Lokomotif listrik

Lokomotif listrik adalah lokomotif yang ditenagai oleh listrik dari jalur kabel listrik aliran atas, rel ketiga atau penyimpanan energi terpasang pada sarana seperti baterai atau superkapasitor.
Lokomotif listrik dengan penggerak utama terpasang pada sarana, dengan bahan bakar seperti mesin diesel atau turbin gas, digolongkan sebagai diesel-elektrik atau turbin gas-elektrik dan bukan sebagai lokomotif listrik, karena kombinasi generator/motor listrik hanya berfungsi sebagai sistem transmisi daya .
Lokomotif listrik memberikan manfaat dari efisiensi motor listrik, seringkali di atas 90% (tidak termasuk kurang efisiensi menghasilkan listrik). Efisiensi juga dapat diperoleh dari pengabaran regeneratif, yang memungkinkan energi kinetik untuk dipulihkan selama pengereman untuk mengembalikan daya pada kabel. Lokomotif listrik yang lebih baru menggunakan sistem penggerak inverter AC yang menyediakan pengereman regeneratif. Lokomotif listrik lebih tenang dibandingkan dengan lokomotif diesel karena tidak ada suara mesin dan knalpot serta kebisingan mekanis yang lebih sedikit. Kapasitas daya pembangkit listrik jauh lebih besar daripada daya lokomotif individu, sehingga lokomotif listrik dapat memiliki keluaran daya yang lebih tinggi daripada lokomotif diesel dan membuatnya dapat segera dipercepat saat berjalan. Lokomotif listrik ideal bagi layanan kereta komuter yang sering berhenti. Lokomotif listrik digunakan pada rute pengiriman dengan volume lalu lintas tinggi secara konsisten, atau di daerah dengan jaringan kereta api canggih. Pembangkit listrik, bahkan jika mereka membakar bahan bakar fosil, jauh lebih bersih daripada sumber-sumber bergerak seperti mesin lokomotif. Tenaga tersebut juga dapat berasal dari sumber terbarukan, termasuk tenaga panas bumi, tenaga air, tenaga nuklir, tenaga surya, dan turbin angin.
Kelemahan utama dari elektrifikasi adalah biaya tinggi untuk infrastruktur: listrik aliran atas (LAA) atau rel ketiga, gardu induk, dan sistem kontrol. Kebijakan publik di AS yang mengganggu elektrifikasi lintas seperti pajak yang lebih tinggi dikenakan pada fasilitas kereta api swasta jika dielektrifikasi. EPA mengatur emisi gas buang pada lokomotif dan kapal laut, mirip dengan peraturan tentang emisi mobil & truk angkutan, untuk membatasi jumlah karbon monoksida, hidrokarbon yang tidak terbakar, oksida nitrat, dan jelaga dari sumber energi geraknya. Karena infrastruktur kereta api dimiliki secara swasta di AS, perusahaan kereta api tidak mau melakukan investasi yang diperlukan untuk elektrifikasi. Di Eropa dan di tempat lain, jaringan kereta api dianggap sebagai bagian dari infrastruktur transportasi nasional, seperti jalan, jalan raya, dan saluran air, sehingga banyak yang dibiayai oleh negara. Operator sarana membayar biaya penggunaan prasarana. Hal ini memerlukan investasi besar untuk elektrifikasi yang menguntungkan secara teknis dan, dalam jangka panjang, juga ekonomis.

