Электр локомотивтері: артықшылықтары мен кемшіліктері

Кіріспе

Электрмен жұмыс істейтін локомотив

Электрлік локомотив – электр энергиясымен жұмыс істейтін локомотив. Электр энергиясы жоғары сымдар арқылы, үшінші рельс арқылы немесе аккумулятор немесе суперконденсатор сияқты бортындағы энергия сақтағыштары арқылы беріледі. Дизельдік немесе газ турбиналық қозғалтқыштармен жабдықталған локомотивтер дизельдік-электрлік немесе газ турбиналық-электрлік локомотивтер деп жіктеледі, электрлік локомотивтер деп емес, себебі электр генераторы/қозғалтқыш комбинациясы тек қуат беру жүйесі ретінде ғана қызмет етеді. Электрлік локомотивтер электр қозғалтқыштарының жоғары тиімділігінен пайда көреді, көбінесе 90% жоғары (электр энергиясын өндірудің тиімсіздігін ескермегенде). Регенеративті тежеу арқылы қосымша тиімділікке қол жеткізуге болады, ол тежеу кезінде кинетикалық энергияны қалпына келтіріп, қуатты желіге қайтаруға мүмкіндік береді. Жаңа электрлік локомотивтерде регенеративті тежеуді қамтамасыз ететін айнымалы ток қозғалтқыш инверторлық жүйелері қолданылады. Электрлік локомотивтер дизельдік локомотивтерге қарағанда тыныш, себебі қозғалтқыш пен түтін шуы жоқ және механикалық шу аз. Қозғалмалы бөліктердің болмауы электрлік локомотивтердің рельстерге аз әсер ететінін, рельстерді күтіп ұстауды азайтатынын білдіреді. Электр стансасының қуаты кез келген жеке локомотивтің қажеттілігінен әлдеқайда артық, сондықтан электрлік локомотивтер дизельдік локомотивтерге қарағанда жоғары қуатты шығара алады және жылдам үдеу үшін қысқа мерзімді қуатты күшейтуге қабілетті. Электрлік локомотивтер жиі тоқталатын қалалық теміржол қызметі үшін өте қолайлы. Электрлік локомотивтер жоғары көлік көлемі бар жүк бағыттарында немесе дамыған теміржол желілері бар аймақтарда қолданылады. Электр стансалары, тіпті олар табиғи отынды жақса да, локомотив қозғалтқыштары сияқты жылжымалы көздерге қарағанда әлдеқайда таза. Энергия көзі көміртегінің аз шығарындыларын беретін немесе жаңартылатын көздерден де болуы мүмкін, оларға геотермальдық энергия, гидроэлектр энергиясы, биомасса, күн энергиясы, ядролық энергия және жел турбиналары жатады. Электрлік локомотивтер дизельдік локомотивтерге қарағанда 20% арзан, олардың техникалық қызмет көрсету шығындары 25-35% төмен, ал пайдалану құны 50% дейін арзан. Электрлендірудің басты кемшілігі – инфрақұрылымның жоғары құны: жоғары сымдар немесе үшінші рельс, қосалқы станциялар және басқару жүйелері. АҚШ-тағы мемлекеттік саясат электрлендіруге кедергі келтіреді: егер олар электрлендірілсе, жекеменшік теміржол мүліктеріне жоғары мүлік салығы салынады. EPA локомотивтер мен теңіз қозғалтқыштарының шығарындыларын автомобильдер мен жүк көліктерінің шығарындыларымен салыстыра реттейді, осы жылжымалы қуат көздерінен шығатын көміртек монооксиді, жанылмаған көмірсутектер, азот оксидтері және күйе мөлшерін шектеу үшін. АҚШ-та теміржол инфрақұрылымы жекеменшік болғандықтан, теміржолдар электрлендіру үшін қажетті инвестицияларды жасауға дайын емес. Еуропа және басқа елдерде теміржол желілері ұлттық көлік инфрақұрылымының бір бөлігі болып саналады, жолдар, тас жолдар және су жолдары сияқты, сондықтан оларды көбінесе мемлекет қаржыландырады. Теміржол көлігінің операторлары теміржолды пайдалану бойынша алым төлейді. Бұл техникалық және ұзақ мерзімді перспективада экономикалық тұрғыдан тиімді электрлендіру үшін қажетті ірі инвестицияларды жүзеге асыруға мүмкіндік береді.

An electric locomotive is a locomotive powered by electricity from overhead lines, a third rail or on board energy storage such as a battery or a supercapacitor. Locomotives with on board fuelled prime movers, such as diesel engines or gas turbines, are classed as diesel electric or gas turbine electric and not as electric locomotives, because the electric generator/motor combination serves only as a power transmission system. Electric locomotives benefit from the high efficiency of electric motors, often above 90% (not including the inefficiency of generating the electricity). Additional efficiency can be gained from regenerative braking, which allows kinetic energy to be recovered during braking to put power back on the line. Newer electric locomotives use AC motor inverter drive systems that provide for regenerative braking. Electric locomotives are quiet compared to diesel locomotives since there is no engine and exhaust noise and less mechanical noise. The lack of reciprocating parts means electric locomotives are easier on the track, reducing track maintenance. Power plant capacity is far greater than any individual locomotive uses, so electric locomotives can have a higher power output than diesel locomotives and they can produce even higher short term surge power for fast acceleration. Electric locomotives are ideal for commuter rail service with frequent stops. Electric locomotives are used on freight routes with consistently high traffic volumes, or in areas with advanced rail networks. Power plants, even if they burn fossil fuels, are far cleaner than mobile sources such as locomotive engines. The power can also come from low carbon or renewable sources, including geothermal power, hydroelectric power, biomass, solar power, nuclear power and wind turbines. Electric locomotives usually cost 20% less than diesel locomotives, their maintenance costs are 25–35% lower, and cost up to 50% less to run. The chief disadvantage of electrification is the high cost for infrastructure: overhead lines or third rail, substations, and control systems. Public policy in the U. S. interferes with electrification: higher property taxes are imposed on privately owned rail facilities if they are electrified. The EPA regulates exhaust emissions on locomotive and marine engines, similar to regulations on car & freight truck emissions, in order to limit the amount of carbon monoxide, unburnt hydrocarbons, nitric oxides, and soot output from these mobile power sources. Because railroad infrastructure is privately owned in the U. S., railroads are unwilling to make the necessary investments for electrification. In Europe and elsewhere, railway networks are considered part of the national transport infrastructure, just like roads, highways and waterways, so are often financed by the state. Operators of the rolling stock pay fees according to rail use. This makes possible the large investments required for the technically and, in the long term, also economically advantageous electrification.

