三相交流鉄道電化

20世紀初頭、イタリア、スイス、米国では三相交流鉄道電化が採用された。1901年から1976年までイタリアが主な使用国であったが、2つのトンネルを通る路線でもこのシステムが使用されていた。1906年から1930年にかけてはスイスとイタリアを結ぶシンプロントンネル（イタリアのシステムとは接続されていない）が、1909年から1939年にかけては米国のグレートノーザン鉄道のカスケードトンネルが使用していた。最初の標準軌の路線はスイスのブルクドルフからトゥーン（40 kmまたは25マイル）までで、1899年から1933年まで使用されていた。[ ^{1] [2]}

このシステムは回生ブレーキを提供し、電力はシステムにフィードバックされるため、特に山岳鉄道に適しています（ただし、系統または路線上の他の機関車が電力を受け入れることができる場合）。機関車は三相誘導モーターを使用します。ブラシと整流子がないため、メンテナンスの必要性が少なくなります。初期のイタリアとスイスのシステムでは、低周波（16）が使用されていました。+2 ⁄ 3  Hz）、および比較的低い電圧（3,000または3,600ボルト）が、後のACシステムと比較して使用されました。（ただし、回生ブレーキと16+2 ⁄ 3  Hz は、スイスCe 6/8 II および III「クロコダイル」タイプなどの単相システムにも正常に実装されました。

架空配線は、通常、2 本の独立した架空線と第 3 相用のレールで構成されており、より複雑で、使用される低周波には、別の発電または変換および配電システムが必要でした。列車の速度は 1 速から 4 速に制限されており、2 速または 4 速はポール変更またはカスケード操作、またはその両方によって得られました。

以下は、過去にこの電化方式を採用した鉄道の一覧である。^[3]

• グレートノーザン鉄道のカスケードトンネル。[ ^4]
• イタリアのフェッロヴィア・デッラ・ヴァルテッリーナ。^[5]
• イタリアのジェノヴァとポンテデチモを結ぶジョーヴィ鉄道。^[6]
• モン・スニ線のイタリア部分、トリノ-モダーヌ。^[7]
• 北イタリアには他にもたくさんの路線があります。
• スペインのサンタフェ-ジェルガル線。^[3]
• スイスのブルクドルフ・トゥーン鉄道。
• スイスとイタリアを結ぶシンプロントンネル。^[8]

このシステムは現在、主にラック式（山岳）鉄道で使用されています。ラック式鉄道では、架線がそれほど複雑ではなく^{（疑わしい–議論が必要）}、利用可能な速度の制限もそれほど重要ではありません。現代のモーターとその制御システムは、ソリッドステートコンバーターを使用して構築されているため、従来のシステムの固定速度を回避しています。

現在運行されている4つの鉄道は

• ブラジルのリオデジャネイロにあるコルコバード・ラック鉄道。
• スイスのゴルナーグラート鉄道。
• スイスのユングフラウバーン。
• フランスのプチ・トラン・ド・ラ・ルーヌ号は、1912年に製造されたオリジナルの機関車を今も使用している。

いずれも低周波ではなく標準周波数（50 Hz、または 60 Hz（ブラジル））を使用し、725 ～ 3,000 ボルトを使用します。

中国と日本の自動ガイドウェイ交通では、ガイドウェイの側面にある複数の第三軌条を介して三相電化を使用することもできます。

このリストには、過去および現在、さまざまなシステムで使用されている電圧と周波数が表示されます。

• 各種、シーメンス工場実験 1892
• 200 V / 25 Hzパナマ運河1915
• 350 V / 40 Hzルガーノ路面電車1895
• 460 V / 60 Hz パナマ運河局、日付不明
• 500 V / ??Hzガンツ工場実験 1896
• 550 V / 40 Hzゴルナーグラート鉄道、1898年開業時
• 600 V / 60 Hz桃園国際空港スカイトレイン、2003年開業時
• 600 V / 50 Hzブキパンジャン LRT 線、開通時、1999 年
• 650 V / 50 Hz珠江新城 APM システム、2010 年開業時
• 725 V / 50 Hz ゴルナーグラート鉄道、電流
• 750 V / 40 Hzブルクドルフ・トゥーン鉄道、1899-1933
• 750 V / 40 Hzハスレ・リュエグザウ・ラングナウ鉄道、1919 ～ 1932 年
• 1,125 V / 50 Hzユングフラウ鉄道
• 3,000 V / 15 Hzフェッロヴィア デッラ ヴァルテッリーナ1902 - 1917
• 3,300 V / 16.7 Hz センピオーネ美術館、SBB 1906 - 1930
• 3,000 V / 15.8 Hz ヴァルテリーナ FS 1917 - 1930
• 3,600 V / 16.7 Hz ヴァルテリーナ FS 1930 - 1953
• 3,600 V / 16.7 Hz ジェノヴァ-トリノ、トリノ-フレジュス-モダーネ・ギャラリー（F）および1910年から1976年までのピエモンテ州とリグーリア州のその他の路線
• 3,600 V / 16.7 Hz トレント - ボルツァーノ - ブレンネロ、ボルツァーノ - メラーノ FS 1929 - 1965
• 3,600 V / 16.7 Hz ジェノバ～ラ・スペツィア、フォルノボ FS 1926 ～ 1948
• 3,600 V / 16.7 Hz ソンドリオ ティラーノ (フェッロヴィア アルタ ヴァルテッリーナ)
• 5,200 V / 25 Hz ゲルガル・サンタフェ FC スル - スパーニャ
• 6,600 V / 25 Hz カスケード山脈、グレートノーザン鉄道 (米国)、1909 - 1927
• 7,000 V / 50 Hz の実験、トリノ - ブッソレーノ FS 1927 ～ 1928
• 10,000 V / 45 Hz ローマ・スルモーナ FS 1929 - 1944