Arus searah

Lokomotif listrik pertama yang diketahui diproduksi pada tahun 1837 oleh kimiawan Robert Davidson dari Aberdeen, dan ditenagai oleh sel-sel galvanik (baterai/aki). Davidson kemudian membangun lokomotif yang lebih besar bernama Galvani, dipamerkan di Pameran Masyarakat Seni Kerajaan Skotlandia (Royal Scottish Society of Arts) pada tahun 1841. Kendaraan tujuh ton ini memiliki dua motor penggerak digerakkan langsung, dengan elektromagnet permanen bekerja pada batang besi yang terpasang pada silinder kayu di setiap poros, dan komutator sederhana. Lokomotif ini sanggup menghela beban enam ton dengan kecepatan empat mil per jam (6 kilometer per jam) untuk jarak 1 ¹⁄₂ mil (2,4 kilometer) . Lokomotif itu diuji di Edinburgh dan Glasgow Railway pada bulan September tahun berikutnya, tetapi daya yang terbatas dari baterai mencegah penggunaannya secara umum. Lokomotif ini dirucat oleh pekerja kereta api, yang melihatnya sebagai ancaman bagi keamanan pekerjaan mereka.
Kereta rel listrik penumpang pertama diciptakan oleh Werner von Siemens di Berlin pada tahun 1879. Lokomotif itu digerakkan oleh motor series-wound 2,2 kW. Rangkaian KRL tersebut terdiri dari lokomotif dan tiga kereta penumpang dan menjangkau kecepatan 13 km/jam. Selama empat bulan, kereta ini membawa 90.000 penumpang di jalur melingkar sepanjang 300 meter (984 kaki). Listrik 150 V DC dipasok melalui rel ketiga terisolasi di antara trek. Rol kontak digunakan untuk menghantarkan arus listrik. Jalur trem listrik pertama di dunia dibuka di Lichterfelde dekat Berlin, Jerman, pada tahun 1881, dibangun oleh Werner von Siemens. Kereta Listrik Volk (Volk's Electric Railway) dibuka pada 1883 di Brighton. Juga pada tahun 1883, jalur trem Mödling dan Hinterbrühl dibuka di dekat Wina di Austria. Jalur ini adalah yang pertama di dunia dalam layanan reguler yang ditenagai dari kabel LAA. Lima tahun kemudian, jalur trem troli listrik AS dipelopori pada 1888 di Richmond Union Passenger Railway, menggunakan peralatan yang dirancang oleh Frank J. Sprague. 
Banyak perkembangan awal penggerak listrik didorong oleh meningkatnya penggunaan terowongan, khususnya di daerah perkotaan. Asap dari lokomotif uap sangat berbahaya bagi lingkungan dan pemerintah kota semakin cenderung untuk melarang penggunaannya menurut batas yang ditetapkan. Jalur bawah tanah pertama yang dibangun dengan elektrifikasi adalah City and South London Railway, diilhami oleh klausul dalam tindakan yang memungkinkannya melarang penggunaan tenaga uap. Dibuka pada tahun 1890, menggunakan lokomotif listrik yang dibuat oleh Mather dan Platt. Listrik dengan cepat menjadi tenaga pilihan untuk kereta bawah tanah, mengikuti penemuan sistem kerja multiple-unit oleh Sprague pada tahun 1897. Angkutan cepat baik permukaan maupun layang umumnya tetap menggunakan uap sampai dipaksa untuk diubah sesuai peraturan.
Penggunaan elektrifikasi pertama pada lintas utama adalah pada jalur empat mil dari Baltimore Belt Line dari Baltimore and Ohio Railroad (B&O) pada tahun 1895 yang menghubungkan bagian utama B&O ke jalur baru ke New York melalui serangkaian terowongan di sekitar tepi pusat kota Baltimore. Rel paralel di Pennsylvania Railroad telah menunjukkan bahwa asap batu bara dari lokomotif uap akan menjadi masalah operasi utama dan gangguan publik. Tiga kereta bergandar Bo+Bo pada awalnya digunakan, dijalankan di ujung selatan dari bagian yang dielektrifikasi; ketiganya dirangkai pada lokomotif dan menariknya melalui terowongan. Jalur kereta api di pintu gerbang New York City membutuhkan terowongan yang sama dan masalah asap sangat akut di sana. Tabrakan kereta api di terowongan Park Avenue pada tahun 1902 menyebabkan badan legislatif Negara Bagian New York melarang penggunaan lokomotif pembuat asap di selatan Sungai Harlem setelah 1 Juli 1908. Untuk menjawab tantangan tersebut, lokomotif listrik mulai beroperasi pada tahun 1904 di New York Central Railroad. Pada 1930-an, Pennsylvania Railroad, yang telah memperkenalkan lokomotif listrik karena peraturan NYC, mengelektrifikasi seluruh wilayahnya di timur Harrisburg, Pennsylvania.
Chicago, Milwaukee, St. Paul and Pacific Railroad, jalur lintas benua terakhir yang dibangun, mengelektrifikasi jalurnya melintasi Pegunungan Rocky dan ke Samudra Pasifik mulai tahun 1915. Beberapa jalur Pantai Timur, terutama Virginian Railway dan Norfolk and Western Railway, mengelektrifikasi sebagian dari jalur gunungnya. Namun, pada waktu itu elektrifikasi di Amerika Serikat lebih terkait dengan lalu lintas perkotaan yang padat dan penggunaan lokomotif listrik menurun dalam menghadapi dieselisasi. Diesel justru berbagi keuntungan dengan lokomotif listrik dibandingkan dengan uap, namun biaya yang mahal dalam membangun dan memelihara infrastruktur rel listrik, menghambat elektrifikasi baru dan menyebabkan penghapusan sebagian besar elektrifikasi jalur utama di luar Northeast. Kecuali untuk beberapa sistem terpisah (misalnya Black Mesa and Lake Powell), hingga tahun 2000 elektrifikasi dilakukan terbatas pada Northeast Corridor dan beberapa layanan komuter; meski pada saat itu, layanan pengangkutan barang ditangani oleh diesel. Pembangunan berlanjut di Eropa yang elektrifikasinya sangat luas. Tegangan 1.500 V DC masih digunakan pada beberapa jalur di dekat Perancis dan 25 kV 50 Hz digunakan oleh kereta berkecepatan tinggi.

