電気機関車

最初に知られている電気機関車は、1837 年にアバディーンの化学者ロバート・デイヴィッドソンによって製造され、ガルバニ電池（バッテリー）で駆動されました。デイヴィッドソンは後にガルヴァーニという名のより大型の機関車を製造し、 1841 年に王立スコットランド芸術協会展に出品しました。この 7 トンの車両には、各車軸の木製シリンダーに取り付けられた鉄棒に固定電磁石が作用する2 つの直接駆動リラクタンスモーターと、単純な整流子がありました。この機関車は 6 トンの荷物を時速 4 マイル (時速 6 キロメートル) で1.5 マイル (2.4 キロメートル)の距離を牽引しました。翌年の 9 月にエジンバラ・グラスゴー鉄道で試験されましたが、バッテリーの限られた電力では一般使用できませんでした。鉄道労働者たちはこれを自分たちの雇用の安定を脅かすものとみなし、破壊しました。^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} 

発電機で駆動する最初の電気旅客列車と最初の電気機関車は、1879年にベルリンでヴェルナー・フォン・ジーメンスによって発表されました。[ 6 ]機関車は^2.2kWの直巻モーターで駆動され、機関車と3両の客車からなる列車は時速13kmに達しました。4か月間、この列車は長さ300メートル（980フィート）の円形軌道で9万人の乗客を運びました。電力（150V DC ）は、線路間の3番目の絶縁レールを通して供給されました。集電には接触ローラーが使用されました。    

世界初の電気路面電車は、1881年にドイツのベルリン近郊のリヒターフェルデに開通しました。これはヴェルナー・フォン・ジーメンスによって建設されました（グロス・リヒターフェルデ路面電車とベルリン路面電車を参照）。フォルク電気鉄道は1883年にブライトンに開通しました。同じく1883年には、オーストリアのウィーン近郊にメードリング・ヒンターブリュール路面電車が開通しました。これは架線から電力を供給される定期運行の世界初の路面電車でした。5年後の1888年、米国ではフランク・J・スプラーグが設計した装置を使用して、リッチモンド・ユニオン旅客鉄道で電気トロリーが初めて導入されました。^{[ 7 ]}

ハンガリー初の電化鉄道路線は 1887 年に開通しました。ブダペスト (参照: BHÉV ):ラッケヴェ線 (1887 年)、センテンドレ線 (1888 年)、ギョデルジュ線 (1888 年)、チェペル線 (1912 年)。^{[ 8 ]}

電気機関車の初期の開発の多くは、特に都市部でのトンネルの使用の増加によって推進されました。蒸気機関車からの煙は有害であり、自治体は管轄区域内での使用を禁止する傾向が強まりました。最初の電気で動く地下鉄路線は、シティ・アンド・サウス・ロンドン鉄道で、その設立法に蒸気動力の使用を禁止する条項があったことがきっかけでした。^{[ 9 ]} 1890年に、マザー・アンド・プラット社製の電気機関車を使用して開業しました。1897年にスプラーグが発明した複数ユニット列車制御により、電気はすぐに地下鉄の動力源として選ばれるようになりました。地上および高架の高速輸送システムは、条例によって転換を強制されるまで、一般的に蒸気を使用していました。

アメリカの主要路線で初めて電化が行われたのは、1895年にボルチモア・アンド・オハイオ鉄道（B&O）のボルチモア・ベルト線の4マイル区間で、ボルチモアのダウンタウンの端を回る一連のトンネルを通ってB&Oの主要部分とニューヨークへの新線を結んだ。ペンシルベニア鉄道の並行線路では、蒸気機関車からの石炭煙が運行上の大きな問題であり、公共の迷惑となることが示されていた。当初は3つのBo+Boユニット、EL-1モデルが使用された。電化区間の南端で、それらは機関車と列車に連結され、トンネルを通って牽引した。^{[ 10 ]}ニューヨーク市への鉄道の入り口には同様のトンネルが必要で、そこでは煙の問題がより深刻だった。 1902年にパークアベニュートンネルで発生した衝突事故を受け、ニューヨーク州議会は1908年7月1日以降、ハーレム川以南での煙を発生する機関車の使用を禁止した。これを受けて、ニューヨーク・セントラル鉄道は1904年に電気機関車の運行を開始した。1930年代には、ニューヨーク・セントラル鉄道の規制を受けて電気機関車を導入していたペンシルベニア鉄道が、ペンシルベニア州ハリスバーグ以東の全路線を電化した。

