Тенденции стратегического развития железных дорог России, это увеличение грузооборота железных дорог и в первую очередь за счет повышения массы и скорости поезда.
Существующие локомотивы постоянного и переменного тока имеют последовательное возбуждение тяговых двигателей, которые, имея «мягкую» характеристику зависимости тока якоря от скорости движения, при весах поездов ниже критических, обеспечивают автоматически равновесие силы тяги и силы сопротивления движению поезда.
Дальнейшее увеличение мощности тяговых двигателей для поднятия весовых норм приводит к нарушению сцепления колеса с рельсом и, соответственно, к боксованию, которое переходит к разносному.
У электровозов последних годов выпуска ВЛ10, ВЛ11, ВЛ15, ВЛ80, ВЛ85 устанавливаются более мощные тяговые электродвигатели, по сравнению с электровозами первых годов выпуска, однако диаметры колес остались прежними, а нагрузка на ось у последних увеличилась незначительно. Поэтому основным ограничением при проведении тяговых расчетов является ограничение по сцеплению, а затем уже ограничение по нагреву тяговых двигателей, и в первую очередь по нагреву якоря и дополнительных полюсов, температура которых по изоляции не должна превышать 1200С, температура по нагреву обмоток возбуждения не должна превышать 1600С и не является лимитирующей.
Дальнейшее увеличение мощности коллекторных тяговых двигателей, не из-меняя геометрии колеса и нагрузки на ось, является не целесообразным, т.к. повышенная мощность тяговых двигателей не может быть реализовано из-за ограничения по сцеплению колес электровоза с рельсами. В связи с этим, используя опыт зарубежных разработок тягового подвижного состава, в России стали проводить работы по созданию электровозов с асинхронными тяговыми двигателями, которые в тех же габаритах могут иметь электрическую мощность в 1,5-2 раза выше на ось чем коллекторные тяговые двигатели. Асинхронный тяговый двигатель имеет более жесткую характеристику, чем коллекторный тяговый двигатель с последовательным возбуждением, следовательно, можно было поднять весовые нормы для электровозов с асинхронными тяговыми двигателями, не изменяя геометрии колеса и нагрузки на ось. Однако увеличение электрической мощности асинхронного тягового двигателя не дает пропорционального увеличения силы тяги и особенно при трогании электровоза с места и при низких скоростях движения.
В настоящее время мощность коллекторного тягового двигателя используется крайне низко, особенно в момент трогания поезда с места и при низких скоростях движения.
Одним из путей улучшения тяговых и регулировочных свойств электровоза является применение смешанного возбуждения тяговых двигателей.
Система смешанного возбуждения тяговых электродвигателей позволяет обеспечивать:
• повышение силы тяги по сцеплению, скоростей движения при следовании поезда по расчётному подъёму и при трогании с места;
• полное использование номинальной мощности электровоза в широком диапазоне скоростей движения и с высоким коэффициентом полезного действия;
• способность развивать наибольший вращающий момент при трогании с места с наименьшими потерями энергии в пусковых сопротивлениях;
• высокую степень противобоксовочной защиты;
• широкую регулировочную способность в режимах тяги и электрического торможения, возможность автоматизации управления электровозом.
Рациональный путь применения смешанного возбуждения это перевод обмоток возбуждения на питание от специального низковольтного статического преобразователя, который применён на электровозах ВЛ80С-СВ.
Применение смешанного возбуждения тяговых электродвигателей позволит обеспечить плавное трогание с места электровоза с поездами различной массы.
Создание электровоза переменного тока с системой смешанного возбуждения тяговых электродвигателей с использованием новой силовой схемы и новой системы управления, а также технических средств по управлению силовым оборудованием электровоза на новой элементной базе отечественного производства позволит ещё больше поднять использование электровоза, дать новую жизнь существующему парку электровозов переменного тока, с новыми эксплуатационными характеристиками и экономическими показателями.
1.2.1. Высоковольтное оборудование электровоза, включенное в силовую схему и схему вспомогательных машин то же, что у секции серийного электровоза ВЛ80С, ВЛ80Т. Главный контроллер ЭКГ-8Ж и выпрямительные установки ВУК и ВУВ заменены силовым блоком (БС), состоящим из 4-х шкафов тяговых выпрямителей и шкафа выпрямителей возбуждения. Переходной реактор ПРА исключен из силовой схемы.