Arus bolak-balik

Lokomotif listrik AC praktis pertama dirancang oleh Charles Brown, yang kelak bekerja di Oerlikon, Zürich. Pada tahun 1891, Brown telah menunjukkan transmisi daya jarak jauh, menggunakan AC tiga fase, antara pembangkit listrik tenaga air di Lauffen am Neckar dan Frankfurt am Main West, sejauh 280 km. Dengan menggunakan pengalaman yang diperolehnya ketika bekerja di Jean Heilmann pada desain lokomotif uap-elektrik, Brown mengamati bahwa motor tiga fase memiliki rasio daya-ke-berat yang lebih tinggi daripada motor DC dan, karena tidak adanya komutator, lebih mudah dibuat dan dirawat. Namun, lokomotif itu jauh lebih besar daripada motor DC pada waktu itu dan tidak dapat dipasang di bogies di bawah lantai: mereka hanya bisa dipasang dalam badan lokomotif. 
Pada tahun 1894, insinyur Hongaria Kálmán Kandó mengembangkan motor penggerak listrik asinkronik 3-fase tipe baru dan generator untuk lokomotif listrik. Desain awal 1894 Kandó pertama kali diterapkan dalam jalur trem arus searah tiga fase pendek di Évian-les-Bains (Prancis), yang dibangun antara tahun 1896 dan 1898.
Pada tahun 1918, Kandó menciptakan dan mengembangkan konverter fase putar, memungkinkan lokomotif listrik untuk menggunakan motor tiga fase yang listriknya dipasok melalui kabel LAA tunggal, dengan frekuensi industri sederhana (50 Hz) AC fase tunggal dari jaringan nasional tegangan tinggi.
Pada tahun 1896, Oerlikon memasang contoh komersial pertama dari sistem di Jalur Trem Lugano. Setiap lokomotif 30 ton memiliki dua motor 110 kW (150 hp), dijalankan dengan tegangan 750 V 40 Hz 3 fase, dan dipasok dari LAA ganda. Motor tiga fase ini berjalan dengan kecepatan konstan dan memberikan pengereman regeneratif, dan sangat cocok untuk petak jalan yang curam, dan lokomotif tiga fase jalur utama pertama dipasok oleh Brown (saat itu dalam kemitraan dengan Walter Boveri) pada tahun 1899 pada jalur Burgdorf—Thun sejauh 40 km, Swiss. Implementasi pertama pasokan frekuensi industri fase tunggal AC untuk lokomotif berasal dari Oerlikon pada tahun 1901, menggunakan desain Hans Behn-Eschenburg dan Emil Huber-Stockar; pemasangan pada jalur Seebach-Wettingen dari Kereta Api Federal Swiss selesai pada tahun 1904. Lokomotif dengan tegangan 15 kV, 50 Hz berdaya 345 kW (460 hp) dan seberat 48 ton menggunakan transformator (trafo) dan konverter putar untuk menyalakan motor traksi DC. 
Kereta api Italia adalah yang pertama di dunia yang memperkenalkan traksi listrik untuk seluruh lintas utama, bukan hanya pada jarak pendek. Jalur Valtellina sejauh 106   km dibuka pada 4 September 1902, dirancang oleh Kandó dan tim pekerja Ganz.  Sistem kelistrikan yang digunakan di jalur itu adalah tiga fase dengan tegangan 3   kV 15   Hz. Tegangan secara signifikan lebih tinggi daripada yang digunakan sebelumnya dan diperlukan desain baru untuk motor listrik dan peralatan langsiran. Sistem dua kabel tiga fase digunakan pada beberapa jalur kereta api di Italia Utara dan dikenal sebagai "sistem Italia". Kandó diundang pada tahun 1905 untuk turut memanajemen Società Italiana Westinghouse dan memimpin pengembangan beberapa lokomotif listrik Italia.  Selama periode elektrifikasi kereta api Italia, pengujian sarana telah dilakukan untuk jenis daya yang digunakan: di beberapa bagian ada catu daya tiga fase 3.600 V ​16 ²⁄₃ Hz, sisanya 1.500 V DC, 3   kV DC, dan 10 kV AC 45 Hz. Setelah Perang Dunia II, tegangan 3 kV DC dipilih untuk seluruh sistem kereta api Italia. 
