Стремление использовать простейшую электрическую машину - асинхронный короткозамкнутый двигатель — связано со всей историей развития электрической тяги. Однако вопрос о широком внедрении асинхронных тяговых двигателей был поставлен только после появления силовых полупроводниковых управляемых приборов — тиристоров. Бурное развитие полупроводниковой техники служит залогом успеха в широком распространении электроподвижного состава (ЭПС) с асинхронными тяговыми двигателями, начавшемся в 70-е годы.
На первом отечественном электровозе ВЛ80 с асинхронными тяговыми двигателями (АТД) были использованы тиристоры ТЛ200 на ток 200 А и рабочее напряжение 800 В. Созданы и используются тиристоры на токи до 2500 А и рабочее напряжение до 4500 В. На каждый тяговый двигатель электровоза ВЛ80 приходилось около 180 тиристоров ТЛ200. По мере развития производства тиристоров для одного тягового двигателя в инверторном звене будет использовано 6—12 тиристоров. Если масса тиристорного преобразователя, приходящаяся на 1кВ-А мощности, составляла вначале 5—8 κγ/(κΒ·Α), то у более совершенного электровоза Е-120 этот показатель составляет 1,05 κγ/(κΒ·Α). Еще более разительны успехи в развитии элементной базы систем управления—микроэлектроники. Интегральные схемы и микропроцессоры резко упрощают устройства систем управления и повышают их надежность. В этой области темпы развития таковы, что каждые 5—10 лет появляется новое поколение приборов.
Преобразователи многих типов требуют принудительной коммутации тиристоров, что связано с необходимостью усложнения схемы преобразователя и использования конденсаторов, масса которых пока значительна. Разрабатываются и уже используются тиристоры нового типа, запираемые по управляющему электроду. Их широкое применение позволит резко снизить массу преобразователей, приходящуюся на единицу мощности, упростить их и повысить надежность.
Таким образом, имеется достаточно предпосылок для широкого внедрения асинхронного тягового привода как на железнодорожном, так и на городском транспорте.
При использовании в электрической тяге асинхронного тягового привода могут быть реализованы следующие преимущества:
- значительное упрощение тягового двигателя по сравнению с коллекторным и повышение его надежности (отпадает необходимость ежедневного осмотра коллекторно-щеточного узла);
- повышение надежности кузовного электрического оборудования вследствие применения бесконтактных устройств преобразования мощности;
- улучшение тяговых свойств электровозов благодаря использованию жесткой тяговой характеристики при боксовании. Имеются опытные результаты, показывающие возможность увеличения коэффициента сцепления на 20—40% [1);
- увеличение мощности и момента тягового двигателя при тех же габаритных размерах (отсутствуют коллектор, обмотки добавочных полюсов и компенсационная);
- возможность полной автоматизации режима ведения поезда;
- повышение производительности ЭПС вследствие реализации преимуществ по пп. 3—5;
- сокращение расхода меди на изготовление тяговых двигателей. По результатам проектирования последних образцов коллекторных тяговых двигателей пульсирующего тока и асинхронных тяговых двигателей расход меди на изготовление последних снижается в 2—2,5 раза.
Перечисленные преимущества не оставляют сомнений в целесообразности широкого внедрения асинхронных тяговых двигателей в электрической тяге. Имеющийся опыт проектирования и работы ЭПС с названными двигателями полностью подтверждает это.