最後に建設された大陸横断鉄道であるシカゴ・ミルウォーキー・セントポール・アンド・パシフィック鉄道（ミルウォーキー鉄道）は、1915年からロッキー山脈を越えて太平洋に至る路線を電化しました。東海岸のいくつかの路線、特にバージニアン鉄道とノーフォーク・アンド・ウェスタン鉄道は、山越え区間の短い区間を電化しました。しかし、この時点では、米国の電化は都市部の交通量の多い地域とより関連付けられており、ディーゼル化に直面して電気機関車の使用は減少しました。^{[ 11 ]}ディーゼルは蒸気機関車に比べて電気機関車の利点をいくつか共有しており、電力供給インフラの建設と維持のコストが新規設置を阻害し、北東部以外のほとんどの幹線電化の廃止につながりました。いくつかの専用システム（デゼレット電力鉄道など）を除いて、2000年までに電化は北東回廊と一部の通勤サービスに限定されました。そこでも貨物輸送はディーゼルで行われていた。電化が広く普及したヨーロッパでは開発が続いた。フランス近郊の一部の路線では現在も 1,500V直流が使用されており、高速列車では 25kV 50Hzが使用されている。 ^{[ 5 ]} 

最初の実用的な交流電気機関車は、当時チューリッヒのエリコン社に勤務していたチャールズ・ブラウンによって設計されました。1891年、ブラウンは国際電気技術博覧会で、ラウフェン・アム・ネッカーの水力発電所とフランクフルト・アム・マイン・ウエストの博覧会場の間、280kmの距離を三相交流を使用して長距離送電を実証しました。蒸気電気機関車の設計でジャン・ハイルマンの下で働いていたときに得た経験から、ブラウンは三相モーターは直流モーターよりも出力重量比が高く、整流子がないため製造とメンテナンスが簡単であることに気づきました。^{[ i ]}しかし、それらは当時の直流モーターよりもはるかに大きく、床下の台車に取り付けることはできず、機関車の車体内にしか搭載できませんでした。^{[ 13 ]} 1896年、エリコン社はルガーノ路面電車にこのシステムの最初の商用例を設置しました。各 30 トンの機関車には、二重架線から供給される三相 750 V 40 Hz で駆動される110 kW (150 hp)のモーターが 2 台搭載されていました。三相モーターは一定速度で回転し、回生ブレーキを提供するため、急勾配の路線に適しています。1899 年、ブラウン (当時ウォルター ボヴェリと提携) は、スイスの 40 km のブルクドルフ - トゥーン鉄道(最高地点 770 メートル)に最初の幹線三相機関車を供給しました。機関車への産業周波数単相交流電源の最初の実装は、ハンス ベーン - エッシェンブルクとエミール フーバー - ストッカーの設計を使用して、1901 年にエリコンから行われました。スイス連邦鉄道のゼーバッハ-ヴェッティンゲン線への設置は1904年に完了した。15 kV、50 Hz 、 345 kW (460 hp)、48トンの機関車は、変圧器と回転コンバータを使用して直流牽引モーターに電力を供給した。^{[ 14 ]}           

1894年、ハンガリーのエンジニア、カルマン・カンドーは、ファイブス・リール社で電気機関車用の新しいタイプの3相非同期電動モーターと発電機を開発しました。カンドーの1894年初頭の設計は、1896年から1898年にかけて建設されたフランスのエビアン・レ・バンにある短い3相交流路面電車で初めて適用されました。 ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} 1918年、^{[ 20 ]}カンドーは回転位相変換器を発明・開発し、電気機関車が単一の架線を介して供給され、 高電圧の全国ネットワークの単純な産業周波数（50 Hz）の単相交流を伝送しながら3相モーターを使用できるようにしました。^{[ 21 ]}

