複電圧車
国鉄 - 直流1,500 V/600 V(伊豆箱根鉄道乗入対応、ただし主回路はそのままであり、600 V区間では本来の性能は発揮できない) 80系電車 京浜急行電鉄 - 直流1,500 V/600 V 230形 デト20形 1,500 Vの湘南電気鉄道(現在の京急本線黄金町以南など)と600 Vの京浜電気鉄道(同以北など)の直通運転用として複電圧対応となっていた。 和歌山電鐵 - 直流1,500 V/600 V 2270系 南海電気鉄道時代の導入当時600 V電化であった貴志川線から、1,500 V電化の南海本線内での自力回送のために複電圧対応とされている。1,500 V区間では直列段のみを使用して走行する。なお、貴志川線は和歌山電鐵移管後の2012年(平成24年)4月に1,500 Vへの昇圧が行われ、複電圧対応構造を生かして引き続き使用されている。 伊那電気鉄道 - 直流1,500 V(接続他社)/1,200 V(自社) サ100形・110形 電動車に引かれるだけの車両で総括制御にも関与せず、走行そのものに電圧は無関係だったが、異電圧区間では付け替えられた電動車から給電される室内灯の電圧を切り替えることができた。
抵抗制御(界磁チョッパ制御、界磁添加励磁制御も含む)が主流だった時代は、以下の手法がとられた。
主制御器の前段階で抵抗器を回路に組み込んでおき、供給電源の電圧にあわせてこれを短絡させることで主回路に流れる電圧を調整する。
主電動機の直並列を供給電源の電圧に合わせてつなぎ替え、主電動機の端子にかかる電圧を調整する。
前者の手法では、高い電圧の路線では、常に電力の一部を抵抗器で熱に変えてしまっており、運用効率が悪い。後者の手法では、主電動機の直並列切替は元々電気車の制御に用いられる為、それを電圧切替に提供してしまうと、実質的に制御段数が減ることになり、加速時の進段ショックの増大、主電動機の過熱につながる。
電機子チョッパ制御等、半導体による連続制御が可能になると、抵抗や回路のつなぎ替えに頼らず、効率的に対応電圧を切り替えることが可能となった。しかし、大容量の半導体を用いる為、車両が高額になるという欠点があった。
20世紀末以降、VVVFインバータ制御が主流になると、制御器そのものが複数の電圧に対応できるようになり、単一電圧車両とさほど変わらない効率が実現可能になった。