Бірқалыпты ток

Алғашқы электр локомотивін 1837 жылы Абердин қаласынан шыққан химик Роберт Дэвидсон жасаған. Кейін Дэвидсон Галвани деп аталатын үлкен локомотив жасады, ол 1841 жылы Шотландия Корольдік өнер көрмесінде көрсетілді. Жеті тонналық көліктің екі тікелей жететін моторы, әр ошақтағы ағаш цилиндрге бекітілген темір тақталарға әсер ететін тұрақты электромагниттері және қарапайым коммутаторлары болды. Ол алты тонна жүк тартты, сағатына төрт миль (6 шақырым) жылдамдықпен. Ол келесі жылдың қыркүйек айында Эдинбург пен Глазго темір жолында сынақтан өтті, бірақ батареялардың шектеулі қуаты оның кеңінен қолданылуына кедергі келтірді. Теміржолшылар оны өздерінің жұмыс орындарына қауіп төндіретінін ойлап, жойды. Бірінші электрлік жолаушылар пойызын 1879 жылы Берлинде Вернер фон Сименс ұсынды. Локомотив 2,2 кВт сериялық мотормен қозғалды, ал локомотив пен үш вагондан тұратын пойыздың жылдамдығы 13 км/сағ-қа жетті. Төрт ай бойы пойыз 300 метрлік дөңгелек жолмен 90 мың жолаушыны тасымалдады. Электр энергиясы (150 В) рельстер арасындағы үшінші оқшауланған рельс арқылы берілді. Электр тоғын жинауға контактілік ролик қолданылды. Әлемдегі алғашқы электр трамвай желісі 1881 жылы Берлинге жақын Лихтерфельдеде ашылды. Оны Вернер фон Сименс (Gross Lichterfelde Tramway және Berlin Straßenbahn қараңыз) салған. Волктың электр темір жолы 1883 жылы Брайтон қаласында ашылды. Сондай-ақ 1883 жылы Австрияның Вена қаласына жақын жерде Модлинг және Хинтербрюль трамвайлары ашылды. Бұл әуе желісінен электр қуатымен қамтамасыз етілген, тұрақты қызметте болған әлемдегі алғашқы трамвай болды. Бес жылдан кейін АҚШ-та 1888 жылы Ричмонд Юнион жолаушылар теміржолында Франк Дж. Спрагтың құрылғысын пайдалана отырып, электр троллейбустары ізашарлық қызмет атқарды. Мажарстанның алғашқы электрлі темір жолы 1887 жылы ашылды. Будапешт (BHÉV): Ракеве желісі (1887), Сент-Эндре желісі (1888), Геделло желісі (1888), Чепел желісі (1912). Электрлік локомотивтің алғашқы дамуының көп бөлігі, әсіресе қалалық жерлерде, туннельдерді қолданудың артуымен байланысты болды. Бу локомотивтерінен шығатын түтін зиянды болғандықтан муниципалитеттер оларды өздерінің шекараларында пайдалануға тыйым салуға бейім болды. Бірінші электрмен жұмыс істейтін жерасты желісі - Сити және Оңтүстік Лондон темір жолы, оның құтқару актісінде бу қуатын пайдалануға тыйым салатын ереже болды. 1890 жылы ашылған, Матер мен Платтың электрлік локомотивтерін пайдаланды. Электр энергиясы метрополитеннің таңдаулы қуат көзіне айналды, оны 1897 жылы Спрагтың бірнеше бірлік пойыздарды басқаруды ойлап табуынан кейін пайда болды. Жер бетіндегі және жоғарыдағы жылдам транзит жүйелері, әдетте, жарлықпен түрленуге мәжбүр болғанға дейін буды қолданды. Электрлендіруді бірінші рет американдық магистральда Балтимор және Огайо темір жолының (B&O) Балтимор белдеуінің төрт мильдік бөлігінде 1895 жылы жүзеге асырды, Балтимор және Огайо темір жолының негізгі бөлігін Нью-Йоркке жаңа желіге Балтимордың орталық бөлігінің шеттеріндегі туннельдер арқылы жалғады. Пенсильвания темір жолындағы параллель жолдар бу локомотивтерінен көмір түтіні үлкен жұмыс істеу мәселесі және қоғамдық алаңдаушылық екенін көрсетті. Алғашында үш Bo+Bo блогы, EL 1 моделі қолданылды. Электрлендірілген бөліктің оңтүстік шетінде олар локомотив пен пойызға қосылып, оны туннельдер арқылы тартты. Темір жолдар Нью-Йоркке кіргенде де осындай туннельдерді қажет етеді, ал түтін проблемасы оларда анағұрлым ауыр болды. 1902 жылы Парк-авеню туннеліне болған соққыдан кейін Нью-Йорк штатының заң шығарушы органы 1908 жылдың 1 шілдесінен кейін Гарлем өзенінің оңтүстігінде түтін шығаратын локомотивтерді пайдалануға тыйым салды. 1904 жылы Нью-Йорк орталық темір жолында электрлік локомотивтер іске қосылды. 1930 жылдары Нью-Йорк ережелеріне сәйкес электрлік локомотивтерді енгізген Пенсильвания темір жолы өзінің бүкіл аумағын Гаррисбургтен шығысқа қарай электрлендірді. Чикаго, Милуоки, Сент-Пол және Тынық мұхиты темір жолы (Милуоки жолы) - соңғы трансконтиненттік желісі, 1915 жылдан бастап Роки таулары мен Тынық мұхиты арқылы желілерін электрлендірді. Бірнеше Шығыс жағалау желілері, атап айтқанда Виргиния темір жолы және Норфолк және Батыс темір жолы, өздерінің тау өткелдерінің қысқа бөлімдерін электрлендірді. Алайда, осы уақытқа дейін АҚШ-та электрлендіру тығыз қалалық көлікпен байланысты болды және дизельді локомотивтерді пайдалану азайды. Дизель электрлік локомотивтің буға қарағанда кейбір артықшылықтары болды және қуат беру инфрақұрылымын салу және күту құны жаңа орнатуларға кедергі келтірді, соның салдарынан Солтүстік-Шығыстан тыс магистральдық электрлендірудің көп бөлігі жойылды. Қолданыстағы бірнеше жүйелерден (мысалы, Deseret Power Railroad) басқа, 2000 жылға қарай электрлендіру Солтүстік-Шығыс дәлізімен және кейбір қала маңындағы қызметтермен шектелді, тіпті онда да жүк тасымалы дизельмен жүзеге асырылды. Еуропада даму жалғасты, онда электрлендіру кеңінен таралды. 1500 В DC әлі де Францияға жақын кейбір желілерде қолданылады, ал 25 кВ 50 Гц жоғары жылдамдықты пойыздар үшін қолданылады. 1918 жылы Кандо айналмалы фазалық түрлендіргішті ойлап тапты және дамытты, бұл электр локомотивтеріне үш фазалық моторларды пайдалануға мүмкіндік берді, ал қуат көзі жоғары кернеулі ұлттық желілердің қарапайым өнеркәсіптік жиілігін (50 Гц) бір фазалық айнымалы тогы арқылы берді. Итальяндық темір жолдары желінің қысқа бөлігімен емес, бүкіл магистральдың бойымен электрлі тартымды енгізген әлемдегі алғашқы темір жол болды. 4 қыркүйекте 1902 жылы ашылған 106 км Valtellina желісі Кандо және Ganz Works командасымен жобаланған. Бірнеше итальяндық темір жолдарында қолданылған үш фазалық екі сымды жүйе «итальяндық жүйе» деп белгілі болды. Кандо 1905 жылы Società Italiana Westinghouse басқаруын жүзеге асыруға шақырылды және бірнеше итальяндық электр локомотивтерін дамытуға жетекшілік етті. Кандоның кейінірек жасаған жетістігі, Ganz Works және Società Italiana Westinghouse компанияларымен бірлесіп жасалған электромеханикалық түрлендіргіш болды, ол үш фазалық моторларды бір фазалық айнымалы токтан пайдалануға мүмкіндік берді, екі жоғары кернеулі сымның қажеттілігін жойды. 1923 жылы Кандоның жобалары негізінде Венгрияда алғашқы фазалық түрлендіргіш локомотиві салынды және жақын арада сериялық өндіріс басталды. Бірінші орнату, 16 кВ 50 Гц, 1932 жылы Будапешт пен Комаром арасындағы Венгрия мемлекеттік темір жолының 56 км бөлігінде болды. Бұл сәтті болды және электрлендіру 1934 жылы Гегешхаломға дейін кеңейтілді. Еуропада электрлендіру жобалары бастапқыда бірнеше себептерге байланысты таулы аймақтарға бағытталды: көмірдің жеткізілуі қиын болды, су электр станциясы қолжетімді болды және электр локомотивтері тік жолдарда көбірек тартымды күш берді. Бұл әсіресе Швейцарияда, онда барлық желілер дерлік электрлендірілген, ерекше маңызды болды. Айнымалы ток тартымды кеңінен қабылдауға SNCF Франциясының үлкен үлесі болды. Компания соғыстан кейін Германиядағы биік таулы Höllental аңғары арқылы өткен өнеркәсіптік жиілікті айнымалы ток желісін бағалады. Сынақтардан кейін компания айнымалы ток локомотивтерінің өнімділігі осы стандартты барлық болашақ орнатулар үшін, ландшафтыға қарамастан жеткілікті деңгейде дамығанын шешті. SNCF шешімі, Францияда орнатылған 2000 миль (3219 км) жоғары кернеулі тұрақты токтан бас тартқандықтан, Еуропадағы басқа елдердің таңдауына үлкен әсер етті. 1960 жылдары Еуропаның көптеген магистральдық желілері электрлендірілді. Еуропалық электр локомотивтерінің технологиясы 1920 жылдардан бері үнемі жақсарып келеді. Салыстыру үшін, Милуоки жолының EP 2 класы (1918) 240 т салмаққа ие, қуаты 3330 кВт және максималды жылдамдығы 112 км/сағ болды; 1935 жылы неміс E 18 локомотивінің қуаты 2800 кВт болды, бірақ салмағы 108 тоннаны құрады және максималды жылдамдығы 150 км/сағ болды. 1955 жылдың 29 наурызында француз локомотиві CC 7107 331 км/сағ жылдамдыққа жетті. 1...

