Lokomotif listrik
Sejarah > 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 Hungaria 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 ⅔ 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 Hungaria 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 Hungaria 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 2.000 mil (3.200 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.