Железнодорожная электрическая тяга описывает различные типы локомотивов и моторвагонных поездов , которые используются в системах электрификации по всему миру.
Электрификация железных дорог как средство тяги появилась в конце девятнадцатого века, хотя эксперименты с электрическим рельсом были прослежены до середины девятнадцатого века. [1] Томас Дэвенпорт , в Брэндоне, штат Вермонт , построил кольцевую модель железной дороги , на которой ездили локомотивы на батарейном питании (или локомотивы, работающие на рельсах с батарейным питанием) в 1834 году. [1] Роберт Дэвидсон , из Абердина , Шотландия, создал электровоз в 1839 году и управлял им на железной дороге Эдинбург-Глазго со скоростью 4 мили в час. [1] Самые ранние электровозы, как правило, работали на батарейном питании. [1] В 1880 году Томас Эдисон построил небольшую электрическую железную дорогу, используя динамо-машину в качестве двигателя и рельсы в качестве токопроводящей среды. Электрический ток протекал через металлический обод деревянных колес, улавливаемый контактными щетками. [1]
Электрическая тяга имела ряд преимуществ по сравнению с преобладавшей тогда паровой тягой, особенно в отношении быстрого ускорения (идеально для городских (метро) и пригородных (пригородных) перевозок) и мощности (идеально для тяжелых грузовых поездов через горные/холмистые участки). Множество систем появилось в первые двадцать лет двадцатого века.
Тяговые агрегаты постоянного тока (DC) используют ток, получаемый от третьего рельса , четвертого рельса , наземного источника питания или воздушной линии . Переменное напряжение преобразуется в постоянное напряжение с помощью выпрямителя .
Тяговые агрегаты переменного тока (AC) включают инвертор и производят переменную тяговую мощность на основе частоты переменного тока. Они установлены в большинстве современных подвижных составов для снижения затрат на техническое обслуживание и более легкой масштабируемости по сравнению с агрегатами постоянного тока.
Из-за разнообразия систем электрификации железных дорог, которые могут различаться даже в пределах одной страны, поездам часто приходится переходить из одной системы в другую. Один из способов сделать это — сменить локомотивы на станциях переключения. На этих станциях есть контактные провода, которые можно переключать с одного напряжения на другое, и поэтому поезд прибывает с одним локомотивом, а затем отправляется с другим. Станции переключения имеют очень сложные компоненты, и они очень дороги.
Менее дорогая коммутационная станция может иметь разные системы электрификации на обоих выходах без переключаемых проводов. Вместо этого напряжение на проводах меняется через небольшой зазор в них около середины станции. Электровозы въезжают на станцию с опущенными пантографами и останавливаются под проводом с неправильным напряжением. Затем маневровый тепловоз может вернуть локомотив на правую сторону станции. Оба подхода неудобны и требуют много времени, занимая около десяти минут.
Другой способ — использовать многосистемную движущую силу, которая может работать при нескольких различных напряжениях и типах тока. В Европе двух-, трех- и четырехсистемные локомотивы для трансграничных грузовых перевозок становятся обычным явлением (1,5 кВ постоянного тока, 3 кВ постоянного тока, 15 кВ 16,7 Гц переменного тока, 25 кВ, 50 Гц переменного тока). [2] Локомотивы и многосекционные поезда, оборудованные таким образом, могут, в зависимости от конфигурации линии и правил эксплуатации, переходить из одной системы электрификации в другую без остановки, двигаясь по инерции на коротком расстоянии для переключения, минуя мертвый участок между различными напряжениями.
Поезда Eurostar , проходящие через туннель под Ла-Маншем , являются многосистемными; значительная часть маршрута около Лондона проходила по третьей рельсовой системе постоянного тока 750 В южной Англии, маршрут в Брюссель — по воздушной контактной сети 3000 В постоянного тока, а остальная часть маршрута — по воздушной контактной сети 25 кВ 50 Гц. Необходимость в использовании третьего рельса для этих поездов до станции Ватерлоо в Лондоне отпала после завершения строительства линии High Speed 1 в 2007 году. Южная Англия использует некоторые двухсистемные локомотивы с контактной сетью и третьим рельсом , такие как класс 92 для туннеля под Ла-Маншем, и многосекционные локомотивы, например, класс 319 на сервисах Thameslink , чтобы обеспечить сквозное движение между третьим рельсом постоянного тока 750 В к югу от Лондона и воздушной контактной сетью переменного тока 25 кВ к северу и востоку от Лондона.
Электродизельные локомотивы , которые могут работать как электровоз на электрифицированных линиях, но имеют бортовой дизельный двигатель для неэлектрифицированных участков или подъездных путей, использовались в нескольких странах; примерами являются британский Class 73 1960-х годов и концепция последней мили примерно 2011 года, когда электрический грузовой локомотив может работать на подъездных путях под дизельной тягой ( двойной режим TRAX ).
Несколько аккумуляторных электрических вагонов и локомотивов использовались в двадцатом веке, но в целом использование энергии аккумуляторов не было практичным, за исключением подземных горнодобывающих систем. См. Аккумуляторный вагон и Аккумуляторный локомотив .
Многие высокоскоростные железнодорожные системы используют электропоезда, такие как Синкансэн и TGV .
Traxx MS (мультисистемный) для работы в сетях переменного тока (15 и 25 кВ) и постоянного тока (1,5 и 3 кВ)