Преобразователь тяговой подстанции — статический преобразователь, применяемый для выпрямления трёхфазного переменного тока, получаемого от энергосистемы, и (или) преобразования (инвертирования) постоянного тока, вырабатываемого ЭПС при рекуперативном торможении, в переменный и возврата избыточной энергии рекуперации в питающую систему.
Выпрямление тока, предназначаются для питания ЭПС, осуществляется выпрямительными преобразователями. Инвертирование избыточного тока рекуперации на тяговых подстанциях производится выпрямительно-инверторными преобразователями (ВИП). На первых тяговых подстанциях для выпрямления и инвертирования тока использовались металлической многоанодные ртутные выпрямители с водяным охлаждением, разработанные в 1927 под руководством В. К. Крапивина и находившиеся в эксплуатации до 1951. Затем они были заменены более совершенными одноанодными, состоявшими из шести и двенадцати одноанодных ртутных вентилей, также с водяным охлаждением.
В 1947—50 под руководством М. А. Чернышёва разработаны схемы, послужившие основой при изготовлении ВИП. В первых ВИП использовались ртутные вентили. В 1963—71 они были заменены более совершенными полупроводниковыми вентилями с воздушным охлаждением, мощностью 6—10 МВт, силой номин. выпрямленного тока 2000— 3200 А. В каждом плече П. вентили соединяются параллельно и последовательно, образуя вентильные блоки, совокупность которых составляет преобразовательную. секцию. Выпрямительные преобразователи выполнены на кремниевых водах, в ВИП используют тиристоры.
Рис. 2. Принципиальная 6-пульсовая (трёхфазная) мостовая схема выпрямительного преобразователя.
Основные элементы преобразователя: преобразовательный трансформатор, преобразовательной секции и вспомогат. аппаратура — коммутационные аппараты, устройства управления и сигнализации, аппараты защиты от токов перегрузки, короткого замыкания и перенапряжений, устройства охлаждения. Преобразовательный трансформатор снижает напряжение, подаваемое на его сетевую обмотку, для получения расчётного выпрямленного напряжения на выходе выпрямительного преобразователя. Сетевые обмотки рассчитаны на напряжения трёхфазного тока 6,3; 10,5; 32 кВ. При более высоком питающем напряжении на подстанции устанавливают понижающие промежуточные трансформаторы.
Рис. 3. Принципиальная схема (а) и внешняя характеристика (б) выпрямительно-инверторного преобразователя ВИПЭ-2-УЗ. Сплошная линия — естественная внешняя характеристика инвертора; штриховая линия — одна из искусственных характеристик инвертора.
Рис. 1. Принципиальная схема (а) и внешняя характеристика (б) выпрямительного преобразователя с трансформатором собранным по схеме «две обратные звезды» с уравнительным реактором.
В широко применяемом ВИП типа ВИПЭ-2-УЗ (рис. 3) вентильная обмотка преобразовательного трансформатора имеет добавочные витки, позволяющие повысить напряжение на 25%. П. содержит две преобразовательные секции, включённые по 6-пульсовой (трёхфазной) мостовой схеме. Преобразовательная секция В, соедин. с основные частью витков вентильной обмотки, выполнена на диодах и служит для выпрямления переменного тока. Выпрямленное напряжение при силе номинального тока составляет 3300 В. Преобразовательная секция И, присоединённая к выводам добавочных витков вентильной обмотки, собрана на тиристорах и используется для инвертирования тока рекуперации. Переключение секций В и И на стороне выпрямленного __ напряжения производится быстродействующими выключателями БВ1 и БВ4. При работе в выпрямительном режиме включены выключатели БВ1 и БВ2; в инверторном — БВЗ и БВ4. Эти выключатели служат также для отключения П. при возникновении аварийных режимов.
Сила номинального тока ВИПЭ-2-УЗ в выпрямительном режиме составляет 2500 А, в инверторном — 1600 А. Входное напряжение при инвертировании можно изменять от 3200 до 3800 В. П. может быть выполнен также по схеме две обратные звезды с УР. Допустимые перегрузки по силе тока большинства П. составляют 25% — в течение 15 мин, 50% — в течение 2 мин и 100% — в течение 10 с.