Pengembangan selanjutnya dari Kandó, yang juga merupakan kerja sama Ganz Works dan Societa Italiana Westinghouse, adalah konverter elektro-mekanis, memungkinkan penggunaan motor tiga fase dari AC satu fase, menghilangkan kebutuhan untuk dua kabel LAA. Pada tahun 1923, lokomotif konverter-fase pertama di Hongaria dibangun berdasarkan desain Kandó dan produksi massal dimulai segera setelahnya. Instalasi pertama, dengan tegangan 16 kV 50 Hz, dilakukan pada tahun 1932 pada bagian dari Kereta Api Negara Hongaria antara Budapest dan Komárom sejauh 56 km. Ini terbukti berhasil dan elektrifikasi diperluas ke Hegyeshalom pada tahun 1934. 
Di Eropa, proyek elektrifikasi pada awalnya berfokus pada daerah pegunungan karena beberapa alasan: pasokan batu bara sulit, pembangkit listrik tenaga air sudah tersedia, dan lokomotif listrik memberi daya tarik lebih besar pada jalur yang lebih curam. Ini terutama berlaku di Swiss, yang semuanya dielektrifikasi. Kontribusi penting terhadap adopsi daya tarik AC yang lebih luas datang dari SNCF Prancis setelah Perang Dunia II. Perusahaan ini telah menguji coba jalur AC frekuensi industri yang melalui Lembah Höllental, Jerman yang curam, yang berada di bawah pemerintahan Prancis setelah perang. Setelah uji coba, perusahaan memutuskan bahwa kinerja lokomotif AC cukup memuaskan, terlepas dari medan, serta menjadi standar, dengan infrastruktur terkait yang lebih murah dan lebih efisien. Keputusan SNCF, dengan mengabaikan seperti yang dilakukan pada jalur DC tegangan tinggi sejauh 2000 mil (3200 km) yang sudah dipasang pada jalur-jalur Prancis, berpengaruh dalam standar yang dipilih untuk negara-negara lain di Eropa. 
Tahun 1960-an terlihat bahwa telah banyak elektrifikasi di jalur utama Eropa. Teknologi lokomotif listrik Eropa terus meningkat sejak tahun 1920-an dan seterusnya. Sebagai perbandingan, lokomotif EP-2 Milwaukee Road (1918) memiliki berat 240 ton, dengan daya mesin 3.330 kW dan kecepatan maksimum 112 km/jam; namun pada 1935, lokomotif E18 memiliki daya mesin 2.800 kW, tetapi beratnya hanya 108 ton dan memiliki kecepatan maksimum 150 km/jam. Pada 29 Maret 1955, lokomotif Prancis CC 7107 mencapai 331   km / jam. Pada tahun 1960 lokomotif SJ Dm 3 di Swedish Railways menghasilkan rekor 7.200   kW. Lokomotif yang mampu melayani penumpang komersial secepat 200   km/jam muncul di Jerman dan Prancis pada periode yang sama.Perbaikan lebih lanjut dihasilkan dari pengenalan sistem kontrol elektronik, yang memungkinkan penggunaan motor yang semakin ringan dan lebih kuat yang dapat dipasang di dalam bogie (standardisasi sejak 1990-an dan seterusnya pada motor tiga fase asinkron, dialirkan melalui inverter GTO).
Pada 1980-an, pengembangan layanan berkecepatan sangat tinggi membawa elektrifikasi lebih lanjut. Shinkansen Jepang dan TGV Prancis adalah sistem pertama yang dibangun jalur berkecepatan tinggi dari awal. Program serupa dilakukan di Italia, Jerman, dan Spanyol; di Amerika Serikat, satu-satunya layanan lintas utama baru adalah perluasan elektrifikasi terhadap Northeast Corridor dari New Haven, Connecticut, ke Boston, Massachusetts, meskipun sistem kereta api listrik baru terus dibangun.
Pada 2 September 2006, lokomotif listrik produksi standar Siemens tipe Eurosprinter tipe ES64-U4 (ÖBB 1216) mencapai kecepatan 357 km/h (222 mph), rekor untuk kereta yang diangkut lokomotif, di jalur baru antara Ingolstadt dan Nuremberg. Lokomotif ini sekarang digunakan tanpa dimodifikasi besar-besaran oleh ÖBB untuk menarik KA Railjet yang kecepatannya terbatas pada kecepatan tertinggi 230 km/jam karena masalah ekonomi dan infrastruktur.

