Железнодорожная электрическая тяга описывает различные типы локомотивов и составных частей , которые используются в системах электрификации по всему миру.
Электрификация железных дорог как средство тяги возникла в конце девятнадцатого века, хотя эксперименты с электрическими железными дорогами восходят к середине девятнадцатого века. [1] Томас Дэвенпорт в Брэндоне, штат Вермонт , в 1834 году построил круговую модель железной дороги , по которой двигались локомотивы с батарейным питанием (или локомотивы, работающие на рельсах с батарейным питанием). [1] Роберт Дэвидсон из Абердина , Шотландия, создал электрическую локомотив в 1839 году и проехал на нем по железной дороге Эдинбург-Глазго со скоростью 4 мили в час. [1] Самые ранние электровозы, как правило, работали на аккумуляторах. [1] В 1880 году Томас Эдисон построил небольшую электрическую железную дорогу, используя динамо -машину в качестве двигателя и рельсы в качестве среды, несущей ток. Электрический ток протекал через металлический обод деревянных колес и улавливался контактными щетками. [1]
Электрическая тяга имела ряд преимуществ по сравнению с преобладающей в то время паровой тягой, особенно в отношении ее быстрого ускорения (идеально подходит для городских (метро) и пригородных (пригородных) перевозок) и мощности (идеально подходит для тяжелых грузовых поездов, следующих по горным/холмистым участкам). В первые двадцать лет двадцатого века возникло множество систем.
Тяговые единицы постоянного тока (DC) используют ток, потребляемый от третьего рельса , четвертого рельса , источника питания на уровне земли или воздушной линии . Переменное напряжение преобразуется в постоянное с помощью выпрямителя .
Переменный ток (AC) Тяговые агрегаты оснащены инвертором и производят переменную тяговую мощность в зависимости от частоты переменного тока. Они оснащены большинством современного подвижного состава , что обеспечивает более низкие затраты на техническое обслуживание и более легкую масштабируемость по сравнению с агрегатами постоянного тока.
Из-за разнообразия систем электрификации железных дорог, которые могут различаться даже внутри страны, поездам часто приходится переходить из одной системы в другую. Один из способов добиться этого — менять локомотивы на стрелочных станциях. На этих станциях есть воздушные провода, которые можно переключать с одного напряжения на другое, поэтому поезд прибывает на одном локомотиве, а отправляется на другом. Коммутационные станции имеют очень сложные компоненты и очень дороги.
Менее дорогая распределительная станция может иметь разные системы электрификации на обоих выходах без переключаемых проводов. Вместо этого напряжение на проводах меняется через небольшой разрыв в них около середины станции. Электровозы въезжают на станцию с опущенными токоприемниками и останавливаются под проводом неправильного напряжения. Затем маневровый дизель может вернуть локомотив на правую сторону станции. Оба подхода неудобны и отнимают много времени, занимая около десяти минут.
Другой способ — использовать мультисистемную движущую силу, которая может работать при нескольких различных напряжениях и типах тока. В Европе становятся обычным явлением двух-, трех- и четырехсистемные локомотивы для трансграничных грузовых перевозок (1,5 кВ постоянного тока, 3 кВ постоянного тока, 15 кВ переменного тока 16,7 Гц, 25 кВ переменного тока 50 Гц). [2] Локомотивы и составные части, оборудованные таким образом, могут, в зависимости от конфигурации линии и правил эксплуатации, переходить от одной системы электрификации к другой без остановки, проезжая небольшое расстояние для переключения, минуя мертвый участок между различными напряжениями.
Поезда Eurostar , следующие через туннель под Ла-Маншем , являются мультисистемными; значительная часть маршрута возле Лондона проходила по третьей железнодорожной системе южной Англии с напряжением 750 В постоянного тока, маршрут в Брюссель проходит с воздушным напряжением 3000 В постоянного тока, а остальная часть маршрута проходит с воздушным напряжением 25 кВ, 50 Гц. Необходимость в том, чтобы эти поезда использовали третий рельс до лондонской станции Ватерлоо, отпала после завершения строительства высокоскоростной линии 1 в 2007 году. В Южной Англии используются некоторые двухсистемные локомотивы надземного / третьего рельса , такие как класс 92 для туннеля под Ла-Маншем, а также несколько локомотивов, например, класс 319 на услугах Thameslink , позволяющий проходить между третьей железной дорогой постоянного тока 750 В к югу от Лондона и воздушными линиями переменного тока 25 кВ к северу и востоку от Лондона.
В ряде стран используются электродизельные локомотивы , которые могут работать как электровоз на электрифицированных линиях, но имеют бортовой дизельный двигатель для неэлектрифицированных участков или подъездных путей; примерами являются британский класс 73 1960-х годов и концепция последней мили примерно 2011 года, где грузовой электровоз может работать на подъездных путях на дизельном двигателе ( двойной режим TRAX ).
В двадцатом веке использовалось несколько аккумуляторных электрических вагонов и локомотивов, но в целом использование аккумуляторной энергии было непрактично, за исключением подземных горнодобывающих систем. См. Аккумуляторный вагон и Аккумуляторный локомотив .
Во многих высокоскоростных железнодорожных системах используются электропоезда, такие как Синкансэн и TGV .
Traxx MS (мультисистемный) для работы в сетях переменного (15 и 25 кВ) и постоянного тока (1,5 и 3 кВ)