The first known electric locomotive was built in 1837 by chemist Robert Davidson of Aberdeen, and it was powered by galvanic cells (batteries). Davidson later built a larger locomotive named Galvani, exhibited at the Royal Scottish Society of Arts Exhibition in 1841. The seven ton vehicle had two direct drive reluctance motors, with fixed electromagnets acting on iron bars attached to a wooden cylinder on each axle, and simple commutators. It hauled a load of six tons at four miles per hour (6 kilometers per hour) for a distance of It was tested on the Edinburgh and Glasgow Railway in September of the following year, but the limited power from batteries prevented its general use. It was destroyed by railway workers, who saw it as a threat to their job security. The first electric passenger train was presented by Werner von Siemens at Berlin in 1879. The locomotive was driven by a 2.2 kW, series wound motor, and the train, consisting of the locomotive and three cars, reached a speed of 13 km/h. During four months, the train carried 90,000 passengers on a 300 meter long (984 feet) circular track. The electricity (150 V DC) was supplied through a third insulated rail between the tracks. A contact roller was used to collect the electricity. The world's first electric tram line opened in Lichterfelde near Berlin, Germany, in 1881. It was built by Werner von Siemens (see Gross Lichterfelde Tramway and Berlin Straßenbahn). Volk's Electric Railway opened in 1883 in Brighton. Also in 1883, Mödling and Hinterbrühl Tram opened near Vienna in Austria. It was the first in the world in regular service powered from an overhead line. Five years later, in the U. S. electric trolleys were pioneered in 1888 on the Richmond Union Passenger Railway, using equipment designed by Frank J. Sprague. The first electrified Hungarian railway lines were opened in 1887. Budapest (See: BHÉV): Ráckeve line (1887), Szentendre line (1888), Gödöllő line (1888), Csepel line (1912). Much of the early development of electric locomotion was driven by the increasing use of tunnels, particularly in urban areas. Smoke from steam locomotives was noxious and municipalities were increasingly inclined to prohibit their use within their limits. The first electrically worked underground line was the City and South London Railway, prompted by a clause in its enabling act prohibiting the use of steam power. It opened in 1890, using electric locomotives built by Mather and Platt. Electricity quickly became the power supply of choice for subways, abetted by Sprague's invention of multiple unit train control in 1897. Surface and elevated rapid transit systems generally used steam until forced to convert by ordinance. The first use of electrification on an American main line was on a four mile stretch of the Baltimore Belt Line of the Baltimore and Ohio Railroad (B&O) in 1895 connecting the main portion of the B&O to the new line to New York through a series of tunnels around the edges of Baltimore's downtown. Parallel tracks on the Pennsylvania Railroad had shown that coal smoke from steam locomotives would be a major operating issue and a public nuisance. Three Bo+Bo units were initially used, the EL 1 Model. At the south end of the electrified section; they coupled onto the locomotive and train and pulled it through the tunnels. Railroad entrances to New York City required similar tunnels and the smoke problems were more acute there. A collision in the Park Avenue tunnel in 1902 led the New York State legislature to outlaw the use of smoke generating locomotives south of the Harlem River after 1 July 1908. In response, electric locomotives began operation in 1904 on the New York Central Railroad. In the 1930s, the Pennsylvania Railroad, which had introduced electric locomotives because of the NYC regulation, electrified its entire territory east of Harrisburg, Pennsylvania. The Chicago, Milwaukee, St. Paul, and Pacific Railroad (the Milwaukee Road), the last transcontinental line to be built, electrified its lines across the Rocky Mountains and to the Pacific Ocean starting in 1915. A few East Coastlines, notably the Virginian Railway and the Norfolk and Western Railway, electrified short sections of their mountain crossings. However, by this point electrification in the United States was more associated with dense urban traffic and the use of electric locomotives declined in the face of dieselization. Diesel shared some of the electric locomotive's advantages over steam and the cost of building and maintaining the power supply infrastructure, which discouraged new installations, brought on the elimination of most main line electrification outside the Northeast. Except for a few captive systems (e. g. the Deseret Power Railroad), by 2000 electrification was confined to the Northeast Corridor and some commuter service; even there, freight service was handled by diesel. Development continued in Europe, where electrification was widespread. 1,500 V DC is still used on some lines near France and 25 kV 50 Hz is used by high speed trains. In 1918, Kandó invented and developed the rotary phase converter, enabling electric locomotives to use three phase motors whilst supplied via a single overhead wire, carrying the simple industrial frequency (50 Hz) single phase AC of the high voltage national networks. Italian railways were the first in the world to introduce electric traction for the entire length of a mainline rather than just a short stretch. The 106 km Valtellina line was opened on 4 September 1902, designed by Kandó and a team from the Ganz Works. The three phase two wire system was used on several railways in Northern Italy and became known as "the Italian system". Kandó was invited in 1905 to undertake the management of Società Italiana Westinghouse and led the development of several Italian electric locomotives. A later development of Kandó, working with both the Ganz works and Societa Italiana Westinghouse, was an electro mechanical converter, allowing the use of three phase motors from single phase AC, eliminating the need for two overhead wires. In 1923, the first phase converter locomotive in Hungary was constructed on the basis of Kandó's designs and serial production began soon after. The first installation, at 16 kV 50 Hz, was in 1932 on the 56 km section of the Hungarian State Railways between Budapest and Komárom. This proved successful and the electrification was extended to Hegyeshalom in 1934. In Europe, electrification projects initially focused on mountainous regions for several reasons: coal supplies were difficult, hydroelectric power was readily available, and electric locomotives gave more traction on steeper lines. This was particularly applicable in Switzerland, where almost all lines are electrified. An important contribution to the wider adoption of AC traction came from SNCF of France after World War II. The company had assessed the industrial frequency AC line routed through the steep Höllental Valley, Germany, which was under French administration following the war. After trials, the company decided that the performance of AC locomotives was sufficiently developed to allow all its future installations, regardless of terrain, to be of this standard, with its associated cheaper and more efficient infrastructure. The SNCF decision, ignoring as it did the 2000 mile (3219 km) of high voltage DC already installed on French routes, was influential in the standard selected for other countries in Europe. The 1960s saw the electrification of many European main lines. European electric locomotive technology had improved steadily from the 1920s onwards. By comparison, the Milwaukee Road class EP 2 (1918) weighed 240 t, with a power of 3,330 kW and a maximum speed of 112 km/h; in 1935, German E 18 had a power of 2,800 kW, but weighed only 108 tons and had a maximum speed of 150 km/h. On 29 March 1955, French locomotive CC 7107 reached 331 km/h. In 1960 the SJ Class Dm 3 locomotives on Swedish Railways produced a record 7,200 kW. Locomotives capable of commercial passenger service at 200 km/h appeared in Germany and France in the same period. Further improvements resulted from the introduction of electronic control systems, which permitted the use of increasingly lighter and more powerful motors that could be fitted inside the bogies (standardizing from the 1990s onwards on asynchronous three phase motors, fed through GTO inverters). In the 1980s, the development of very high speed service brought further electrification. The Japanese Shinkansen and the French TGV were the first systems for which devoted high speed lines were built from scratch. Similar programs were undertaken in Italy, Germany and Spain; in the United States the only new mainline service was an extension of electrification over the Northeast Corridor from New Haven, Connecticut, to Boston, Massachusetts, though new electric light rail systems continued to be built. On 2 September 2006, a standard production Siemens electric locomotive of the Eurosprinter type ES64 U4 (ÖBB Class 1216) achieved , the record for a locomotive hauled train, on the new line between Ingolstadt and Nuremberg. This locomotive is now employed largely unmodified by ÖBB to haul their Railjet which is however limited to a top speed of 230 km/h due to economic and infrastructure concerns.