Arus searah dan bolak-balik

Perbedaan paling mendasar terletak pada pilihan AC atau DC. Sistem awal menggunakan DC, karena AC belum benar-benar dipahami dan bahan isolasi untuk saluran tegangan tinggi tidak tersedia. Lokomotif DC biasanya beroperasi pada tegangan yang relatif rendah (600 hingga 3.000 volt); karena itu peralatannya relatif masif karena arus yang terlibat besar untuk mengirimkan daya yang cukup. Daya harus dipasok pada interval yang sering karena arus tinggi mengakibatkan kerugian sistem transmisi yang besar.
Ketika motor AC dikembangkan, lokomotif tersebut menjadi tipe yang dominan, terutama pada rute yang lebih panjang. Tegangan tinggi (puluhan ribu volt) digunakan karena ini memungkinkan penggunaan arus rendah; kerugian transmisi sebanding dengan kuadrat arus (mis. dua kali arus berarti empat kali kerugian). Dengan demikian, daya tinggi dapat dialirkan sejauh-jauhnya dengan kabel yang lebih ringan dan lebih murah. Trafo di lokomotif mengubah daya menjadi tegangan rendah dan arus tinggi untuk menggerakkan motor.  Sistem ini tidak dapat digunakan dengan lokomotif arus searah karena tidak ada cara untuk melakukan transformasi tegangan/arus untuk DC seefisien yang dicapai oleh transformator AC (trafo hanya beroperasi pada arus AC).
Traksi AC kadang-kadang masih menggunakan kabel LAA ganda, bukan kabel fase-tunggal. Arus tiga fasa yang dihasilkan akan menggerakkan motor induksi, yang tidak memerlukan komutator sensitif dan memungkinkan realisasi abar regeneratif yang lebih pakem. Kecepatan dikontrol dengan mengubah jumlah pasangan kutub di sirkuit stator, dengan percepatan dikendalikan dengan mengalihkan resistor tambahan masuk atau keluar, dari rangkaian rotor. Kabel dua-fase cukup rumit di dekat wesel, yang fase-fase tersebut harus saling bersilangan. Sistem ini banyak digunakan di Italia utara hingga tahun 1976 dan masih digunakan pada beberapa rel kereta api Swiss. Kelayakan sederhana rem listrik mekanisme-tak-boleh-gagal (failsafe) memberi keuntungan dari sistem, namun memberi kerugian pada kontrol kecepatan dan jalur dua fase tersebut.
Lokomotif penyearah, yang menggunakan transmisi daya AC dan motor DC, adalah umum, meskipun komutator DC memiliki masalah saat dinyalakan dan bila berjalan pada kecepatan rendah. Lokomotif listrik canggih saat ini menggunakan motor induksi AC tiga fase tanpa sikat. Mesin polyphase ini ditenagai dari inverter berbasis GTO, IGCT, atau IGBT. Biaya perangkat elektronik di lokomotif modern dapat mencapai 50% dari harga kendaraan.
Traksi listrik memungkinkan penggunaan pengereman regeneratif, yang motornya sendiri dapat bertindak sebagai rem dan menjadi generator yang mengubah gerakan kereta menjadi tenaga listrik yang kemudian diumpankan kembali ke jalur. Sistem ini sangat menguntungkan dalam operasi pegunungan, karena saat kereta melewati turunan dapat menghasilkan sebagian besar daya yang dibutuhkan bila kereta menanjak lagi. Sebagian besar sistem memiliki tegangan karakteristik dan, bila AC, frekuensi sistem. Banyak lokomotif telah dilengkapi untuk beroperasi di banyak jenis tegangan dan frekuensi ketika sistem tumpang tindih atau ditingkatkan. Lokomotif FL9 Amerika dilengkapi untuk menangani daya dari dua sistem listrik yang berbeda dan juga dapat beroperasi sebagai diesel-listrik.
Meski saat ini sebagian besar sistem elektrifikasi beroperasi pada AC, banyak sistem DC masih digunakan - misalnya, di Afrika Selatan dan Inggris (750 V dan 1.500 V); Belanda, Jepang, Irlandia (1.500 V); Slovenia, Belgia, Italia, Polandia, Rusia, Spanyol (3.000 V) dan Washington DC (750 V).