イタリアの鉄道は、短い区間だけでなく本線全体に電気牽引を導入した世界初の鉄道でした。106 km のヴァルテッリーナ線は、カンドーとガンツ工場 のチームによって設計され、1902 年 9 月 4 日に開通しました。^{[ 22 ] [ 21 ]}電気システムは 3 kV 15 Hz の三相でした。電圧は以前使用されていたものよりかなり高く、電気モーターとスイッチング装置の新しい設計が必要でした。^{[ 23 ] [ 24 ]}三相 2 線システムは北イタリアのいくつかの鉄道で使用され、「イタリア式」として知られるようになりました。カンドーは 1905 年にソシエタ イタリアーナ ウェスティングハウスの経営を引き受けるよう招かれ、いくつかのイタリアの電気機関車の開発を主導しました。^{[ 23 ]}イタリアの鉄道の電化期間中、どのタイプの電力を使用するかについてテストが行​​われました。一部の区間では 3,600 V 16 + 2 ⁄ 3 Hz の三相電源が使用され、他の区間では 1,500 V DC、3 kV DC、および 10 kV AC 45 Hz の電源が使用されました。第二次世界大戦後、イタリアの鉄道システム全体に 3 kV DC 電源が選択されました。^{[ 25 ]}             

カンドーが後にガンツ工場とソシエタ・イタリアーナ・ウェスティングハウスの両方と協力して開発したのが、単相交流から三相モーターを使用できる電気機械式変換器で、2本の架線が不要になった。 ^{[ 26 ]} 1923年、ハンガリーで最初の位相変換器機関車がカンドーの設計に基づいて製造され、その後すぐに量産が開始された。最初の設置は1932年、ハンガリー国鉄のブダペストとコマーロム 間の56km区間で、 16kV  50Hzであった。これは成功し、電化は1934年にヘジェシャロムまで延長された。^{[ 27 ]} 

ヨーロッパでは、電化プロジェクトは当初、いくつかの理由から山岳地帯に重点が置かれました。石炭の供給が困難であったこと、水力発電が容易に利用できたこと、そして電気機関車が急勾配の線路でより大きな牽引力を発揮したことなどが挙げられます。これは特にスイスに当てはまり、スイスではほぼすべての路線が電化されています。交流牽引の普及に大きく貢献したのは、第二次世界大戦後のフランス国鉄（SNCF）でした。同社は、戦後フランスの統治下にあったドイツの急峻なヘレンタール渓谷を通る産業周波数交流線を評価しました。試験の後、同社は交流機関車の性能が十分に発達しており、地形に関係なく、将来のすべての設置をこの基準にすることができ、それに伴うインフラもより安価で効率的であると判断しました。^{[ 28 ]} SNCFのこの決定は、フランスの路線にすでに設置されていた2,000マイル（3,200km ）の高電圧直流を無視したものでしたが、ヨーロッパの他の国々で選択される基準に影響を与えました。^{[ 28 ]} 

1960年代には、ヨーロッパの多くの主要路線が電化されました。ヨーロッパの電気機関車の技術は、1920年代以降着実に向上してきました。比較すると、ミルウォーキー鉄道のEP-2形（1918年）は重量240 トン、出力3,330kW  、最高速度112km  /hでした。1935年には、ドイツのE 18形は出力2,800kWでした が、重量はわずか108トンで、最高速度は150km  /hでした。1955年3月29日、フランスのCC 7107形は331km/hに達しました 。1960年には、スウェーデン国鉄のSJ Dm 3形機関車が記録的な7,200kWの出力を発生しました。同時期に、ドイツとフランスでは、 200km/hで商業旅客サービスを提供できる機関車が登場しました。 電子制御システムの導入により、台車内部に搭載可能な、より軽量で高出力のモーターの使用が可能になり、さらなる改良がもたらされた（1990年代以降は、GTOインバーターを介して駆動される非同期三相モーターが標準となった）。

1980年代には、超高速鉄道の発展に伴い、電化がさらに進んだ。日本の新幹線とフランスのTGVは、専用の高速路線がゼロから建設された最初のシステムだった。同様の計画はイタリア、ドイツ、スペインでも実施された。米国では、コネチカット州ニューヘイブンからマサチューセッツ州ボストンまでの北東回廊の電化延伸のみが新たな幹線路線として建設されたが、新たな電気式ライトレールシステムは引き続き建設された。

2006年9月2日、標準生産型のシーメンス製電気機関車ユーロスプリンターES64-U4型（ÖBBクラス1216）が、インゴルシュタットとニュルンベルクを結ぶ新線で時速357km （222マイル）を達成し、機関車牽引列車の記録を樹立した。^{[ 29 ]}この機関車は現在、ÖBBによってほとんど改造されずにレールジェットの牽引に使用されているが、経済とインフラ上の懸念から最高速度は時速230kmに制限されている。   