Бірқалыпты және ауыспалы ток

Ең негізгі айырмашылық – айырмалы ток (AC) немесе тұрақты ток (DC) таңдауында. Ең алғашқы жүйелер тұрақты токпен жұмыс істеді, себебі айырмалы ток жақсы түсінілмеген және жоғары кернеулі желілер үшін жетілді оқшаулағыш материал болмады. Тұрақты токпен жұмыс істейтін локомотивтер әдетте салыстырмалы түрде төмен кернеуде (600-ден 3000 вольтқа дейін) жұмыс істейді; сондықтан жабдықтары салыстырмалы түрде ауыр болады, себебі жеткілікті қуатты беру үшін үлкен токтар қажет. Жоғары токтардың салдарынан беріліс жүйесінде үлкен шығындар туындайды, сондықтан қуатты жиі аралықта беру қажет. Айырмалы ток қозғалтқыштары жетілдірілген сайын, олар, әсіресе ұзақ қашықтықтағы бағыттарда, басымдыққа ие болды. Төмен токтарды пайдалануға мүмкіндік беретіндіктен, жоғары кернеулер (он мыңдаған вольт) қолданылады; беріліс жоғалтулары ток мөлшерінің квадратына пропорционал (мысалы, ток екі есе артса, жоғалтулар төрт есе артады). Осылайша, үлкен қуатты жеңіл және арзан сымдармен ұзақ қашықтыққа жеткізуге болады. Локомотивтердегі трансформаторлар осы қуатты моторлар үшін төмен кернеуге және жоғары токқа түрлендіреді. Тұрақты ток локомотивтерінде дәл осындай жоғары кернеулі, төмен ток жүйесін қолдану мүмкін емес, себебі тұрақты ток үшін кернеуді/токты айырмалы ток трансформаторларымен қол жеткізілгендей тиімді түрде түрлендірудің оңай жолы жоқ. Айырмалы токпен жұмыс істейтін жүйелер кейде бір фазалық желілердің орнына екі әуе желісін пайдаланады. Соның нәтижесінде пайда болатын үш фазалық ток индукциялық моторларды қозғалтады, олар сезімтал коммутаторларға ие емес және регенеративті тежегіштің оңай іске асырылуын қамтамасыз етеді. Жылдамдық статор тізбегіндегі полюс жұптарының санын өзгерту арқылы, ал үдеу ротор тізбегіне қосымша кедергілерді қосу немесе ажырату арқылы басқарылады. Екі фазалық желілер ауыр және күрделі, әсіресе фазалардың бір-бірімен қиылысуы қажет болатын коммутаторлардың жанында. Бұл жүйе 1976 жылға дейін Солтүстік Италияда кеңінен қолданылды және бүгінгі күні де кейбір швейцариялық тік жолдарда қолданылуда. Жүйенің артықшылығы – қауіпсіз электрлі тежегіштің қарапайым мүмкіншілігі, ал жылдамдықты басқару және екі фазалық желілер қиындық тудырады. Айырмалы ток қуатын беру және тұрақты ток моторларын пайдаланатын түзеткіш локомотивтер кең таралған, бірақ тұрақты ток коммутаторлары бастау кезінде де, төмен жылдамдықта да проблемалар тудырды. Қазіргі заманғы электровоздар үш фазалық, сымсыз айырмалы ток индукциялық моторларын пайдаланады. Бұл көп фазалық машиналар GTO, IGCT немесе IGBT негізіндегі инверторлардан қуат алады. Қазіргі заманғы локомотивтегі электрондық құрылғылардың құны көліктің құнының 50%-ына дейін жетеді. Электрлік сүйреу регенеративті тежеуді пайдалануға мүмкіндік береді, онда моторлар тежегіш ретінде пайдаланылады және пойыздың қозғалысын электр қуатына айналдырады, содан кейін ол желіге қайта беріледі. Бұл жүйе таулы жерлерде жұмыс істеу үшін өте тиімді, себебі төмен түсетін локомотивтер көтерілуге қажетті қуаттың көп бөлігін өндіре алады. Көптеген жүйелерде сипаттамалық кернеу және, айырмалы ток қуаты болған жағдайда, жүйелік жиілік болады. Көптеген локомотивтер бірнеше кернеу мен жиілікті басқаруға жабдықталған, себебі жүйелер бір-бірімен жапсарлас келеді немесе жаңартылады. Американың FL9 локомотивтері екі түрлі электр жүйелерінен қуат алуға жабдықталған және дизельдік-электрлік режімде де жұмыс істей алатын. Бүгінгі жүйелер негізінен айырмалы токпен жұмыс істесе де, көптеген тұрақты ток жүйелері әлі де қолданылуда – мысалы, Оңтүстік Африка және Ұлыбританияда (750 В және 1500 В); Нидерланды, Жапония, Ирландия (1500 В); Словения, Бельгия, Италия, Польша, Ресей, Испания (3000 В) және Вашингтон, округ Колумбия (750 В).

The most fundamental difference lies in the choice of AC or DC. The earliest systems used DC, as AC was not well understood and insulation material for high voltage lines was not available. DC locomotives typically run at relatively low voltage (600 to 3,000 volts); the equipment is therefore relatively massive because the currents involved are large in order to transmit sufficient power. Power must be supplied at frequent intervals as the high currents result in large transmission system losses. As AC motors were developed, they became the predominant type, particularly on longer routes. High voltages (tens of thousands of volts) are used because this allows the use of low currents; transmission losses are proportional to the square of the current (e. g. twice the current means four times the loss). Thus, high power can be conducted over long distances on lighter and cheaper wires. Transformers in the locomotives transform this power to a low voltage and high current for the motors. A similar high voltage, low current system could not be employed with direct current locomotives because there is no easy way to do the voltage/current transformation for DC so efficiently as achieved by AC transformers. AC traction still occasionally uses dual overhead wires instead of single phase lines. The resulting three phase current drives induction motors, which do not have sensitive commutators and permit easy realisation of a regenerative brake. Speed is controlled by changing the number of pole pairs in the stator circuit, with acceleration controlled by switching additional resistors in, or out, of the rotor circuit. The two phase lines are heavy and complicated near switches, where the phases have to cross each other. The system was widely used in northern Italy until 1976 and is still in use on some Swiss rack railways. The simple feasibility of a fail safe electric brake is an advantage of the system, while speed control and the two phase lines are problematic. Rectifier locomotives, which used AC power transmission and DC motors, were common, though DC commutators had problems both in starting and at low velocities. Today's advanced electric locomotives use brushless three phase AC induction motors. These polyphase machines are powered from GTO , IGCT or IGBT based inverters. The cost of electronic devices in a modern locomotive can be up to 50% of the cost of the vehicle. Electric traction allows the use of regenerative braking, in which the motors are used as brakes and become generators that transform the motion of the train into electrical power that is then fed back into the lines. This system is particularly advantageous in mountainous operations, as descending locomotives can produce a large portion of the power required for ascending trains. Most systems have a characteristic voltage and, in the case of AC power, a system frequency. Many locomotives have been equipped to handle multiple voltages and frequencies as systems came to overlap or were upgraded. American FL9 locomotives were equipped to handle power from two different electrical systems and could also operate as diesel electrics. While today's systems predominantly operate on AC, many DC systems are still in use – e. g., in South Africa and the United Kingdom (750 V and 1,500 V); Netherlands, Japan, Ireland (1,500 V); Slovenia, Belgium, Italy, Poland, Russia, Spain (3,000 V) and Washington, D. C. (750 V).

Қуат беру

Электр тізбектеріне екі қосылыс қажет (немесе үш фазалы айнымалы ток үшін үш қосылыс). Бастапқыда рельс тізбектің бір жағы үшін қолданылды. Модельдік теміржолдардан өзгеше, рельс әдетте тек бір жағын қамтамасыз етеді, ал тізбектің екінші жағы бөлек беріледі.