Transmisi daya

Rangkaian listrik memerlukan dua hubungan (atau untuk AC tiga fase, tiga hubungan). Dari awal, rel digunakan untuk satu sisi rangkaian. Tidak seperti model kereta api, yang jalurnya biasanya hanya memasok listrik dari satu sisi, sisi lain dari sirkuit disediakan secara terpisah.

Rel ketiga

Elektrifikasi Kereta Api Baltimore dan Ohio yang asli menggunakan sepatu luncur di kabel LAA, sistem yang dengan cepat ditemukan tidak memuaskan. Itu digantikan oleh rel ketiga, yang sepatu kontaknya melewati bawah atau di atas rel yang lebih kecil sejajar dengan sepur utama, di atas permukaan tanah. Ada beberapa sepatu kontak di kedua sisi lokomotif untuk jaga-jaga apabila jalurnya menjalani perawatan. Sistem ini lebih disukai di kereta bawah tanah karena ruang bebas yang lebih sempit.

Roda penggerak

Telah dikembangkan banyak sekali sistem penggerak yang dirancang untuk memasangkan keluaran dari motor traksi ke roda. Lokomotif awal sering menggunakan batang penggerak (jackshaft). Dalam pengaturan ini, motor traksi dipasang di dalam badan lokomotif dan menggerakkan poros batang penggerak melalui serangkaian roda gigi. Sistem ini digunakan karena motor traksi pertama terlalu besar dan berat untuk dipasang langsung pada gandar. Karena banyaknya komponen mekanis yang ada, pemeliharaan sering diperlukan. Penggerak ini ditinggalkan untuk semua lokomotif kecuali pada lori dengan motor yang lebih kecil.
Beberapa sistem lain dirancang sebagai lokomotif listrik semakin maju. Penggerak Buchli adalah sistem sepenuhnya dipasang pada pegas lokomotif, yang berat motor penggeraknya benar-benar terpisah dari roda penggerak. Pertama kali digunakan di lokomotif listrik dari tahun 1920-an, penggerak Buchli terutama digunakan oleh SNCF Prancis dan Kereta Api Federal Swiss. Penggerak batang gandar (quill drive) juga dikembangkan pada saat yang bersamaan dan memasang motor traksi di atas atau ke sisi gandar dan disambungkan ke poros melalui batang gandar berlubang (quill) yang terhubung secara fleksibel ke poros penggerak. Lokomotif Pennsylvania Railroad GG1 menggunakan penggerak batang gandar. Lagi-lagi, ketika motor traksi terus menyusut dalam ukuran dan berat, penggerak batang gandar juga akhirnya ditinggalkan
Penggerak lain adalah sistem "bi-polar", yang batang putar dinamo motornya adalah gandarnya sendiri, sedangkan rangka dan motor-motor traksinya dipasang pada bogie dalam posisi tetap. Motor itu memiliki medan dwikutub, yang memungkinkan gerakan vertikal batang putar dalam jumlah terbatas. Sistem ini memiliki sangat tidak menguntungkan karena keluaran daya motornya terbatas. Lokomotif EP-2 yang digunakan oleh Milwaukee Road mencoba mengatasi permasalahan ini dengan menggunakan banyak sekali gandar berpenggerak.
Lokomotif listrik modern, seperti saudaranya diesel-elektrik, hampir secara universal menggunakan motor traksi terpasang pada gandar, dengan satu motor untuk setiap gandar penggerak. Dalam pengaturan ini, satu sisi kotak motor dipasang pada rangka sisi bawah menghadap tanah dan gandar dipasang pada periuk gandar. Sisi lain dari kotak motor memiliki tonjolan berbentuk lidah yang dipasang pada tumpuan bogie, tujuannya adalah untuk bertindak sebagai meminimalkan pengaruh torsi, serta sebagai penyokong. Transfer daya dari motor ke gandar dipengaruhi oleh roda gigi, yang terdiri atas roda gigi pinion (gigi kecil) pada motor terhubung dengan bullgear (gigi besar) pada gandar. Keduanya selalu diberi oli. Jenis layanan yang dikehendaki menentukan rasio roda gigi yang digunakan. Rasio numerik yang tinggi biasanya ditemukan pada lokomotif barang, sedangkan rasio numerik yang rendah merupakan ciri khas lokomotif penumpang.