最も根本的な違いは、交流（AC）か直流（DC）かの選択にある。初期のシステムでは直流が用いられていた。これは、交流が十分に理解されておらず、高電圧送電線用の絶縁材が入手できなかったためである。直流機関車は通常、比較的低い電圧（600～3,000ボルト）で走行する。そのため、十分な電力を送電するには大きな電流が必要となるため、機器は比較的大型になる。大電流によって送電系統の損失が大きくなるため、電力は頻繁に供給されなければならない。

交流モーターが開発されるにつれて、特に長距離路線では交流モーターが主流となった。高電圧（数万ボルト）が使用されるのは、これにより低電流の使用が可能になるためである。送電損失は電流の二乗に比例する（例えば、電流が2倍になると損失は4倍になる）。したがって、より軽く安価な電線で長距離にわたって高電力を伝送することができる。機関車内の変圧器は、この電力をモーター用の低電圧・高電流に変換する。^{[ 30 ]}直流機関車では、交流変圧器で実現されるほど効率的に直流の電圧/電流変換を行う簡単な方法がないため、同様の高電圧・低電流システムを採用することはできない。

交流牽引では、単相線の代わりに二本の架線が今でも時折使用されています。結果として生じる三相電流は誘導電動機を駆動し、誘導電動機は敏感な整流子を持たないため、回生ブレーキを容易に実現できます。速度は固定子回路の極対数を変更することで制御され、加速は回転子回路に追加の抵抗器を接続または切断することで制御されます。二相線は重く、相が交差する分岐器付近では複雑になります。このシステムは1976年まで北イタリアで広く使用され、現在でもスイスのラック式鉄道の一部で使用されています。フェイルセーフ電気ブレーキの実現が容易であることはこのシステムの利点ですが、速度制御と二相線は問題です。

交流送電と直流モーターを使用する整流器式機関車は一般的でしたが、直流整流子は始動時と低速走行時に問題がありました。今日の先進的な電気機関車は、ブラシレス三相交流誘導モーターを使用しています。これらの多相モーターは、 GTO、IGCT、またはIGBTベースのインバーターによって駆動されます。現代の機関車における電子機器のコストは、車両価格の最大50%にも達することがあります。

電気牽引では回生ブレーキが使用可能で、モーターがブレーキとして機能し、列車の動きを電気エネルギーに変換して線路に送り返す発電機としても機能します。このシステムは、下り坂の機関車が上り坂の列車に必要な電力の大部分を生成できるため、山岳地帯での運行に特に有利です。ほとんどのシステムには固有の電圧があり、交流電力の場合はシステム周波数があります。システムが重複したりアップグレードされたりしたため、多くの機関車は複数の電圧と周波数に対応できるように装備されています。アメリカのFL9機関車は2つの異なる電気システムからの電力に対応できるように装備されており、ディーゼル電気機関車としても運行できました。

今日のシステムは主に交流で動作していますが、多くの直流システムも依然として使用されています。例えば、南アフリカと英国（750Vと1,500V）、オランダ、日本、アイルランド（1,500V）、スロベニア、ベルギー、イタリア、ポーランド、ロシア、スペイン（3,000V）、ワシントンDC（750V）などです。

電気回路には2つの接続（三相交流の場合は3つの接続）が必要です。当初から、線路は回路の一方の側にのみ使用されていました。鉄道模型とは異なり、線路は通常、回路の一方の側にのみ電力を供給し、回路のもう一方の側は別々に供給されます。

鉄道電気推進の初期開発段階では、牽引モーターの出力を車輪に連結するために、さまざまな駆動システムが考案されました。初期の機関車は、ジャックシャフト駆動方式をよく使用していました。この方式では、牽引モーターは機関車の車体内部に取り付けられ、ギアセットを介してジャックシャフトを駆動します。このシステムが採用されたのは、最初の牽引モーターが大きすぎて重く、車軸に直接取り付けることができなかったためです。多くの機械部品が関わっていたため、頻繁なメンテナンスが必要でした。より小型で軽量なモーターが開発されると、ジャックシャフト駆動方式は、ごく小型の機関車を除いて廃止されました。

