Hệ thống điện khí hóa đường sắt
Điện xoay chiều > Điện xoay chiều tần số thấp

Các động cơ điện một chiều cổ góp, được trang bị các lá cực nhiều lớp, trở thành động cơ vạn năng vì chúng cũng hoạt động được cả với điện xoay chiều; đảo chiều dòng điện trong cả stato và rôto không làm đảo ngược chiều quay động cơ. Tuy nhiên, dòng điện xoay chiều tiêu chuẩn có tần số 50 và 60 Hz gây ra vấn đề khó khăn, mất mát năng lượng do xay ra hiện tượng tự cảm và dòng điện Foucault, do đó nhiều tuyến đường sắt chọn dòng xoay chiều tần số thấp để hạn chế tình trạng này. 
Nó thường được chuyển đổi bằng các thiết bị như máy phát điện động cơ (motor-generator) hoặc biến tần tĩnh (static inverters) tại các trạm phát cung cấp điện cho tuyến đường sắt hoặc từ các traction powerstation.
Việc sản xuất những dòng xoay chiều này về sau trở nên không cần thiết do các chỉnh lưu trên đầu máy công suất cao có thể chuyển đổi điện xoay chiều bất kỳ tần số nào thành điện một chiều: đầu tiên là chỉnh lưu hồ quang thủy ngân (mercury-arc rectifier) và sau này là các chỉnh lưu bán dẫn. Một số tuyến đường sắt dùng điện xoay chiều được chuyển đổi sang dùng tần số điện lưới tiêu chuẩn, nhưng dòng xoay chiều tần số thấp vẫn được sử dụng rộng rãi do chi phí phát sinh đi kèm lớn nếu thay đổi.
5 quốc gia châu Âu là Đức, Áo, Thụy Sĩ, Na Uy và Thụy Điển, cùng nhau chuẩn hóa điện xoay chiều một pha 15 kV 16+2⁄3 Hz. Ngày 16 tháng 10 năm 1995, Đức, Áo và Thụy Sĩ chuyển từ 16+2⁄3 Hz sang 16.7 Hz (changed from 16+2⁄3 Hz to 16.7 Hz) và không còn chính xác bằng một phần ba tần số điện lưới. 
Điều này giải quyết các vấn đề quá nhiệt với bộ chuyển đổi quay được sử dụng để tạo ra một phần năng lượng này từ nguồn cung cấp lưới.
Các hệ thống đường dây trên cao sử dụng điện xoay chiều cao thế không phải là lựa chọn duy nhất cho các hệ thống đường sắt quốc gia sử dụng khổ ray tiêu chuẩn. Công ty đường sắt khổ hẹp Rhaetian Railway (RhB) và Matterhorn Gotthard Bahn (MGB) (đều của Thụy Sĩ) sử dụng điện lưới 11 kV 16.7 Hz. Thực tế đã chức minh rằng cả tàu điện 15 kV của Thụy Sĩ và Đức có thể hoạt động với điện thế thấp hơn. RhB đã bắt đầu thử nghiệm hệ thống điện 11 kV từ năm 1913 trên tuyến Engadin (St. Moritz-Scuol/Tarasp). MGB xây dựng tuyến Furka Oberalp Bahn (FO) và tuyến Brig-Visp-Zermatt Bahn (BVZ) được điện khí hóa vào năm 1941 và 1929.
Ở Hoa Kỳ, 25 Hz là một trong các tần số phổ dụng trong công nghiệp, nó được ứng dụng cho Amtrak's 25 Hz traction power system với điện thế 12 kV trên tuyến Northeast Corridor giữa Washington, D.C. và New York City và trên tuyến Keystone Corridor giữa Harrisburg, Pennsylvania và Philadelphia. SEPTA's 25 Hz traction power system cũng sử dụng điện thế 12 kV bằng hệ thống dây trên cao cho đông bắc Philadelphia. Điều này cho phép các tàu có thể cùng hoạt động trên cả 2 hệ thống Amtrak và SEPTA. Ngoại trừ việc có chung điện thế, hệ thống cấp năng lượng của Amtrak và SEPTA rất khác nhau. Hệ thống Amtrak có một mạng lưới truyền tải 138 kV để cấp năng lượng cho các trạm thứ cấp, nơi sẽ chuyển đổi thành điện 12 kV để cung cấp lên hệ thống dây trên cao. SEPTA sử dụng hệ thống tự chuyển đổi tỉ lệ 2:1, cấp điện cho dây trên cao ở điện áp 12 kV và dòng trở về có điện áp 24 kV. New York, New Haven and Hartford Railroad trước đây sử dụng một hệ thống 11 kV nối New York City và New Haven, Connecticut, được chuyển đổi thành 12.5 kV 60 Hz sau này vào năm 1987.
Ở Liên hiệp Anh, London, Brighton and South Coast Railway tiên phong trong việc điện khí hóa trên các tuyến ngoại ô London, từ London Bridge tới Victoria được khai thác vào ngày 1 tháng 12 năm 1909. Từ Victoria tới Crystal Palace thông qua Balham và West Norwood được mở vào tháng 5, 1911. Peckham Rye tới West Norwood được mở vào tháng 6, 1912. Phần mở rộng không được tiến hành do xảy ra Chiến tranh thế giới thứ nhất. Hai tuyến được mở và năm 1925 bởi Southern Railway qua Coulsdon North và Sutton railway station. Tuyến này được điện khí hóa 6.7 kV 25 Hz, và được thông báo vào năm 1926 rằng tất cả các tuyến đã được chuyển đổi thành điện một chiều ray thứ ba và hệ thống dây trên cao cuối cùng sẽ vào tháng 9, 1929.