Susunan roda

Sistem notasi Whyte untuk mengklasifikasikan lokomotif uap tidak memadai untuk menggambarkan berbagai pengaturan lokomotif listrik, meskipun Pennsylvania Railroad menerapkan kelas pada lokomotif listriknya seolah-olah lokomotif uap. Sebagai contoh, PRR GG1 menunjukkan bahwa itu diatur seperti dua lokomotif kelas G dengan notasi 4-6-0 yang digabungkan secara berurutan .
Sistem klasifikasi UIC biasanya digunakan untuk lokomotif listrik, karena dapat digunakan pada pengaturan yang lebih kompleks pada gandar penggerak dan tidak berpenggerak dan dapat membedakan antara sistem penggerak berpasangan dan tidak berpasangan.

Lokomotif baterai

Lokomotif baterai-listrik (atau lokomotif baterai/aki) ditenagai oleh baterai yang dipasang pada sarana; mirip aki mobil
Lokomotif semacam itu digunakan bila lokomotif diesel atau listrik konvensional tidak cocok. Penggunaan lain untuk lokomotif baterai adalah di kawasan industri tempat lokomotif bertenaga pembakaran (yaitu bertenaga uap atau diesel) dapat menyebabkan masalah keamanan karena risiko kebakaran, ledakan, atau asap di ruang terbatas. Lokomotif baterai lebih disukai untuk tambang tempat gas dapat dinyalakan oleh tiang troli, atau bila hambatan listrik dapat bertambah saat listrik mengalir terutama pada sambungan rel, dan dapat menyebabkan korsleting listrik yang berbahaya ke dalam tanah. Kereta tambang sering menggunakan lokomotif baterai.
Lokomotif listrik pertama yang dibangun pada tahun 1837 adalah lokomotif baterai, dibangun oleh kimiawan Robert Davidson dari Aberdeen, dan itu didukung oleh sel-sel galvanik (baterai). Contoh awal lainnya adalah di Tambang Tembaga Kennecott, Latouche, Alaska yang pada tahun 1917 jalur pengangkutan bawah tanah diperlebar untuk memungkinkan bekerja dengan dua lokomotif baterai seberat 4 ¹⁄₂ ton pendek (4,0 ton panjang; 4,1 t).  Pada tahun 1928, Kennecott Copper memesan empat lokomotif listrik seri-700 dengan baterai terpasang. Lokomotif ini beratnya 85 ton pendek (76 ton panjang; 77 t) dan dioperasikan pada kabel LAA troli 750 volt dengan jarak jangkau lebih jauh bila menggunakan baterai.  Lokomotif ini melayani selama beberapa dasawarsa menggunakan teknologi baterai Ni-Fe (Edison). Baterai diganti dengan baterai timbal-asam, dan lokomotifnya dipensiunkan tak lama kemudian. Keempat lokomotif dikirim ke museum, tetapi satu dibatalkan. Yang lain dapat dilihat di Boone dan Scenic Valley Railroad, Iowa, dan di Museum Kereta Api Barat di Rio Vista, California.
Dahulu, Komisi Transit Toronto pernah mengoperasikan lokomotif listrik baterai yang diproduksi oleh Nippon-Sharyo pada tahun 1968 dan pensiun pada tahun 2009. 
London Underground secara teratur mengoperasikan lokomotif baterai-listrik untuk pekerjaan pemeliharaan prasarana.