電気機関車が成熟するにつれて、他にもいくつかのシステムが考案されました。ブッフリ駆動は、駆動モーターの重量が駆動輪から完全に切り離された、完全にバネ式のシステムでした。1920年代から電気機関車に初めて採用されたブッフリ駆動は、主にフランス国鉄（SNCF）とスイス連邦鉄道で使用されました。クイル駆動も同時期に開発され、牽引モーターを車軸の上または横に取り付け、減速ギアと中空シャフト（クイル）を介して車軸に連結し、クイルは駆動車軸に柔軟に接続されました。ペンシルバニア鉄道のGG1型機関車はクイル駆動を採用していました。牽引モーターのサイズと重量が縮小し続けるにつれて、クイル駆動は低速貨物機関車では徐々に使われなくなりました。ヨーロッパで使用されている高速旅客機関車では、クイル駆動は依然として主流です。

もう一つの駆動方式は「バイポーラ」方式で、モーターの電機子が車軸そのものとなり、モーターのフレームと界磁アセンブリは台車（ボギー）に固定された状態で取り付けられていた。モーターには2つの界磁極があり、電機子の垂直方向の動きは限定的であった。この方式は、各モーターの出力が限られていたため、実用性は限られていた。ミルウォーキー鉄道が採用したEP-2バイポーラ電気式は、多数の動力車軸を使用することでこの問題を補っていた。

現代の貨物用電気機関車は、ディーゼル電気機関車と同様に、ほぼ例外なく車軸吊り下げ式牽引モーターを使用しており、動力軸ごとに1つのモーターが搭載されています。この構成では、モーターハウジングの片側は、車軸に一体化された研磨されたジャーナル上を転動するプレーンベアリングによって支持されています。ハウジングのもう一方の側には舌状の突起があり、台車（ボギー）ボルスターの対応するスロットに係合します。この突起は、支持だけでなくトルク反力装置としても機能します。モーターから車軸への動力伝達は平歯車によって行われ、モーターシャフトのピニオンが車軸のブルギアに係合します。両方のギアは、潤滑油を含む液密ハウジング内に収められています。機関車が使用される用途によって、使用されるギア比が決まります。数値的に高いギア比は貨物用機関車でよく見られ、数値的に低いギア比は旅客用機関車で一般的です。

蒸気機関車を分類するためのホワイト表記法は、電気機関車の多様な配置を説明するには不十分である。ただし、ペンシルバニア鉄道は、電気機関車にも蒸気機関車と同様のクラスを適用していた。例えば、PRR GG1クラスは、2両の4-6-0型Gクラス機関車を背中合わせに連結したような配置であることを示している。

UIC分類システムは、動力車軸と非動力車軸の複雑な配置に対応でき、連結駆動システムと非連結駆動システムを区別できるため、一般的に電気機関車に使用されていました。

バッテリー式電気機関車（またはバッテリー機関車）は、車載バッテリーで駆動する、一種のバッテリー式電気自動車です。

このような機関車は、ディーゼル機関車や従来の電気機関車が不向きな場所で使用されます。たとえば、電力供給が停止されている地下鉄路線の保守列車などが挙げられます。バッテリー機関車のもう1つの用途は、工業施設（たとえば、爆薬工場、石油・ガス精製所、化学工場など）で、燃焼動力機関車（つまり、蒸気機関車またはディーゼル機関車）は、密閉空間での火災、爆発、またはガスの危険性により安全上の問題を引き起こす可能性があります。バッテリー機関車は、集電シューでアーク放電を起こしたトロリー駆動ユニットによってガスに引火する可能性がある鉱山鉄道、または特にレール継ぎ目の接触不良により供給回路または戻り回路で過剰な電気抵抗が発生し、危険な電流が地面に漏れる可能性がある鉱山鉄道で好まれます。^{[ 32 ]}

