Электрическая тяга применяется при различных системах тока и различной величине напряжения. На электрифицированных железных дорогах применяется система электрической тяги на постоянном токе напряжением 1,5 и 3 кВ и переменном однофазном токе промышленной частоты 50 Гц напряжением 10 и 25 кВ.
Электрификация железнодорожного транспорта связана с необходимостью создания системы энергоснабжения для передачи и необходимых преобразований энергии (рис. 12.13). В такую систему входят устройства, составляющие ее внешнюю часть (электростанции, районные трансформаторные подстанции, линии электропередач) и тяговую часть (тяговые подстанции и электротяговую сеть). Тяговая сеть включает: контактную сеть, рельсовые цепи, питающие и отсасывающие линии. Контактная сеть выполняется в виде воздушной подвески контактного провода на Т и П образных опорах.
При любой системе тока и величине напряжения тяговые двигатели электроподвижного состава работают на постоянном токе. Различие систем энергоснабжения заключается в том, что при системе постоянного тока преобразование переменного тока, идущего с электростанций, в постоянный производится на тяговых подстанциях, а при системе переменного тока - на самом электроподвижном составе.
В целом электрификация на переменном токе оказывается более эффективной, так как повышение напряжения в контактной сети до 10-25 кВ позволяет уменьшить потери напряжения и энергии в контактной сети и уменьшить число тяговых подстанций за счет увеличения расстояния между ними (с 20 км при постоянном до 60 км при переменном) Одновременно существенно (с 500 мм2 до 150 мм2) уменьшается сечение контактного провода и снижается расход цветного металла.
Основным недостатком системы тяги на переменном токе является необходимость установки выпрямительных устройств на локомотиве, а также интенсивное электромагнитное влияние металлические сооружения, вызывающее коррозию.
К электрическому подвижному составу относятся электровозы и моторные вагоны. В зависимости от рода тока различают электровозы и моторные вагоны постоянного тока и переменного тока. Основные данные некоторых электровозов приведены в табл. 12.1.
Электровозы и моторвагоны состоят из механической части (кузов с рамой и тележки), электрического оборудования и имеют пневматические системы. Сцепление электроподвижного состава с вагонами осуществляется автосцепкой. Для пригородного пассажирского сообщения на электрифицированных линиях используют электропоезда, состоящие из моторных и прицепных вагонов. Мощность моторного вагона рассчитана на работу с двумя прицепными. Состав формируется из 3, 6 и 12 вагонов.
Таблица 12.1. Техническая характеристика электровозов
| Показатели | ВЛ23, ВЛ8 | ЧС2 | ВЛ80 | ЧС4 | |||
| Ток | Постоянный | Переменный | |||||
| Осевая характеристика | 30+30 20+20+20+20 | 30+30 | 20+20- 20+20 | 30+30 | |||
| Род службы | Грузовой | Пассажирский | Грузовой | Пассажир ский | |||
| Мощность часового режима, кВт. | |||||||
| Конструкционная скорость, км/ч. | |||||||
| Сцепная масса, т. | 132; 184 | ||||||
| Длина по осям автосцепок, мм. | |||||||
| Рис. 12.18. Принципиальная схема энергоснабжения электрифицированной железной дороги, где: 1-тяговая подстанция; 2-питающая линия; 3-контактная сеть; 4-электрический подвижной состав; 5-рельсовые цепи; 6-отсасывающая линия; Ц - расстояние между тяговыми подстанциями. | ||||||
Тепловозы
По роду службы тепловозы подразделяются на грузовые, пассажирские и маневровые. Основные данные некоторых тепловозов приведены в табл. 12.2. Тепловоз состоит из следующих основных частей: первичного двигателя- дизеля, передачи, кузова, экипажа и вспомогательного оборудования.
Дизель преобразует химическую энергию топлива в механическую энергию вращения коленчатого вала. Дизель плохо приспособлен к переменным режимам работы локомотива с частыми троганиями с места, остановками, изменением скорости движения. Передача приспосабливает дизель к условиям переменного режима работы локомотива во всем диапазоне от трогания с места до реализации его полной мощности. На тепловозах применяют главным образом гидравлическую и электрическую передачи. Сцепление тепловозов с вагонами осуществляется автосцепкой.
Таблица 12.2 - Техническая характеристика тепловозов
| Показатели | 2ТЭ10Л | ТЭ136 | ТЭП60 | ТЭМ2 | |
| Осевая характеристика | 2(30+30) | Зо+Зо | Зо+Зо | 30+30 | |
| Род службы | Грузовой | Пассажирский | Маневровый | ||
| Сцепная масса, т. | 2x129 | ||||
| Мощность по дизелю, кВт. | 2x2210 | ||||
| Конструкционная скорость, км/ч. | |||||
| Длина по осям автосцепок, мм. | 2x16969 | ||||
Расчет массы состава
Движение поезда происходит под действием силы тяги Р, сил сопротивления W и тормозной силы В. Сила тяги, вызывающая перемещение поезда, создается в результате взаимодействия колес локомотива с рельсами при передаче вращающего момента от двигателя к колесным парам. Наибольшая сила тяги создается по условиям сцепления колес с рельсами.
, кгс (12.10)
где 
- коэффициент сцепления колес с рельсами;
рсц - сцепная масса локомотива, тс.
Значения 
в различных условиях работы указываются в паспорте локомотива.
Полное сопротивление поезда Wk при движении
, кгс/т (12.11)
Движение поезда осуществляется на расчетном подъеме 1Р, величина которого определяется из выражения
, промилей (12.12)
где i - величина уклона, промилей;
- дополнительное удельное сопротивление движению на кривой, кгс.
Условие равномерного движения поезда
, кгс (12.13)
Откуда масса прицепной части поезда (Q) составит
, тонн (12.14)
где 
- основные удельные сопротивления локомотива и вагона при" расчетной скорости.
Расчет массы поезда является частью тяговых расчетов, которые выполняются по специальным правилам.
