La tracción eléctrica ferroviaria describe los distintos tipos de locomotoras y unidades múltiples que se utilizan en los sistemas de electrificación de todo el mundo.
La electrificación ferroviaria como medio de tracción surgió a finales del siglo XIX, aunque los experimentos con rieles eléctricos se remontan a mediados del siglo XIX. [1] Thomas Davenport , en Brandon, Vermont , erigió un modelo de ferrocarril circular en el que circulaban locomotoras alimentadas por batería (o locomotoras que funcionaban sobre rieles alimentados por batería) en 1834. [1] Robert Davidson , de Aberdeen , Escocia, creó una locomotora eléctrica en 1839 y la hizo funcionar en el ferrocarril Edimburgo-Glasgow a 4 millas por hora. [1] Las primeras locomotoras eléctricas tendían a funcionar con baterías. [1] En 1880, Thomas Edison construyó un pequeño ferrocarril eléctrico, utilizando un dinamo como motor y los rieles como medio de transporte de corriente. La corriente eléctrica fluía a través del borde metálico de ruedas que de otro modo serían de madera, y era recogida por escobillas de contacto. [1]
La tracción eléctrica ofrecía varias ventajas con respecto a la tracción a vapor , que predominaba en aquel momento, en particular en lo que respecta a su rápida aceleración (ideal para servicios urbanos (metro) y suburbanos (de cercanías)) y potencia (ideal para trenes de carga pesados en tramos montañosos o accidentados). En los primeros veinte años del siglo XX surgieron una gran cantidad de sistemas.
Las unidades de tracción de corriente continua (CC) utilizan corriente extraída de un tercer riel , cuarto riel , suministro eléctrico a nivel del suelo o una línea aérea . El voltaje de CA se convierte en voltaje de CC mediante un rectificador .
Las unidades de tracción de corriente alterna (CA) incorporan un inversor y producen una potencia de tracción variable en función de la frecuencia de la corriente CA. Se encuentran en la mayoría de los vehículos modernos para lograr un menor coste de mantenimiento y una escalabilidad más sencilla en comparación con las unidades de CC.
Debido a la variedad de sistemas de electrificación ferroviaria, que pueden variar incluso dentro de un mismo país, los trenes a menudo tienen que pasar de un sistema a otro. Una forma de lograrlo es cambiando las locomotoras en las estaciones de conmutación. Estas estaciones tienen cables aéreos que pueden cambiar de un voltaje a otro, de modo que el tren llega con una locomotora y luego sale con otra. Las estaciones de conmutación tienen componentes muy sofisticados y son muy caras.
Una estación de maniobras menos costosa puede tener sistemas de electrificación diferentes en ambas salidas sin cables conmutables. En lugar de eso, el voltaje en los cables cambia a través de un pequeño espacio entre ellos cerca del centro de la estación. Las locomotoras eléctricas entran en la estación con sus pantógrafos bajados y se detienen bajo un cable de voltaje incorrecto. Un operario de maniobras diésel puede entonces devolver la locomotora al lado correcto de la estación. Ambos enfoques son incómodos y requieren mucho tiempo, ya que tardan unos diez minutos.
Otra forma de hacerlo es utilizar una fuerza motriz multisistema que pueda funcionar con distintos voltajes y tipos de corriente. En Europa, las locomotoras de dos, tres y cuatro sistemas para el tráfico de mercancías transfronterizo se están convirtiendo en algo habitual (1,5 kV CC, 3 kV CC, 15 kV 16,7 Hz CA, 25 kV 50 Hz CA). [2] Las locomotoras y las unidades múltiples así equipadas pueden, dependiendo de la configuración de la línea y de las normas de funcionamiento, pasar de un sistema de electrificación a otro sin detenerse, desplazándose por inercia durante una corta distancia para el cambio, pasando la sección muerta entre los distintos voltajes.
Los trenes Eurostar que atraviesan el Túnel del Canal son multisistema; una parte significativa de la ruta cerca de Londres se realizó en el sistema de tercer carril de 750 V CC del sur de Inglaterra , la ruta a Bruselas es de 3.000 V CC de alta tensión, mientras que el resto de la ruta es de 25 kV 50 Hz de alta tensión. La necesidad de que estos trenes utilizaran el tercer carril en la estación Waterloo de Londres terminó cuando se completó la línea de alta velocidad 1 en 2007. El sur de Inglaterra utiliza algunas locomotoras de sistema dual de tercer carril y catenaria , como la clase 92 para el Túnel del Canal, y varias unidades, por ejemplo, la clase 319 en los servicios Thameslink , para permitir el paso entre el tercer carril de 750 V CC al sur de Londres y la catenaria de 25 kV CA al norte y al este de Londres.
En varios países se han utilizado locomotoras electrodiésel que pueden funcionar como locomotoras eléctricas en líneas electrificadas pero que tienen un motor diésel a bordo para secciones o apartaderos no electrificados; ejemplos de ello son la Clase 73 británica de la década de 1960 y el concepto de última milla de alrededor de 2011, donde una locomotora de carga eléctrica puede funcionar en apartaderos con energía diésel ( modo dual TRAX ).
En el siglo XX se utilizaron algunos vagones y locomotoras eléctricos a batería, pero en general el uso de energía a batería no era práctico, excepto en sistemas de minería subterránea. Véase Vagón con acumulador y Locomotora a batería .
Muchos sistemas ferroviarios de alta velocidad utilizan trenes eléctricos, como el Shinkansen y el TGV .
Traxx MS (multisistema) para funcionamiento en redes de CA (15 y 25 kV) y CC (1,5 y 3 kV)