1837年に製造された最初の電気機関車はバッテリー機関車でした。これはスコットランドのアバディーンの化学者ロバート・デイビッドソンによって製造され、ガルバニ電池（バッテリー）で駆動されました。もう1つの初期の例は、アラスカ州マッカーシーのケネコット銅鉱山にあり、1917年に地下運搬路が拡張され、4 + 1/2ショートトン（ 4.0ロングトン、4.1トン）のバッテリー機関車2台で作業できるようになりました。^{[ 33 ]} 1928年、ケネコット銅鉱山は車載バッテリーを備えた700シリーズの電気機関車4台を発注しました。これらの機関車は85ショートトン（76ロングトン、77トン）の重量があり、750ボルトの架空トロリー線で動作し、バッテリーで動作している間はかなり長い距離を走行できました。^{[ 34 ]}これらの機関車は、ニッケル鉄電池（エジソン式）技術 を使用して数十年にわたり運行されました。電池は鉛蓄電池に交換され、その後まもなく機関車は引退しました。4両の機関車はすべて博物館に寄贈されましたが、1両は解体されました。残りの機関車は、アイオワ州のブーン・アンド・シーニック・バレー鉄道と、カリフォルニア州リオビスタのウェスタン鉄道博物館で見ることができます。  

トロント交通局は以前、 1968年に日本車竜が製造し、2009年に引退したバッテリー式電気機関車をトロント地下鉄で運行していた^{。[ 35 ]}

ロンドン地下鉄は、一般的な保守作業のために定期的にバッテリー式電気機関車を運行している。

2022年現在7 MWh および 14 MWh のエネルギー容量を持つバッテリー機関車が 鉄道会社から発注され、開発が進められている。^{[ 36 ]} 2026 年、西オーストラリアの鉱山鉄道で 2 種類のバッテリー機関車が試験運用されている。1 つはBHP向けのWabtec FLXDrive、もう 1 つはProgress RailがFortescue向けに製造したものである。^{[ 37 ]}

2024年12月、グランドキャニオン国立公園への観光列車を運行するグランドキャニオン鉄道は、ディーゼル排出量とメンテナンスコストを削減するために、 EMD F40PHの 1 台をバッテリー電気機関車に改造すると発表した。 ^{[ 38 ]} 2026年1月、カヤホガバレー国立公園を通る観光列車を運行するカヤホガバレー景観鉄道も同様に、 MLW FPA-4の 2 台をバッテリー電気機関車に改造すると発表した。 ^{[ 39 ]}

2020年、路面電車向けに開発されたスーパーキャパシタを使用した蓄電システムを製造する株洲電機有限公司は、製品ラインを機関車にも拡大すると発表した。^{[ 40 ]}

ヨーロッパでは電化が広く普及しており、旅客列車には電気式多目的車両（EMU）が一般的に使用されている。運行密度が高いため、インフラコストに比べて運行コストが米国よりも大きな割合を占めており、電気機関車の運行コストはディーゼル機関車よりもはるかに低い。さらに、第一次世界大戦と第二次世界大戦中に経験した石炭不足が、各国政府が鉄道網の電化を推進する動機となった。

ディーゼル機関車は、同じ重量と寸法であれば、電気機関車に比べて出力が劣ります。例えば、 現代の英国国鉄66形ディーゼル機関車の2,200kWの出力は、1927年に製造されたSBB-CFF-FFS Ae 4/7形電気機関車（2,300kW  ）と同等で、しかもAe 4/7形の方が軽量です。しかし、低速走行においては、出力よりも牽引力が重要になります。ディーゼル機関車は、低速貨物輸送（カナダや米国でよく見られる）には適していますが、多くのヨーロッパの鉄道路線のように、旅客輸送や旅客・貨物混合輸送には適していません。特に、重量貨物列車を比較的高速（ 時速80km以上）で運行する必要がある場合はなおさらです。

これらの要因により、ほとんどのヨーロッパ諸国で電化が進みました。スイスなどの国では、電気入換機関車も一般的で、多くの私設側線が電気機関車で運行されています。第二次世界大戦中、新しい電気機関車を製造するための材料が入手できなかったため、スイス連邦鉄道は輸入石炭の不足に対処するため、架線から供給される電気ヒーターを一部の蒸気入換機関車のボイラーに設置しました。^{[ 41 ] [ 42 ]}

近年、多くのヨーロッパ諸国で公共交通機関の強化を目指す政治情勢が進展し、電気機関車の普及がさらに加速している。加えて、未電化区間の空白地帯を埋めることで、これらの区間で電気機関車をディーゼル機関車に置き換える必要性を回避している。こうした路線の近代化と電化は、国による鉄道インフラ整備への資金提供によって可能となっている。