このカテゴリには、機関車または動力車で三相に変換される単相（または直流）電源を備えた鉄道は含まれません。たとえば、ソリッドステートコンバータを使用する1990年代以前のほとんどの鉄道機器などです。1930年代にガンツ工場のカルマン・カンドが開発し、ハンガリーとイタリアで使用されたカンドシステムは、米国の ノーフォーク・アンド・ウェスタン鉄道の位相分割システムと同様に、機関車に回転位相変換器を使用して単相電源を三相に変換しました。

通常、機関車は車体シャーシ（台車ではない）に1つ、2つ、または4つのモーターを備え、ギアリングは不要でした。誘導モーターは特定の同期速度で動作するように設計されており、下り坂で同期速度を超えて走行すると、電力がシステムにフィードバックされます。ポールチェンジとカスケード（連結）動作により、2つまたは4つの異なる速度が可能になり、始動には抵抗（多くの場合、液体レオスタット）が必要でした。イタリアでは、貨物機関車は25 km/hと50 km/h（16 mphと31 mph）の2つの速度で単純なカスケードを使用していましたが、急行機関車はポールチェンジと組み合わせたカスケードを使用して、37、50、75、100 km/h（23、31、46、62 mph）の4つの速度を実現しました。^[2] 16 で3,000または3,600ボルトを使用することで、+2 ⁄ 3 (16.7) Hz では、オンボードトランスを使用せずにモーターに直接電源を供給することができます。

一般的に、モーターは単一の車軸に電力を供給し、他の車輪はコネクティングロッドによって連結される。誘導モーターは速度の変化に敏感であり、連結されていないモーターが複数の車軸にある場合、摩耗した車輪のモーターはより速く回転するため、ほとんどまたはまったく仕事をしない。^[9]このモーターの特性により、カスケードトンネルで、GN東行きの貨物列車に事故が発生した。この列車には4台の電気機関車が牽引しており、2台は先頭、2台は押していた。2台の押し車が突然電力を失い、列車は徐々に減速して停止したが、先頭の機関士は列車が停止したことに気付かず、トンネルを通過する通常の時間が経過するまでコントローラーを電源位置に保持していた。夜が明けるのを見届けられなかった機関士はついに機関車を停止し、停止していた機関車の車輪がレールウェブの3分の2をすり抜けていることを発見した。^[10]

一般的には、2 本の別々の架空線が使用され、レールは第 3 相用ですが、3 本の架空線が使用されることもあります。ジャンクション、クロスオーバー、交差では、2 本の線路を離して、機関車に連続的に電力を供給する必要があります。機関車は、どこで停止しても 2 本の活線導体が必要です。したがって、架空相ごとに 2 つの集電装置が使用されますが、デッド セクションをブリッジして、1 相のフロント 集電装置から他の相のバック 集電装置への短絡を引き起こす可能性は避ける必要があります。^{[11]第 3 相またはリターンに使用されるレールの抵抗は、「}表皮効果」により、AC の方が DC よりも高くなりますが、使用される低周波数の方が産業周波数よりも低くなります。損失も増加しますが、インピーダンスは主にリアクタンス性であるため、同じ割合ではありません。^[12]

機関車は2本（または3本）の架空導体から電力を受け取る必要がある。イタリア国鉄の初期の機関車は、両方の電線を覆う幅広の弓形集電装置を使用していたが、後の機関車は2本の集電棒を並べた幅広のパンタグラフを使用していた。三相システムでは、2本の電線が架空導体であるため、セクション間の縦方向の隙間が大きくなりやすく、長い集電台が必要となる。イタリアでは、長い弓形集電装置を機関車の端まで伸ばすか、パンタグラフを2つ、できるだけ離して取り付けることでこれを実現した。^[13]

アメリカ合衆国では、トロリーポールが1 対使用されていました。最高速度 15 マイル/時 (24 km/h) で問題なく機能しました。2 導体パンタグラフシステムは、3 相電力を使用し続けている 4 つの山岳鉄道 (ブラジルのリオデジャネイロにあるコルコバード ラック鉄道、スイスのユングフラウ鉄道とゴルナーグラート鉄道、フランスのプチトレインドゥ ラ ルーヌ) で使用されています。

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