日本の電車史
路面電車が全国で広がると、今度はそれまで蒸気機関車を用いていた路線でも、駅間距離の短い市街地付近などを中心に電車を導入しようという考えが広まっていく。1904年8月に中央本線の前身である甲武鉄道において、蒸気機関車との併用であるが、初めて鉄道路線(路面電車は軌道)で電車の使用が開始された。これは市街区間において、並行して走る路面電車に乗客を奪われるようになっていたため、対策として考え出されたものであった。またこのとき用いられた電車は全長33ft(約10m)の2軸車でトロリーポールを前後につけた形態で当時の路面電車と見た目はさほど変わらないものの、それまでの車両の多くが、複数車両を連結した際に車両ごとに運転士を乗せる必要があったところ(直接制御)、一つの運転台で複数の車両制御ができる総括制御を採用し、後方の車両にもブレーキを作動させられる空気ブレーキを装備するなど、付随車を付けていても終端駅で迅速な折り返し運転ができるような仕組みがあり。これは合理化のみならず電車の長編成化を可能にさせることにも貢献し、以後の電車の主流となっていった。なお、甲武鉄道は1906年に鉄道国有法に基づいて国家買収されたため、甲武鉄道の電車運転を開始した区間は官営鉄道初の電車(後の国電)にもなった。
まず大正3年には、それまで低圧の600V直流電源を用いていた(用いないといけなかった)電化方式に対して、京浜線(現在の京浜東北線)の電車運転開始に際し輸送量増加に伴う電圧降下防止に昇圧されることになり、当時の技術などを考慮した結果1200V(ちょうど2倍の電圧なので電動機の直列並列を切り替えれば従来の600V区間との直通もできた)が使用され、その後技術向上もあってさらに電圧をあげられるようになり、1922年に出された東海道本線の全線1500V電化の計画に先立って試験を行い、その結果を私鉄にも公開したところ、同年の大阪鉄道が私鉄で初めて1500V直流電源を採用(河内長野-布忍間)し、東海道線電化以後開業の私鉄は基本的に1500Vを採用するようになり、官営鉄道も京浜線・中央線・山手線を1931年までに1500Vに昇圧した。
こうした電気を流す機構も、明治時代には地面に逃がした電気が水道管を電食したり電信電話に悪影響を及ぼすと1899年に内務省より「市街地の電気鉄道は架空複線式」と命令が出たような障害もあったが、その後技術が進みそうした問題がなくなったので大正期には構造が簡単で運転保安上も有利な架空単線式が主流になり、集電装置自体もトロリーポールから高速運転に適したパンタグラフへ移行していき、官営鉄道では大正3年(京浜線・デハ6340形)、私鉄も1924年に南海鉄道がパンタグラフを採用し始め広まった。 電気関係では他にも1924年の東武鉄道デハ1形から「電動発電機」が採用され るようになり、1926年の京成電気軌道100形は後の電車用制御装置の代名詞となる電動カム軸式制御装置(デッカー社の図面をもとに東洋電機で制作)が採用されるようになるなど、技術の変化が見られた。
また、連結器に関しても電車は他の車両と併結しないことが多く電車同士で統一すればいいため、官営鉄道でも1925年の自動連結器一斉交換に先駆けて電車はねじ式連結器を早いうちから交換を始め大正11年(1922)には完了、私鉄でも阪神急行電鉄が同年に神戸・宝塚線で連結運転を行うため自動連結器に換装した。
世界的には多くの国が、路面電車や地下鉄などの都市内鉄道を除き、旅客列車・貨物列車ともに、動力集中方式と呼ばれる、機関車と客車や貨車によって構成された動力機関を一箇所にまとめた方式の列車を運行している。これに対し近年の日本は旅客列車において動力分散方式と呼ばれる、電車・気動車などといった動力装置を編成中の複数車両に分散させた形態の列車が主流になっている、世界的に見ても稀有な国で、電車大国と呼ばれることがある(日本以外の鉄道で、動力分散方式が主流になっている国にイタリアがある)。
日本で動力分散方式が発展した背景には、以下のような要因があったとされる。
運転密度を高くすることが求められ、都市部で駅を拡張しようにも土地の入手が困難なことから、折り返し時に機関車を前後に付け替えるために必要な機回し線などの用地が不要となり、入換えの手間がかからない、運転台が列車編成の両端についた電車や気動車が必要となった。また、すでに自動連結器化がされていたため、ヨーロッパなどで普及している動力集中方式での推進運転(プッシュプル)には適さなかった。
地盤が弱く軌道の負担力が小さいため、重量の重い機関車方式を使った列車の高速化や輸送力向上が難しかった。
駅間距離が短い区間が多く、曲線・勾配による速度制限区間も多いため、客車列車よりも加減速性能に優れた電車・気動車列車の方が好まれた。
電車は運用形態から、旧来車両との互換性を無視して編成単位でシステムチェンジがしやすいため、高性能化などの技術革新を採り入れやすい(実際には総括制御である事から制御信号読替装置・ブレーキ指令切替装置による異システム間の連結も割合たやすく、多くの大手私鉄に見られる)。