1814年，英国人乔治·斯蒂芬森研制的第一辆蒸汽机车“布拉策号”试运行成功，这标志着世界上第一台火车的诞生。后来，火车引入中国，人们看着火车头冒着蒸汽，车里燃烧着火焰。就把它形象地称为火车。
蒸汽机车
由于蒸汽机车污染大，效率低，20世纪初，国外开始探索试制内燃机车。内燃机车是以内燃机作为原动力，通过传动装置驱动车轮的机车。
内燃机车
随着工业的发展，电力机车体现了其优势：功率大、过载能力强、牵引力大、速度快、整备作业时间短、维修量少、运营费用低、便于实现多机牵引、能采用再生制动以及节约能量，而且不会造成空气污染，噪音小。
电力机车
目前大量使用的就是电力机车，内燃机车只是作为战略储备和应急处理使用，蒸汽机车完全被淘汰，只能作为古董摆在博物馆里。
总结如下，火车按能源分为：蒸汽机车、内燃机车、电力机车。这里我们主要介绍目前广泛投入使用的电力机车的原理。类比于汽车，火车主要是用来拉东西的，可以是人也可以是货物，我们需要弄懂的两个问题就是，1、火车是怎么跑起来？2、火车怎么停下来?
电力机车是通过电能驱动牵引电机转动，从而带动轮对转动，轮对与钢轨之间产生摩擦力，摩擦力使火车前进！
火车车轮
电能从哪里来？接触网，就是我们常见的高压电线，不过这里的高压电是高达25000V的单相交流电，通过变电所直接输送到线路上，供火车运行使用。
接触网
有了电，这些电是如何接入火车的呢？家用电通过电线直接引入家里使用，火车如果采用同样方法，火车跑起来后肯定会扯断这些线！于是，人们发明了受电弓来引入接触网的电。
受电弓上方有滑板，主要由石墨组成，材质细腻，下方为气囊，气囊充风受电弓升起，滑板与接触网接触，电就引入了车内。
受电弓升起与接触网连接
前面提到过，接触网的电是25000V，如此高压，肯定是不能直接作用电机的，于是车上设有主变压器，利用电磁互感原理，将25000V电压降到1000V左右！
主变压器
牵引电机主要有交流电机和直流电机两种，目前交流电机以其机构简单、稳定性好、功率大等优点得到了广泛应用，直流电机逐步被淘汰，步了蒸汽机的后尘！现在我们主要了解交流牵引电机的使用！交流牵引电机使用的是三相交流电！
三相交流异步牵引电机
牵引电机运行需要调节速度，这就需要对电机的电压进行控制，主变流器就是这样的一个装置，它将变压器过来的单相交流电压转换为中间直流电压，然后再逆变为三相交流电，供给电机使用，我们称为“交-直-交”变流。主变流器通过调节三相交流电的电压和频率达到控制电机转动速度，然后就可以调节火车运行的快慢了！
主变流器的原理图
车上还有装有蓄电池，作为火车的启动电源，当受电弓升起之后，充电柜就对蓄电池进行充电和对火车其他地方提供低压电！
火车上蓄电池
由于电机和主变流器运行会产生大量的热量，车上还设置有冷却系统，主要有牵引风机和冷却塔对其进行冷却，牵引风机通过吹风带走热量，冷却塔通过管路的油或者水进行循环，然后通过冷却风机吹风带走热量，类似于电脑的水冷降低主板温度！
牵引风机
冷却塔
火车停下来的过程我们称作制动，火车制动的方式主要分为两种：闸瓦制动和再生制动
2.1 闸瓦制动的方式很简单，和汽车类似，利用闸瓦抱住车轮子上的制动盘，产生摩擦力，从 而使车轮的速度慢下来，最终达到停下来的目的。
闸瓦制动原理
制动所使用的动力为压缩空气，空气推动闸瓦作用于制动盘上制动，于是我们在车上设计有制造压缩空气的空气压缩机。
螺杆式空气压缩机
由于压缩机压缩出来的空气不纯净，里面有大量的油和水，车上又设有干燥塔，用于干燥压缩空气。
干燥塔
使用这些空气我们设置有两个总风缸来储存这些空气，空气存起了，我们再通过制动柜来对空气进行调节，比如这里需要多少的空气，那里里需要多少空气。这样就基本形成了整个制动系统的空气回路原理。
2.2 再生制动是改变牵引电机的运行工况，使其由电动机转化为发电机，将机械能转换为电能，消耗掉多余的能量，从而达到快速制动的目的，并且将这些电能回馈到电网供其他机车使用。通俗来说就是电机发电耗能，使火车停下来。
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