Почему дизель не крутит колёса напрямую

В автомобиле двигатель обычно соединён с колёсами через коробку передач: мотору трудно одинаково хорошо работать и на малой скорости, и на высокой. У тяжёлого локомотива задача ещё сложнее: состав нужно сдвинуть с места, а затем тянуть на разных скоростях и по уклонам. Механическая передача, способная справиться с такой нагрузкой, была бы громоздкой и требовала бы сложного управления.

В дизель-электрической схеме двигатель вращает генератор. Тот превращает механическую энергию в электрическую, а тяговые электромоторы у колёс снова превращают её в движение. Между мотором и осью всё же есть редуктор — набор шестерён, уменьшающий скорость вращения и увеличивающий усилие. Но многоступенчатая коробка передач, как у автомобиля, не нужна.

Тяга, которую можно дозировать

Электромотор способен создавать большое вращающее усилие уже при малой скорости. Поэтому поезд может плавно тронуть тяжёлый состав, не пытаясь сначала разогнать двигатель до оборотов, при которых механическая коробка могла бы передать нужную мощность. Система управления регулирует подачу электричества к моторам, подстраивая тягу под скорость и нагрузку.

Это особенно удобно для грузового локомотива: его колёса должны не просто быстро вращаться, а долго и надёжно тянуть большую массу. Моторы можно распределить по нескольким осям, чтобы усилие приходилось на разные колёсные пары, а не передавалось через один сложный механический привод.

За удобство платят преобразованиями

Энергия проходит два преобразования — из механической в электрическую и обратно, — и каждое сопровождается потерями. Зато локомотив получает гибкую передачу мощности без тяжёлой коробки, а дизельному двигателю не приходится напрямую согласовывать свои обороты с вращением колёс. В некоторых конструкциях электромоторы при торможении могут работать как генераторы: поезд замедляется, а выработанное электричество рассеивается в тормозных сопротивлениях или, если система это позволяет, возвращается в сеть.

Так дизельный локомотив совмещает две роли: двигатель сжигает топливо, а генератор и моторы передают его энергию колёсам. Электрическая тяга здесь не означает, что поезд подключён к внешней сети: его электростанция едет вместе с ним.