Үшінші рельс

Бастапқы Балтимор және Огайо темір жолының электрлендірілуі жоғары орналасқан арнада жылғатын тоқ жинағыш (контактілік аяқ киім немесе жай ғана "аяқ киім") жүйесін қолданды, бірақ бұл жүйе тез арада қанағаттандырмайтындықтан ауыстырылды. Оның орнына үшінші рельс пайда болды, онда тоқ жинағыш негізгі рельске параллель орналасқан кіші рельстің астынан немесе үстінен, жер бетінен жоғары қарай қозғалады. Локомотивтің екі жағында да үшінші рельстегі жол жұмыстары үшін қажетті үзілістерді өтеу үшін бірнеше тоқ жинағыш орналастырылған. Бұл жүйе метрода кеңістік шектеулеріне байланысты тиімдірек саналады.

Дөңгелектерді басқару

Темір жол электрлік қозғалтқыштарының бастапқы даму кезеңінде, тарту қозғалтқыштарының қуатын дөңгелектерге беру үшін бірнеше жүйелер ойластырылды. Алғашқы локомотивтер көбінесе аралық валмен жұмыс істеді. Бұл конструкцияда тарту қозғалтқышы локомотив корпусының ішінде орналастырылып, аралық валды тісті дөңгелектер жиынтығы арқылы қозғалтады. Бұл жүйе алғашқы тарту қозғалтқыштарының өлшемі мен салмағының өте үлкендігіне байланысты қолданылды, оларды тікелей осьтерге орнату мүмкін болмады. Механикалық бөліктердің көптігіне байланысты, оларға жиі күтім қажет болды. Электр локомотивтері жетілген сайын, басқа да бірнеше жүйелер құрастырылды. Бухли жүйесі – толық серіппелі жүктемелі жүйе, онда тарту қозғалтқыштарының салмағы басқару дөңгелектерінен толығымен ажыратылды. 1920 жылдары алғаш рет электр локомотивтерінде қолданылған Бухли жүйесін негізінен француздық SNCF және Швейцарияның Федералдық темір жолдары пайдаланды. Осы кезеңде квельді жүйе де жасалды, ол тарту қозғалтқышын осьтің үстіне немесе қабырғасына орнатып, оське азайту тісті дөңгелегі және қуыс білік – квель арқылы иілгіш байланыспен жалғастырды. Пенсильвания темір жолының GG1 локомотивінде квельді жүйе қолданылды. Қозғалтқыштардың өлшемі мен салмағы азайған сайын, квельді жүйелер кішігірім жүк локомотивтерінде жиі қолданылатын болды. Еуропадағы жоғары жылдамдықты жолаушылар локомотивтерінде квельді жүйе әлі де басым. Тағы бір жүйе – «биполярлы» жүйе, онда мотордың арматурасы өзінің осі болды, ал мотордың рамасы мен өрісі жүк вагонына (боги) бекітілген күйде орнатылды. Моторда екі өріс полюсі болды, бұл арматураның тік қозғалысына шектеулі мүмкіндік берді. Бұл жүйенің тиімділігі төмен болды, өйткені әрбір мотордың қуаты шектеулі болды. Милуоки жолында қолданылған EP 2 биполярлы электр локомотивтері осы мәселені көптеген жетекші осьтерді пайдалану арқылы шешті. Қазіргі заманғы жүк электр локомотивтері, дизельдік-электрлік аналогтары сияқты, әр жетекші оське бір мотордан оське ілінген тарту моторларын қолданады. Бұл конструкцияда мотор корпусының бір жағы жерленген және жылтыратылған осьтің бөлігі болып табылатын тіреуге орналасқан қарапайым подшипниктермен сүйеніп тұрады. Корпустың екінші жағында жүк вагонының (боги) тірегіне сәйкес келетін ойыққа енетін тіл тәрізді шығыңқылық бар, оның мақсаты – моментке қарсы әрекет ету құрылғысы ретінде және қосымша тіреу ретінде қызмет ету. Мотордан оське қуат беру шприцтік берілістер арқылы жүзеге асырылады, онда мотор білігіндегі кішкентай тісті дөңгелек осьтегі үлкен тісті дөңгелекке қатысады. Екі тісті дөңгелек те майлау майы бар герметикалық корпусқа орналасқан. Локомотивтің қызмет түрі қолданылатын беріліс қатынасын анықтайды. Жүк локомотивтерінде әдетте жоғары сандық қатынастар қолданылады, ал жолаушылар локомотивтерінде – төмен сандық қатынастар.

During the initial development of railroad electrical propulsion, a number of drive systems were devised to couple the output of the traction motors to the wheels. Early locomotives often used jackshaft drives. In this arrangement, the traction motor is mounted within the body of the locomotive and drives the jackshaft through a set of gears. This system was employed because the first traction motors were too large and heavy to mount directly on the axles. Due to the number of mechanical parts involved, frequent maintenance was necessary. The jackshaft drive was abandoned for all but the smallest units when smaller and lighter motors were developed,

Several other systems were devised as the electric locomotive matured. The Buchli drive was a fully spring loaded system, in which the weight of the driving motors was completely disconnected from the driving wheels. First used in electric locomotives from the 1920s, the Buchli drive was mainly used by the French SNCF and Swiss Federal Railways. The quill drive was also developed about this time and mounted the traction motor above or to the side of the axle and coupled to the axle through a reduction gear and a hollow shaft – the quill – flexibly connected to the driving axle. The Pennsylvania Railroad GG1 locomotive used a quill drive. Again, as traction motors continued to shrink in size and weight, quill drives gradually fell out of favor in low speed freight locomotives. In high speed passenger locomotives used in Europe, the quill drive is still predominant. Another drive was the "bi polar" system, in which the motor armature was the axle itself, the frame and field assembly of the motor being attached to the truck (bogie) in a fixed position. The motor had two field poles, which allowed a limited amount of vertical movement of the armature. This system was of limited value since the power output of each motor was limited. The EP 2 bi polar electrics used by the Milwaukee Road compensated for this problem by using a large number of powered axles. Modern freight electric locomotives, like their Diesel electric counterparts, almost universally use axle hung traction motors, with one motor for each powered axle. In this arrangement, one side of the motor housing is supported by plain bearings riding on a ground and polished journal that is integral to the axle. The other side of the housing has a tongue shaped protuberance that engages a matching slot in the truck (bogie) bolster, its purpose being to act as a torque reaction device, as well as support. Power transfer from the motor to the axle is effected by spur gearing, in which a pinion on the motor shaft engages a bull gear on the axle. Both gears are enclosed in a liquid tight housing containing lubricating oil. The type of service in which the locomotive is used dictates the gear ratio employed. Numerically high ratios are commonly found on freight units, whereas numerically low ratios are typical of passenger engines.

Доңғалақтың орналасуы

Бұғылы локомотивтерді жіктеу үшін Вайт нотациясы жүйесі электр локомотивтерінің әртүрлі конструкцияларын сипаттауға жеткіліксіз, бірақ Пенсильвания темір жолы өзінің электр локомотивтеріне бу локомотивтеріне берілгендей сыныптарды тағайындады. Мысалы, PRR GG1 класы екі 4-6-0 G класты локомотивтердің артқа-қарсы қосылған түрінде құрастырылғанын көрсетеді. Электр локомотивтері үшін көбінесе UIC жіктеу жүйесі қолданылды, себебі ол қуатты және қуатсыз осьтердің күрделі орналасуын анықтай алды, сондай-ақ біріктірілген және біріктірілмеген жетек жүйелерін ажырата алды.

