Рекуперативное торможение

При рекуперации на электровозах переменного тока, как и на электровозах постоянного тока, тяговые двигатели работают в генераторном режиме, преобразуя кинетическую и потенциальную энергию поезда в электрическую постоянного тока. Чтобы передать эту энергию в контактную сеть, ее необходимо преобразовать в электрическую энергию переменного тока. Этот процесс называется инвертированием. Если выпрямительную установку электровоза переменного тока собрать из тиристоров, она может быть использована и как инвертор. Инвертирование, как и выпрямление, осуществляют по различным схемам (см. рис. 62).
Объясним принцип инвертирования на примере мостовой схемы (рис. 66, а).

Рис.66 Принципиальная схема инвертора

Для осуществления рекуперации тяговые двигатели переводят в генераторный режим, обеспечивая их независимое возбуждение. Одновременно изменяют полярность обмоток якорей для того, чтобы направление генерируемого тока соответствовало прямой проводимости тиристоров. Сделать это нетрудно: необходимо установить соответствующее направление тока в обмотках возбуждения ОВ.
Напряжение от тяговых двигателей, работающих в генераторном режиме, подводится к инвертору, плечи которого соединены по схеме моста. В диагональ моста включена вторичная обмотка тягового трансформатора Т.
Чтобы передать электрическую энергию в контактную сеть, необходимо, прежде всего, обеспечить прохождение тока двигателя, работающего в режиме генератора, через вторичную обмотку Н2-К2. Ток в ней должен быть направлен встречно по отношению к напряжению в этой обмотке. Предположим, что в первый полупериод напряжение во вторичной обмотке действует слева направо, тогда генерируемый ток должен проходить справа налево. Для этого необходимо открыть тиристоры VS2 и VS4, а в следующий полупериод — тиристоры VS1 и VS3 и т. д. Так как частота тока в контактной сети равна 50 Гц, то в течение 1 с нужно 100 раз менять направление тока в обмотке Н2-К2. Кроме того, необходимо, чтобы напряжение, наводимое в первичной обмотке трансформатора, было бы несколько выше напряжения в контактной сети. Только при этом ток из первичной обмотки трансформатора пойдет в контактную сеть.
Укажем на одну очень важную особенность инвертирования. Как уже было сказано, тиристор закрыть при про­хождении через него тока нельзя. Поэтому, если, допустим, были открыты тиристоры VS1 и VS3, а затем в начале следующего полупериода откроются тиристоры VS2 и VS4, то образуются две короткозамкнутые цепи: через вентили VS1, VS4 и через VS2, VS3.
Произойдет так называемое опрокидывание инвертора. Не вдаваясь в физическую суть процесса, отметим лишь, что во избежание короткого замыкания необходимо подать импульс, открывающий тиристоры VS2, VS4 до момента, в который изменяющееся синусоидально напряжение во вторичной обмотке достигнет нулевого значения (рис. 66, б). Угол р, отсчитываемый от момента открытия этих тиристоров до момента, в который напряжение U2 становится равным нулю, называют углом опережения открытия вентилей. В следующий полупериод должны быть открыты с тем же углом опережения тиристоры VS1, YS3 и т. д.
Преобразователи, установленные на электровозе ВЛ80р (см. рис. 65, а), являются управляемыми выпрямителями в тяговом режиме работы электровоза и инверторами в режиме рекуперативного торможения. Выпрямительно-инверторный преобразователь (ВИП) выполнен на тиристорах Т2-320 14-го и 15-го классов. Каждое из восьми плеч ВИП содержит семь параллельных ветвей с тремя последовательно соединенными тиристорами (исключение составляют 5-е и 6-е плечи, имеющие по два последовательно соединенных тиристора). Таким образом, ВИП содержит 154 силовых управляемых вентиля.
ВИП рассчитан на номинальные выпрямленные ток 1760 А и напряже­ние 1250 В. Каждый выпрямительно-инверторный преобразователь соединен с двумя тяговыми двигателями, т. е. на электровозе ВЛ80р установлено четыре ВИП, общее число тиристоров в них равно 616. Коэффициент полезного действия ВИП 98%. В режиме рекуперативного торможения сохраняется тот же принцип четырехзонного плавного регулирования напряжения инвертора и соответственно тока и тормозного усилия, что и в режиме выпрямления.
В режиме рекуперации тормозное усилие регулируется при высоких скоростях плавным изменением тока возбуждения тяговых двигателей, работающих в генераторном режиме, а при средних и малых — плавным изменением э. д. с. трансформатора, что осуществляется с помощью ВИП.
Изменение тока возбуждения на высоких скоростях движения электровоза осуществляется с помощью управляемой вентильной установки возбуждения (ВУВ). Она унифицирована для электровозов ВЛ80т, ВЛ80с и ВЛ80р. Обмотки возбуждения всех двигателей электровоза при этом соединены последовательно.
Эксплуатация электровозов ВЛ80р показала, что среднее количество электрической энергии, возвращаемой в контактную сеть, составляет 10—14% от расходуемой в тяговом режиме на Дальневосточной дороге и 7—10% на других дорогах.