Условия работы локомотива при вождении поездов характеризуются непрерывным изменением силы тяги и скорости движения, к этому также добавляются колебания напряжения контактной сети, участки пути с недостаточным сцеплением. При этом мощность локомотива зависит от многих обстоятельств, она меняется в зависимости от реализуемой скорости, выбранного соединения и ступени ослабления поля возбуждения, уровня напряжения в контактной сети. Эти обстоятельства позволяют реализовать весьма разнообразные режимы управления тяговым подвижным составом, зачастую отличающихся от принятых при тяговых расчетах и указанные в режимных картах.
Важную роль в выборе режимов движения играет график движения поездов, поскольку он должен предусматривать наилучшие условия пропуска поездов по участкам. Правильное диспетчерское руководство движением поездов, недопущение обгона и скрещения поездов на станциях, расположенных на неблагоприятном профиле, сокращение числа скрещений, своевременное информирование локомотивных бригад об условиях пропуска поездов, ликвидация задержек их у закрытых сигналов - необходимые условия для выработки рациональных режимов вождения поездов и высокоэффективного использования локомотивов. Опять же, к сожалению - составление графика и организация движения это прерогатива службы движения, которая имеет весьма поверхностные знания о работе локомотива и не заинтересованных в снижении расхода топливно-энергетических ресурсов.
Для различных условий эксплуатации рациональные режимы вождения поездов имеют существенные особенности. Это не позволяет рекомендовать один режим ведения поезда как оптимальный для всех практически возможных условий движения по участку, поскольку даже на одном и том же участке эти условия часто меняются. Кроме того, характеристики электрических машин и конкретных локомотивов в зависимости от их технического состояния могут в определенных пределах отличаться от соответствующих паспортных данных.
Все это создает трудности при разработке и практическом использовании рациональных режимов вождения поездов. Однако опыт показывает, что даже при наличии режимных карт и реализации рекомендуемых режимов вождения поездов, технически обоснованных для некоторых средних эксплуатационных условий, фактический расход электроэнергии и топлива у различных машинистов на одних и тех же участках разный, отклонения могут быть как в большую, так и в меньшую сторону от установленной нормы (до 10 %).
Передовые, хорошо подготовленные технически и понимающие основы работы локомотива, тяги и движения поезда машинисты учитывают конкретные эксплуатационные условия, быстро принимают правильные решения, корректируют рекомендации режимных карт и добиваются значительной экономии электроэнергии или топлива. Рациональный по расходу топливно-энергетических ресурсов режим ведения поезда должен предусматривать и оптимальное использование мощности локомотива по условиям нагрева тягового электрооборудования, сцепления колес с рельсами на лимитирующих подъемах участка. Обычно режимы ведения поезда, рациональные по условиям использования мощности локомотивов на лимитирующих подъемах, не противоречат режимам, рациональным по расходу электроэнергии или топлива.
Значительный резерв экономии электроэнергии заключен в применении рекуперативного торможения поездов. Как показывают расчеты и опытные поездки, а также подтверждает практика работы железных дорог, расширение полигона применения рекуперации электроэнергии дает большое снижение ее расхода. Даже на участках с равнинным профилем пути он существенно снижается. Значительный эффект может быть достигнут благодаря применению рекуперации электроэнергии на электропоездах пригородного движения.
Рациональный режим ведения поезда разрабатывают для заданного времени хода по перегонам. Эта очень сложная задача должна решаться на основе кривой изменения скорости, полученной в результате тяговых расчетов и соответствующей заданному времени хода. Формирование рационального режима сводится к совершенствованию первоначального режима, т.е. внесению в него изменений, направленных на сокращение расхода электроэнергии или топлива при сохранении заданного времени хода.
Снизить расход топливно-энергетических ресурсов можно уменьшением потерь кинетической энергии и потерь энергии при ее преобразовании. Значительное снижение можно получить при пониженной скорости движения и при увеличении времени хода по перегонам; однако, как правило, это неприемлемо, поскольку влечет за собой сокращение пропускной способности участка. Уменьшить потери кинетической энергии можно, снижая среднюю скорость движения поезда и скорость входа его на уклоны с «вредными» спусками, а также снизив неравномерность скорости движения и скорость начала применения тормозов поезда.
Уменьшение неравномерности скорости движения дает заметный эффект в экономии электроэнергии и топлива на равнинных участках пути и на участках с равномерным уклоном, а также с относительно редкими остановками поездов. При изменении режима для выравнивания скорости следует учитывать значение КПД локомотива, чтобы длительное следование на заданной скорости происходило при оптимальных параметрах.
Потери энергии в тормозах поезда пропорциональны длине «вредных» спусков или квадрату скорости начала торможения. Для уменьшения этих потерь следует в пределах возможного снижать скорость поезда при входе его на уклоны с «вредными» спусками. Это достигается увеличением времени движения локомотива на выбеге с выключенными тяговыми двигателями перед такими уклонами или торможениями. Допустимость таких снижений скорости движения определяется возможностью ее повышения на другой части перегона для обеспечения заданного времени хода поезда, а целесообразность - разницей между экономией энергии или топлива благодаря снижению потерь в тормозах и увеличением их расхода за счет движения с повышенной скоростью на некоторой части перегона или участка.
Пуск и разгон характеризуются значительными потерями энергии в пусковом реостате на ЭПС постоянного тока и работой при пониженном КПД на ЭПС переменного тока. Чтобы сократить потери электроэнергии в пусковом реостате, следует реализовать максимально-возможное ускорение поезда, для чего необходимо увеличивать среднее значение пускового тока электровоза и применять ослабление возбуждения тяговых двигателей электровозов постоянного тока.
Составными элементами рациональных режимов вождения поездов являются: использование максимальной возможной силы тяги, реализация высоких значений коэффициента сцепления и рациональное использование запасов кинетической энергии для преодоления подъемов, правильный выбор скорости начала торможения, умелое регулирование силы тяги с применением ослабления возбуждения тяговых двигателей при оптимальном температурном режиме обмоток электрических машин и дизеля.