イギリスの電気式複数ユニットは1890年代に初めて導入され、現在のバージョンは公共交通機関として利用されており、また、クラス76、クラス86、クラス87、クラス90、クラス91、クラス92などの電気機関車のクラスも多数存在する。

ロシアや旧ソ連諸国では、歴史的な理由から、3000Vの直流と25kVの交流が混在している。  

旧ソ連全域に約15か所ある特別な「分岐駅」（ウラジーミル、クラスノヤルスク近郊のマリインスクなど）は、直流と交流を切り替えられる配線を備えている。これらの駅では機関車の交換が不可欠であり、配線切り替えと同時に実施される。

ソ連、チェコ（ソ連はシュコダ社に旅客用電気機関車を発注した）、ロシア、ウクライナの機関車のほとんどは、交流（AC）または直流（DC）のいずれかでのみ走行可能です。例えば、VL80は交流機関車、VL10は直流機関車です。VL82のような、交流と直流を切り替えることができる半実験的な小規模シリーズもいくつか存在し、ウクライナのハリコフ市周辺で少量使用されました。ハリコフ市周辺では、多くの路線で分岐駅がありません。また、最新のロシアの旅客用機関車EP20とその半実験的な前身であるEP10は、デュアルシステムです。

歴史的に見ると、 簡便性から3,000Vの直流が用いられてきた。最初の実験線はグルジアの山岳地帯に敷設され、その後、主要都市の郊外地域が電車（EMU）用に電化された。電車は蒸気機関車に比べてはるかに優れた走行性能を持つため、停車駅の多い郊外路線にとって非常に有利であった。その後、ウファとチェリャビンスクを結ぶ大規模な山岳路線が電化された。

しばらくの間、電気鉄道は郊外路線や山岳路線にしか適さないと考えられていた。1950年頃、（伝説によればヨシフ・スターリンによって）オムスク～ノボシビルスク間の高負荷な平野路線を電化する決定が下された。これを機に、主要鉄道の3000V直流電化が主流となった。

ソ連では、1960年頃に25kV交流が始まった。当時、業界は整流器を用いた交流線路と直流モーターを組み合わせた機関車を製造することに成功した（ソ連とチェコの交流機関車はすべてこの方式で、ソ連崩壊後の機関車だけが電子制御誘導モーターに切り替えた）。交流電力が供給された最初の主要路線はマリインスク-クラスノヤルスク-タイシェト-ジマ線で、その後、モスクワ-ロストフ・ナ・ドヌ線など、ヨーロッパ・ロシアの路線にも導入された。

1990年代には、巨大な10MW交流機関車VL85を使用できるようにするため、一部の直流線が交流線に改修された。イルクーツク周辺の路線もその一つである。この改修によって余剰となった直流機関車は、サンクトペテルブルク地域に移管された。

シベリア鉄道は1929年から一部区間が電化され、2002年からは全区間が電化されました。システムは クラスノヤルスク近郊のマリインスク分岐駅より先は25kV交流50Hz、それより先は3,000V直流で、列車の重量は最大6,000トンです。^{[ 43 ]}

20世紀初頭にオーストラリアで電気牽引を先駆けて導入し、現在も1500V直流の電車を運行しているビクトリア州鉄道とニューサウスウェールズ州政府鉄道は、電気機関車を廃止した。

両州とも、主要な都市間路線での電気機関車の使用は一定の成功を収めた。ビクトリア州では、ギップスランド線のみが電化されていたため、電化ネットワークを超えて走る列車のために機関車を交換する必要があったことから、電気牽引の経済的利点は十分に実現されなかった。ビクトリア州鉄道のLクラスは1987年までに運用から外され^{[ 60 ]}、ギップスランド線の電化は2004年までに解体された^{[ 61 ]。}

1983年にニューサウスウェールズ州に導入されたニューサウスウェールズ86形機関車は、インフラの維持費、電化ネットワークの末端での機関車の交換の必要性、電気料金の高騰などが原因でディーゼル機関車が電化ネットワークの運行を引き継ぐことになり、比較的短命に終わった。^{[ 62 ]}

クイーンズランド鉄道は1980年代に電化を実施し、より新しい25kV交流技術を利用しており、現在では狭軌 ネットワークの約1,000kmが電化されている。輸出用の石炭を輸送するために電気機関車を運行しており、その中でも最新のものは3,000kW （4,020HP）の3300/3400クラスである。^{[ 63 ]}