Возможность применения на тяговом подвижном составе непосредственного привода изучается давно. При таком приводе вследствие отсутствия редуктора тяговый двигатель должен иметь большой вращающий момент, компенсирующий отсутствие передаточного отношения, обеспечиваемого редуктором. Применение асинхронных машин для непосредственного привода из-за незначительной плотности мощности исключается. Использование синхронных двигателей с возбуждением постоянными магнитами стало возможным благодаря появлению таких магнитов, обладающих высокой плотностью энергии.
Двигатель этого типа с большим вращающим моментом можно вписать в монтажный объем, заключенный между колесами моторной оси. Непосредственный привод на базе синхронных двигателей с возбуждением постоянными магнитами значительно проще привода с асинхронным двигателем и тяговым редуктором. Кроме того, синхронный двигатель позволяет реализовать более высокий КПД.
Такой синхронный двигатель в случае применения в системе непосредственного привода должен иметь герметичное исполнение и водяное охлаждение. Его ротор в отличие от ротора асинхронного двигателя будет нагреваться незначительно вследствие относительно малых потерь энергии в нем, и поэтому собственная система охлаждения не потребуется.
Если привод выполнен как непосредственный, наряду с редуктором исключаются и другие механические компоненты, например муфты с изнашивающимися элементами из эластомеров. Таким образом, упрощается обслуживание системы тягового привода и повышается его надежность. Кроме того, увеличивается монтажный объем для тягового двигателя, снижаются общие капитальные затраты на тяговый привод, а также эксплуатационные расходы и затраты жизненного цикла (LCC). Вместе с тем ввиду отсутствия редуктора исключаются потери масла, снижается уровень шума, а значит, уменьшается нагрузка на окружающую среду.
Каждый тяговый преобразователь питает два тяговых двигателя. Электровозы обеих серий имеют рекуперативное и реостатное торможение. При переходе из тягового режима в режим электрического торможения и при обратных переходах никаких переключений в силовой цепи не происходит. Асинхронные тяговые двигатели переводятся в генераторный режим за счет понижения частоты напряжения на статорной обмотке относительно синхронной, соответствующей фактической скорости движения, а инверторы переводятся в режим выпрямления.
Использование асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором вместо традиционных тяговых двигателей постоянного тока является одним из основных направлений развития современного локомотивостроения.
Динамические режимы в электрической части привода могут привести не только к значительным токовым перегрузкам элементов электрооборудования, но и к возникновению ударных усилий и поломкам механической передачи. Несмотря на наличие в преобразовательных установках, питающих АТД, нескольких видов защит, полностью исключить такие режимы не удается, поэтому с целью повышения надежности привода целесообразно исследовать динамику этих процессов на стадии проектирования.
Вместе с тем остаются в силе ограничения в применении рекуперативного торможения, обусловленные тем, что напряжение, генерируемое тяговыми двигателями, по величине не может превышать напряжения контактной сети, а также предельного напряжения, выдерживаемого полупроводниковыми приборами в силовой цепи. Вследствие этого тормозное усилие в диапазоне высоких скоростей оказывается меньшим, чем в диапазоне средних и низких скоростей.
Вместе с тем остаются в силе ограничения в применении рекуперативного торможения, обусловленные тем, что напряжение, генерируемое тяговыми двигателями, по величине не может превышать напряжения контактной сети, а также предельного напряжения, выдерживаемого полупроводниковыми приборами в силовой цепи. Вследствие этого тормозное усилие в диапазоне высоких скоростей оказывается меньшим, чем в диапазоне средних и низких скоростей. Поэтому в диапазоне высоких скоростей вынужденно приходится приводить в действие механический тормоз. Отсюда возникла проблема повышения эффективности рекуперативного торможения в диапазоне высоких скоростей, решение которой позволит уменьшить износ тормозных колодок и тем самым сократить трудоемкость работ по техническому обслуживанию подвижного состава.
Для выхода из положения предложен метод, сущность которого состоит во введении в силовую схему дополнительных резисторов между тяговыми двигателями и инверторами. Важно, что при этом не требуется увеличение расчетной мощности инвертора и проходящего по нему тока.