и капитальных ремонтов, а также повышение энергоэффективности путем использования рекуперативно-реостатного торможения, недоиспользуемого ДРУ и ТИУ.
Однако АД с ПЧ, являясь достаточно сложной системой с учетом СУ, требует квалифицированного персонала для обслуживания, необходимого оборудования спецучастков с диагностическими стендами, высокая стоимость ПЧ на приборах IGBT и СУ на микроконтроллерах.
Ясно, что выбор типа тягового электропривода (ТЭП) должен определяться эксплуатационными требованиями ЭПС. Эти требования для ЭПС со скоростью движения выше 180 км/ч требуют применения АД с ПЧ, т. к. окружная скорость якоря ДПТ должна быть меньше 65–70 м/с, а на поверхности КЩУ не выше 50–60 м/c для обеспечения прочности узла.
Для ЭПС со скоростью ниже 180 км/ч и резкими режимами разгона и торможения преимущества ДПТ начинают проявляться и дают заметный эксплуатационный эффект. Так, ТЭП с ДРУ имеют следующие преимущества:
– простота управления изменением напряжения и потока возбуждения без сложных преобразователей;
– не нужны электронные компоненты, стенды и квалифицированный персонал в ДРУ;
– высокая надежность при своевременном обслуживании;
– широкий (до 4 тыс. об./мин.) и бесступенчатый диапазон регулирования частоты вращения ДПТ с возможностью рекуперации (для ТИУ);