Батареялық локомотив

Батареялық электр локомотиві (немесе батареялық локомотив) – бортындағы батареялармен қуатталатын локомотив; батареялық электр көлігінің бір түрі. Мұндай локомотивтер дизельдік немесе дәстүрлі электр локомотивтерінің қолданылуы тиімсіз жағдайларда пайдаланылады. Мысалы, электрленген желілерде электр қуаты өшірілген кездегі күтім пойыздары. Батареялық локомотивтерді өнеркәсіптік объектілерде (мысалы, жарылғыш заттар зауыттары, мұнай және газды қайта өңдеу зауыттары немесе химиялық зауыттары) қолдануға болады, онда жану арқылы жұмыс істейтін локомотив (яғни, бу немесе дизельдік) шектеулі кеңістікте өрт, жарылыс немесе түтін қаупіне байланысты қауіпсіздік мәселесін тудыруы мүмкін. Батареялық локомотивтер газдың жинау тіреуіштерінде ұшқындаудан немесе, әсіресе рельс біріктірулерінде, электрлік кедергінің пайда болуынан және қауіпті токтың жерге ағуына мүмкіндік беретін жағдайларда кен теміржолдары үшін артықшылықты таңдау болып табылады. 1837 жылы салынған алғашқы электр локомотиві – батареялық локомотив болды. Оны Шотландияның Абердин қаласынан шыққан химик Роберт Дэвидсон салған, ал қуаты гальвандық элементтермен (батареялармен) қамтамасыз етілген. Тағы бір ерте мысал – Аляска штатының Маккарти қаласындағы Кеннекотт мыс кенішінде, 1917 жылы жер асты тасымалдау жолдары екі батареялық локомотивпен жұмыс істеуге мүмкіндік беру үшін кеңейтілді. 1928 жылы Кеннекотт Коппер төрт 700 сериялы электр локомотивін бортындағы батареялармен тапсырыс берді. Бұл локомотивтер 750 вольт желілік тогымен жұмыс істеді және батареяда жұмыс істегенде айтарлықтай қашықтыққа жете алды. Локомотивтер никель-темір батареясы (Эдисон) технологиясын қолдана отырып, бірнеше ондаған жылдар бойы қызмет етті. Батареялар қорғасын-қышқыл батареяларымен ауыстырылды, ал локомотивтер көп ұзамай пайдаланудан шығарылды. Төрт локомотивтің барлығы мұражайларға тапсырылды, бірақ біреуі жойылды. Қалғандарын Айова штатындағы Бун және Сценик Вэлли теміржолында және Калифорния штатының Рио-Виста қаласындағы Батыс теміржол мұражайында көруге болады. Торонто қалалық көлік комиссиясы бұрын Торонто метросында 1968 жылы Nippon Sharyo компаниясы жасаған батареялық электр локомотивін пайдаланған, ол 2009 жылы пайдаланудан шығарылды. Лондон метрополитені жалпы техникалық жұмыстар үшін батареялық электр локомотивтерін тұрақты түрде пайдаланады. Сонымен қатар, 7 және 14 МВт⋅сағ энергия сыйымдылығы бар батареялық локомотивтер теміржол желілеріне тапсырыс берілді және қазіргі уақытта әзірленуде.

A battery electric locomotive (or battery locomotive) is powered by onboard batteries; a kind of battery electric vehicle. Such locomotives are used where a diesel or conventional electric locomotive would be unsuitable. An example is maintenance trains on electrified lines when the electricity supply is turned off. Another use for battery locomotives is in industrial facilities (e. g. explosives factories, oil, and gas refineries or chemical factories) where a combustion powered locomotive (i. e., steam or diesel powered) could cause a safety issue due to the risks of fire, explosion or fumes in a confined space. Battery locomotives are preferred for mine railways where gas could be ignited by trolley powered units arcing at the collection shoes, or where electrical resistance could develop in the supply or return circuits, especially at rail joints, and allow dangerous current leakage into the ground. The first electric locomotive built in 1837 was a battery locomotive. It was built by chemist Robert Davidson of Aberdeen in Scotland, and it was powered by galvanic cells (batteries). Another early example was at the Kennecott Copper Mine, McCarthy, Alaska, wherein 1917 the underground haulage ways were widened to enable working by two battery locomotives of In 1928, Kennecott Copper ordered four 700 series electric locomotives with onboard batteries. These locomotives weighed and operated on 750 volts overhead trolley wire with considerable further range whilst running on batteries. The locomotives provided several decades of service using nickel–iron battery (Edison) technology. The batteries were replaced with lead acid batteries, and the locomotives were retired shortly afterward. All four locomotives were donated to museums, but one was scrapped. The others can be seen at the Boone and Scenic Valley Railroad, Iowa, and at the Western Railway Museum in Rio Vista, California. The Toronto Transit Commission previously operated on the Toronto subway a battery electric locomotive built by Nippon Sharyo in 1968 and retired in 2009. London Underground regularly operates battery electric locomotives for general maintenance work. , battery locomotives with 7 and 14 MWh energy capacity have been ordered by rail lines and are under development.

Суперконденсаторлы қуат сақтау

2020 жылы Zhuzhou Electric Locomotive Company, бастапқыда трамвайларда қолдану үшін жасалған суперконденсаторларды пайдаланатын электр энергиясын сақтайтын жүйелерді өндіретін компания, өнімдерінің қатарына локомотивтерді де қосатынын хабарлады.

Еуропа

Электрлендіру Еуропада кеңінен таралған, жолаушылар пойыздарында электрлік көпбірліктер жиі қолданылады. Жоғары жиіліктегі кестелерге байланысты, АҚШ-қа қарағанда пайдалану шығындары инфрақұрылымдық шығындардан гөрі маңыздырақ, ал электр локомотивтерінің дизельдік локомотивтерге қарағанда пайдалану шығындары айтарлықтай төмен. Сонымен қатар, бірінші және екінші дүниежүзілік соғыстар кезінде көмір тапшылығы болғандықтан, үкіметтер теміржол желілерін электрлендіруге мүдделі болды. Дизельдік локомотивтердің салмағы мен габариттері бірдей болғанда, электрлік локомотивтерге қарағанда аз қуатқа ие. Мысалы, қазіргі заманғы British Rail Class 66 дизельдік локомотивінің 2200 кВт қуаты 1927 жылы шыққан электрлік SBB CFF FFS Ae 4/7 (2300 кВт) локомотивінің қуатына тең, бірақ одан жеңіл. Дегенмен, төмен жылдамдықтарда тарту күші қуаттан гөрі маңыздырақ. Дизельдік қозғалтқыштар баяу жүк тасымалы үшін бәсекеге қабілетті (Канада мен АҚШ-та осыған ұқсас жағдай жиі кездеседі), бірақ көптеген еуропалық теміржол желілерінде жолаушылар немесе аралас жолаушы-жүк тасымалы үшін тиімді емес, әсіресе ауыр жүк пойыздары салыстырмалы түрде жоғары жылдамдықпен (сағатына 80 км немесе одан да көп) жүруі керек болғанда. Осы факторлар Еуропаның көптеген елдерінде электрлендірудің жоғары деңгейіне әкелді. Кейбір елдерде, мысалы Швейцарияда, электрлік маневрлік локомотивтер де кең таралған, ал көптеген жеке шағын станциялар электрлік локомотивтермен қызмет көрсетеді. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде жаңа электрлік локомотивтерді салуға қажетті материалдар жетіспеген кезде, Швейцария Федералдық теміржолы импорттық көмірдің тапшылығын азайту үшін кейбір булы локомотивтердің қазандықтарына электрлік қыздыру элементтерін орнатты. Көптеген еуропалық елдерде қоғамдық көлікті жақсартуға бағытталған соңғы саяси шаралар электрлі жетектің дамуына қосымша серпін берді. Сонымен қатар, электрлендірілмеген участалардағы үзілістер жабылып жатыр, бұл учаскелерде электрлік локомотивтерді дизельдік локомотивтерге ауыстыру қажеттігін болдырмау үшін. Мемлекеттің теміржол инфрақұрылымын қаржыландыруының арқасында осы желілерді жаңғырту және электрлендіру мүмкін болып отыр. Британдық электрлік көпбірліктер алғаш рет 1890 жылдары пайда болды, ал қазіргі үлгілері қоғамдық көлікті қамтамасыз етеді, сондай-ақ Class 76, Class 86, Class 87, Class 90, Class 91 және Class 92 сияқты бірнеше электрлік локомотивтер кластары бар.

