Пароэлектровоз Хельмана — это экспериментальный локомотив, разработанный французским промышленником Жаном Жаком Хельманом (Jean Jacques Heilmann) в конце XIX века. Он стал одним из первых примеров использования электрической трансмиссии в железнодорожном транспорте.
В 1890 году Хельман получил патент на комбинированную пароэлектрическую силовую установку для железнодорожного транспорта. После двух лет проектирования и испытаний в 1894 году был построен первый прототип — локомотив La Fusee Electrique мощностью 600 л. с.. В 1897 году для французской железнодорожной компании Chemins de Fer de l’Ouest были изготовлены ещё два пароэлектровоза оригинальной конструкции с номерами 8001 и 8002.
Паровая машина вращала генератор, который вырабатывал электрический ток. Полученное электричество питало тяговые электродвигатели, каждый из которых был закреплён на оси колёсной пары и вращал её. Таким образом, паровая машина «развязывала» обороты двигателя и колёс, что позволяло локомотиву быть относительно компактным и быстроходным.
Некоторые технические характеристики:
паровой котёл классической схемы давал пар с давлением около 12–13 атм для шестицилиндровой компаунд-машины (паровая машина двойного расширения пара) мощностью от 440 до 590 кВт;
генератор постоянного тока имел мощность около 500 кВт, напряжение 400 В и максимальный ток 1200 А;
локомотив имел две четырёхосные тележки, на каждой оси которых были установлены тяговые электродвигатели мощностью от 59 до 74 кВт.
Первый локомотив серии вышел на испытания 2 февраля 1894 года. При общей массе поезда 183 тонны (с балластными вагонами и вагоном-лабораторией) скорость составила 54–70 км/ч. 9 мая 1894 года Хельман протестировали с пассажирским составом из восьми вагонов на участке от станции Сен-Лазар в Париже до Мант-ла-Джоли. Максимальная достигнутая скорость составила 107 км/ч — для конца XIX века это были достойные показатели.
Интересно, что локомотив расходовал угля примерно на 15% меньше, чем паровой локомотив классической схемы. Это, вероятно, было связано с более высоким КПД многоцилиндровой паровой машины, работавшей в более благоприятной зоне нагрузок.
Несмотря на технические достижения, пароэлектровозы Хельмана не получили массового распространения. Среди причин:
низкий КПД системы: генераторы, система регулирования мощности и электродвигатели не были достаточно эффективными, что приводило к повышенному расходу топлива на тонно-километр;
высокая сложность и стоимость конструкции;
необходимость в дополнительном члене экипажа — электрике для обслуживания электросистемы;
для паровоза электрическая трансмиссия была не столь выгодна, как для тепловозов, поскольку паровая машина вырабатывает мощность в котле, а не в цилиндре, и не нуждается в сложной трансмиссии для эффективного трогания с места.
Тем не менее пароэлектровозы Хельмана сыграли свою роль в истории локомотивостроения, став предшественниками современных дизель-электрических локомотивов.