Залізничний транспорт є одним з найбільших споживачів електроенергії. Річне споживання електроенергії становить 35 млрд. КВт-год, близько 70% з них йде на електричну тягу поїздів. У цих умовах економія електроенергії набуває великого значення. Одним з найважливіших заходів щодо зниження витрат електроенергії на тягу поїздів є рекуперативного гальмування, що дозволяє повертати близько 2% енергії, яка використовується на тягу, а на окремих ділянках з гірським профілем ця величина досягає 20%.
Енергія рекуперації, що виробляється ЕРС при рекуперативному гальмуванні, як правило, споживається ЕРС, що знаходяться в режимі тяги на цій же ділянці. При відсутності такого споживача надлишкова енергія, щоб уникнути зриву гальмування повинна бути прийнята іншим приймачем енергії. В якості такого приймача на тягових підстанціях застосовуються інверторні агрегати, що перетворюють постійний струм в змінний і віддають енергію в мережу живлення.
Для перекладу випрямного агрегату, що є джерелом електроенергії, в інверторний режим споживача необхідно виконати чотири умови.
Перша умова инвертирования - змінити полярність преобразовательного агрегату, так як струм від двигунів ЕРС, що працюють при рекуперативному гальмуванні в генераторному режимі, не зможе пройти через напівпровідникові тиристори інвертора в непроводящем напрямку (від катода до анода). Просте ж зміна полярності не призведе до переходу інвертора з режиму джерела енергії в режим її споживача. Необхідно виконати наступне умови.
Друга умова инвертирования - забезпечити замикання тиристорів тих фаз трансформатора, напруга яких в даний момент позитивно щодо підводиться з контактної мережі інвертіруемого напруги, і відмикання тиристорів фази, що має найбільш негативний напруга. Для виконання цієї умови необхідно в перетворювачі використовувати керовані СПП (тиристори).
Третя умова инвертирования - правильно відрегулювати момент подачі керуючого імпульсу на тиристор для його відмикання в момент негативної ЕРС на його аноді, але коли ця ЕРС вище, ніж на аноді тиристора, що закінчує свою роботу. Перемикання тиристорів в цьому випадку відбувається автоматично.
Четверта умова инвертирования - підвищити напругу фази трансформатора при роботі в інверторному режимі. Ця умова випливає з третього, так як регулювання моменту подачі відчиняю чого імпульсу тиристора призводить до зниження середньої напруги інвертора за період в порівнянні із середнім напругою випрямляча. Так як на підстанції один перетворювач працює в випрямному режимі, то він може підживлювати інвертор, який має меншу середню напругу, навіть при відсутності рекуперативного гальмування. Щоб зменшити зрівняльні струми в ланцюзі випрямляч-інвертор тягової підстанції, встановлюють реактори, що сприймають миттєву різниця напруги випрямляча і інвертора. В процесі рекуперативного гальмування ці реактори сприймають різницю пульсуючого напруги інвертора і постійного без пульсацій напруги тягових двигунів в генераторному режимі.
На рис. 1 зображена схема випрямно-інверторного агрегату типу ВІПЕ-2УЗ, виконаного у вигляді двох зустрічно паралелльно виключених трифазних мостів: діодного випрямляча UD і тиристорного інвертора t / Z. Як діодного використовується випрямляч типу ПВЕ-ЗМ, зібраний на лавинних діодах ВЛ-200. Три фази инверторного моста зібрані з тиристорів типу ТД-320 з підвищеними динамічними параметрами не нижче класу 12 і змонтовані в трьох шафах. Обидва мости підключені до різних висновків обмоток вторинної "зірки" перетворювального трансформатора Т типу ТДП-12500 / 10І-У1. Підвищення напруги трансформатора Т для инверторного режиму здійснюється збільшенням числа витків його вторинної обмотки. Підключення до шин тягової підстанції випрямляча або інвертора в залежності від режиму роботи швидкодіючими вимикачами типу ВАБ-28/3000, які включаються попарно датчиком перемикання режимів (ДПР). Інвертор підключається до шин вимикачами QF1 і QFV випрямляч UD - QF3 і QF4. Ці вимикачі одночасно захищають преосвітній агрегат від перевантажень, КЗ і перекидань інвертора (перехід в випрямний режим).
Схема випрямно-інверторного агрегату типу ВІПЕ-2УЗ
Реактори LRt і LR2 призначені для зниження рівня радіоперешкод, a LR3 і LR4 дозволяють обмежити Зрівняльні струми, що циркулюють між UD і UZ при їх паралельній роботі. Розрядники F Vx типу РБК-3, підключені на лінійні напруги трансформатора, служать для захисту обох мостів від комутаційних перенапруг. Для захисту перетворювача від перенапруг з боку контактної мережі застосовані вентильні біполярні розрядники FV2kFV3 типу РВБК-3,3, підключені до висновків анод-катод інвертора і випрямляча. Автоматичне управління перемиканнями і роботою ВІПЕ- 2УЗ здійснюєтьсяапаратурою, розміщеної в шафах управління (ШУ) і вихідних каскадів (ШВК). Перехід з режиму випрямлення в режим інвертування здійснюється при появі на фідерної зоні підстанції рекуперірует ЕРС і підвищення напруги в контактній мережі і на шинах підстанції. Датчик напруги (ДН), підключений до шин через блок Бх подає сигнал про підвищення напруги в шафу управління (ШУ), куди надходить інформація від трансформаторів струму перетворювача і трансформатора напруги шин 10 кВ. Логічні елементи датчика перемикання режимів (ДПР) і ШУ обробляють інформацію, що надійшла Інформацію та видають сигнали: ДПР - на відключення вимикачів QF3 і QF4 випрямляча і на включення QFX і QF2 інвертора; ШУ і ШВК - отпирающие імпульси на керуючі електроди тиристорів інвертора.
Таким чином, наведена схема ВІПЕ-2УЗ здійснює виконання всіх умов инвертирования, перерахованих вище, дозволяє використовувати агрегат в якості випрямляча при відсутності рекуперірует ЕРС.