Electrification is widespread in Europe, with electric multiple units commonly used for passenger trains. Due to higher density schedules, operating costs are more dominant with respect to the infrastructure costs than in the U. S. and electric locomotives have much lower operating costs than diesel. In addition, governments were motivated to electrify their railway networks due to coal shortages experienced during the First and Second World Wars. Diesel locomotives have less power compared to electric locomotives for the same weight and dimensions. For instance, the 2,200 kW of a modern British Rail Class 66 diesel locomotive was matched in 1927 by the electric SBB CFF FFS Ae 4/7 (2,300 kW), which is lighter. However, for low speeds, the tractive effort is more important than power. Diesel engines can be competitive for slow freight traffic (as it is common in Canada and the U. S.) but not for passenger or mixed passenger/freight traffic like on many European railway lines, especially where heavy freight trains must be run at comparatively high speeds (80 km/h or more). These factors led to high degrees of electrification in most European countries. In some countries, like Switzerland, even electric shunters are common and many private sidings are served by electric locomotives. During World War II, when materials to build new electric locomotives were not available, Swiss Federal Railways installed electric heating elements in the boilers of some steam shunters, fed from the overhead supply, to deal with the shortage of imported coal. Recent political developments in many European countries to enhance public transit have led to another boost for electric traction. In addition, gaps in the unelectrified track are closed to avoid replacing electric locomotives by diesel for these sections. The necessary modernization and electrification of these lines are possible, due to the financing of the railway infrastructure by the state. British electric multiple units were first introduced in the 1890s, and current versions provide public transit and there are also a number of electric locomotive classes, such as: Class 76, Class 86, Class 87, Class 90, Class 91 and Class 92.

Ресей және бұрынғы КСРО

Ресей және бұрынғы Кеңес Одағының басқа елдерінде тарихи себептерге байланысты 3000 В тұрақты ток (DC) және 25 кВ айнымалы ток (AC) жүйелері қатар қолданылады. Арнайы "түйіспе станциялары" (бұрынғы КСРО аумағындағы Владимир, Красноярск маңындағы Мариинск және тағы 15-ке жуық станция) ток түрін тұрақты токтан айнымалы токқа ауыстыруға мүмкіндік береді. Осы станцияларда локомотивтерді ауыстыру қажет, және бұл контактілік сымдарды ауыстырумен бірге жүзеге асырылады. Көптеген кеңестік, чехословак (КСРО Škoda компаниясынан жолаушылар электр локомотивтерін сатып алған), ресейлік және украиндық локомотивтері тек айнымалы немесе тұрақты токпен жұмыс істей алады. Мысалы, VL80 – айнымалы токпен жұмыс істейтін локомотив, ал VL10 – тұрақты токпен жұмыс істейтін нұсқасы. VL82 сияқты, айнымалы токтан тұрақты токқа ауыса алатын, тәжірибелік шағын сериялы локомотивтер де болды. Олар Украинадағы Харьков қаласының маңында аз мөлшерде пайдаланылды, онда көптеген желілерде түйіспе станциясы жоқ. Сонымен қатар, соңғы ресейлік EP20 жолаушылар локомотиві және оның жартылай тәжірибелік алдыңғы үлгісі EP10 екі жүйеде де жұмыс істей алады. Тарихи тұрғыдан қарапайымдылық үшін 3000 В тұрақты ток қолданылды. Алғашқы тәжірибелік учаске Грузия тауларында салынды, содан кейін ірі қалалардың қала маңы аймақтары электрлендірілді. Электр пойыздар (ЭМП) үшін бұл өте тиімді болды, себебі олардың бумен салыстырғанда динамикасы жақсырақ, бұл жиі тоқтайтын қала маңы қызметі үшін маңызды. Содан кейін Уфа мен Челябинск арасындағы таулы желі электрлендірілді. Біраз уақытқа дейін электр темір жолдары тек қала маңындағы немесе таулы желілерге ғана қолайлы деп есептелді. 1950 жылдары (әңгіме бойынша, Иосиф Сталиннің шешімімен) Омск – Новосибирск арасындағы қатты жүктелген жазық далалық желіні электрлендіру туралы шешім қабылданды. Осыдан кейін 3000 В тұрақты токпен негізгі темір жолдарды электрлендіру кеңінен таралды. 25 кВ айнымалы ток КСРО-да 1960 жылдары өнеркәсіп айнымалы токтан тұрақты токқа түрлендіретін түзеткіштерді (выпрямители) және айнымалы токпен жұмыс істейтін тұрақты ток двигательдерін (моторларын) жасауға қол жеткізген кезде басталды (барлық советтік және чехословак айнымалы ток локомотивтері осындай болды; тек посткеңестік локомотивтер ғана электронды басқарылатын индукциялық моторларға көшті). Айнымалы токпен жабдықталған алғашқы негізгі желі – Мариинск – Красноярск – Тайшет – Зима болды. Еуропалық Ресейдегі желілер, мысалы, Мәскеу – Ростов-на-Дону да осылай жабдықталды. 1990 жылдары кейбір тұрақты ток желілері 10 МВт қуатты айнымалы ток локомотивтері VL85-ті пайдалануға мүмкіндік беру үшін айнымалы токқа қайта жарақталды. Иркутск маңындағы желілердің бірі осындай. Бұл қайта жарақталғаннан босатылған тұрақты ток локомотивтері Санкт-Петербург облысына ауыстырылды. Транссибір темір жолы 1929 жылдан бастап ішінара, ал 2002 жылдан бастап толығымен электрлендірілді. Жүйе Красноярск маңындағы Мариинск станциясынан кейін 25 кВ айнымалы ток 50 Гц, ал одан бұрын 3000 В тұрақты токпен жұмыс істейді, және пойыз салмағы 6000 тоннаға дейін жетеді.

Russia and other countries of the former Soviet Union have a mix of 3,000 V DC and 25 kV AC for historical reasons. The special "junction stations" (around 15 over the former USSR Vladimir, Mariinsk near Krasnoyarsk, etc.) have wiring switchable from DC to AC. Locomotive replacement is essential at these stations and is performed together with the contact wiring switching. Most Soviet, Czech (the USSR ordered passenger electric locomotives from Škoda), Russian and Ukrainian locomotives can operate on AC or DC only. For instance, VL80 is an AC machine, with VL10 a DC version. There were some half experimental small series like VL82, which could switch from AC to DC and were used in small amounts around the city of Kharkiv in Ukraine, where is no junction station at many lines. Also, the latest Russian passenger locomotive EP20 and its half experimental predecessor EP10 are a dual system. Historically, 3,000 V DC was used for simplicity. The first experimental track was in the Georgian mountains, then the suburban zones of the largest cities were electrified for EMUs very advantageous due to the much better dynamic of such a train compared to the steam one, which is important for suburban service with frequent stops. Then the large mountain line between Ufa and Chelyabinsk was electrified. For some time, electric railways were only considered to be suitable for suburban or mountain lines. In around 1950, a decision was made (according to legend, by Joseph Stalin) to electrify the highly loaded plain prairie line of Omsk Novosibirsk. After this, electrifying the major railroads at 3,000 V DC became mainstream. 25 kV AC started in the USSR in around 1960 when the industry managed to build the rectifier based AC wire DC motor locomotive (all Soviet and Czech AC locomotives were such; only the post Soviet ones switched to electronically controlled induction motors). The first major line with AC power was Mariinsk Krasnoyarsk Tayshet Zima; the lines in European Russia like Moscow Rostov on Don followed. In the 1990s, some DC lines were rebuilt as AC to allow the usage of the huge 10 MW AC locomotive of VL85. The line around Irkutsk is one of them. The DC locomotives freed by this rebuild were transferred to the St Petersburg region. The Trans Siberian Railway has been partly electrified since 1929, entirely since 2002. The system is 25 kV AC 50 Hz after the junction station of Mariinsk near Krasnoyarsk, 3,000 V DC before it, and train weights are up to 6,000 tonnes.

Канада

Тарихи тұрғыдан алғанда, Канадада электрлі локомотивтер әртүрлі мақсатта пайдаланылды, негізінен жолаушылар мен жүктерді нашар желдетілетін туннельдер арқылы тасымалдау үшін. Канадада қолданылған электрлі локомотивтерге St. Clair Tunnel Co. Boxcab Electric, CN Boxcab Electric және GMD GF6C жатады. Монреальдегі Exo нашар желдетілетін Монреаль тау туннелі арқылы өтуге мүмкіндік беру үшін ALP 45DP екі режимді дизель-электр локомотивтерін пайдаланды. Локомотивтер Deux Montagnes желісінің бойындағы барлық учаскеде және Монреаль орталық станциясы мен Ахунсик станциясы арасындағы Маскуш желісінде электр режимінде жұмыс істейді. Локомотивтер Маскуш желісінің қалған бөлігінде және электрленбеген тағы үш желіде дизель режимінде жұмыс істейді. Дегенмен, Маунт-Рояль туннелінің Réseau express métropolitain жеңіл метро жүйесінің басты желісіне айналуы және 2020 жылдың қаңтарынан бастап Маскуш желісінің Ахунсик станциясына дейін тоқтатылуы салдарынан локомотивтер енді тек дизель режимінде жұмыс істейді. АҚШ-тағыдай, дизель локомотивтерінің әмбебаптығы және инфрақұрылымының салыстырмалы түрде төмен құны, заңдық немесе операциялық шектеулер электр энергиясын пайдалануды талап етпеген жағдайларда, олардың басымдығына әкелді. Бұл Канададағы электр теміржол инфрақұрылымының шектеулі болуына және нәтижесінде, бүгінде жұмыс істейтін электрлі локомотивтердің азаюына себеп болды. 2021 жылғы мәліметтер бойынша, бүгінгі күні тек бір ғана мысал бар: GMD SW1200MG электр локомотивтері, оларды Канаданың темір кен компаниясы Карол-Лейк кенішінен шикі кенді өңдеу зауытына тасымалдау үшін пайдаланады. Болашақта Торонтоның GO Transit компаниясы өңірлік экспресс-желі жобасы аясында жаңа электрлі локомотивтер паркін пайдалануды жоспарлап отыр. Сонымен қатар, сутекті отын жасушаларын пайдаланатын локомотивтерді қолдану мүмкіндігі де зерттелуде.

Америка Құрама Штаттары

Электрлік локомотивтер Amtrak-тың Солтүстік-шығыс дәлізінде Вашингтон, округ Колумбия және Бостон арасындағы жолаушылар пойыздарында, сондай-ақ Гаррисбург, Пенсильванияға соққан тармағында және кейбір қала маңы теміржол желілерінде қолданылады. Қалалық көлік жүйелері мен басқа да электрленген қала маңы желілері әр вагоны жеке қуаттандырылатын электрлік бірнеше бірліктерді пайдаланады. Ал қалған ұзақ қашықтыққа жүретін жолаушылар пойыздары және, сирек жағдайларды қоспағанда, барлық жүк дизельдік-электрлік локомотивтермен тасымалданады. Солтүстік Америкада дизельдік локомотивтердің әмбебаптығы және олардың инфрақұрылымының салыстырмалы түрде төмен құны, заңдық немесе операциялық шектеулер электр энергиясын пайдалануды қажет етпесе, олардың басымдығын қамтамасыз етті. Мұның бір мысалы – Amtrak және Солтүстік-шығыс дәлізіндегі қала маңы теміржолдарында электрлік локомотивтерді пайдалану. Amtrak және New Jersey Transit-тің Нью-Йорк дәлізінде Penn Station-да дизельдік жұмысқа тыйым салынғандықтан және оған алып кететін Хадсон және Ист-Ривер туннельдерінде қазіргі ALP 46 локомотивтері қолданылады. Penn Station-ға басқа да кейбір пойыздар туннельдер мен станцияда үшінші рельстен қуат ала алатын екі режимді локомотивтерді пайдаланады. Бу дәуірінде кейбір таулы аймақтар электрленген, бірақ ол жобалар тоқтатылды. Электрленген және электрленбеген аймақтардың арасындағы біріктіру орны – локомотивтерді ауыстыру орыны; сондықтан Солтүстік-шығыс дәлізінің Вашингтоннан оңтүстікке қарай созылатын пойыздары осы жерде локомотивтерді ауыстырады. Бұрын Солтүстік-шығыс дәлізінің пойыздары Нью-Хейвенде, Коннектикут штатында локомотивтер ауыстырылып жатқанда ұзақ тоқтаулар жасады, бұл кешігу 2000 жылы Солтүстік-шығыс дәлізінің Нью-Хейвен-Бостон бөлігін электрлендіру туралы шешімге әсер етті.

Қытай

Қытайда электрленген темір жолдың кең ауқымы бар. Басым көпшілігі магистральдық жүк және қашықтығы ұзақ жолаушылар пойыздары жоғары қуатты электр локомотивтерімен қызмет етеді, олардың қуаты әдетте асып түседі. Салмақты жүктерді тасымалдау үшін өте қуатты көп секциялы локомотивтер қолданылады, "Шен 24" сериялы алты секциялы электр локомотивтерінің қуатыға дейін жетеді.

Үндістан

Үндістандағы барлық негізгі электрленген бағыттар 50 Гц жиілікті 25 кВ айнымалы ток жүйесін пайдаланады. 2017 жылғы наурыз айының мәліметтері бойынша, Үндістан темір жолы жүк және жолаушылар трафигінің 85%-ын электр локомотивтерімен тасымалдайды, ал 45 881 шақырым темір жол желісі электрлендірілген.

Жапония

Жапония электрлендіруді толық аяқтауға жақын, себебі қашықтықтар салыстырмалы түрде қысқа және жер бедері таулы келеді, бұл электрмен қамтамасыз етуді тиімді инвестицияға айналдырады. Сонымен қатар, жүк тасымалына қарағанда жолаушылар тасымалының үлесі көп (тіпті ауылдық аймақтарда да), бұл көптеген шалқар жолдарды электрлендіруге мемлекеттік инвестициялардың құйылуына ықпал етті. Дегенмен, осы факторлар жапон теміржол операторларын электр локомотивтерінен гөрі ЭМД (электрлік жетекті пойыз) пайдалануға басымдық беруге жетеледі. Жапониядағы электрмен жүзеге асырылатын жолаушылар тасымалының басым бөлігі ЭМД арқылы қамтамасыз етіледі, ал электр локомотивтері жүк тасымалы мен таңдамал алыс қашықтықтағы бағыттарға жұмсалады.

Австралия

Виктория темір жолы мен Жаңа Оңтүстік Уэльс мемлекеттік темір жолы, Австралияда 20 ғасырдың басында электрлі жетегін алғаш рет енгізген және 1500 В DC электрлік пойыз құрамын пайдалануды жалғастырып келе жатқан, электрлік локомотивтерін қолданудан шығарды. Екі штатта да электрлік локомотивтерді маңызды қалааралық бағыттарда пайдалану шартты түрде табысқа жетті. Викторияда тек Гиппсленд желісі электрлендірілгендіктен, электрлі жетегінің экономикалық артықшылықтары толыққанды іске асырылмады, себебі электрленбеген желіде жүретін пойыздар үшін локомотивтерді ауыстыру қажет болды. Виктория темір жолының L класы 1987 жылға дейін қызметтен алынды, ал Гиппсленд желісіндегі электрлендіру 2004 жылы жойылды. 1983 жылы Жаңа Оңтүстік Уэльске енгізілген 86 класс локомотивтерінің қызмет мерзімі салыстырмалы түрде қысқа болды, себебі инфрақұрылымды күтуге кеткен шығын, электрленген желінің шетінде локомотивтерді ауыстыру қажеттілігі және электр энергиясы үшін жоғары тарифтер дизельдік локомотивтердің электрленген желідегі қызметтерді өз мойнына алуына себеп болды. Квинсленд темір жолы 1980-ші жылдары электрлендірілді және қазіргі заманғы 25 кВ AC технологиясын пайдаланады, соның нәтижесінде тар жол желісінің шамамен 1000 км электрлендірілді. Ол экспортқа арналған көмірді тасымалдау үшін электрлік локомотивтер паркін пайдаланады, соның ішінде ең соңғысы – 3000 кВт (4020 а.к.) қуаттылығы бар 3300/3400 класы.