La tracción eléctrica ferroviaria describe los distintos tipos de locomotoras y unidades múltiples que se utilizan en los sistemas de electrificación en todo el mundo.
La electrificación ferroviaria como medio de tracción surgió a finales del siglo XIX , aunque los experimentos en carril eléctrico 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 baterías (o locomotoras que funcionaban sobre rieles impulsados por baterías) en 1834. [1] Robert Davidson , de Aberdeen, Escocia , creó un ferrocarril eléctrico locomotora en 1839 y la hizo circular en el ferrocarril Edimburgo-Glasgow a 4 millas por hora. [1] Las primeras locomotoras eléctricas solían funcionar con baterías. [1] En 1880, Thomas Edison construyó un pequeño ferrocarril eléctrico, utilizando una dinamo como motor y los rieles como medio portador de corriente. La corriente eléctrica fluía a través del borde metálico de las ruedas, que normalmente eran de madera, y era captada a través de cepillos de contacto. [1]
La tracción eléctrica ofrecía varios beneficios sobre la entonces predominante tracción a vapor , particularmente con respecto a su rápida aceleración (ideal para servicios urbanos (metro) y suburbanos (cercanías)) y potencia (ideal para trenes de carga pesados a través de secciones montañosas o montañosas). En los primeros veinte años del siglo XX surgió una plétora de sistemas.
Las unidades de tracción de corriente continua (CC) utilizan corriente extraída de un tercer carril , un cuarto carril , una fuente de alimentación a nivel del suelo o una línea aérea . El voltaje de CA se convierte en voltaje de CC mediante el uso de un rectificador .
Las unidades de tracción de corriente alterna (CA) implican un inversor y producen una salida de tracción variable según la frecuencia de la corriente CA. Están equipados con la mayoría del material rodante moderno para reducir los costos de mantenimiento y facilitar la escalabilidad 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 de locomotora en las estaciones de cambio. Estas estaciones tienen cables aéreos que se pueden cambiar de un voltaje a otro, por lo que el tren llega con una locomotora y luego sale con otra. Las estaciones de conmutación tienen componentes muy sofisticados y son muy caros.
Una estación de conmutación menos costosa puede tener diferentes sistemas de electrificación en ambas salidas sin cables conmutables. En cambio, el voltaje en los cables cambia a través de un pequeño espacio cerca del centro de la estación. Las locomotoras eléctricas llegan a la estación con el pantógrafo bajado y se detienen bajo un cable de voltaje incorrecto. Una máquina de maniobras diésel puede devolver la locomotora al lado derecho de la estación. Ambos enfoques son inconvenientes y requieren mucho tiempo, aproximadamente diez minutos.
Otra forma es utilizar energía motriz multisistema que pueda funcionar bajo varios voltajes y tipos de corriente diferentes. En Europa son cada vez más comunes las locomotoras de dos, tres y cuatro sistemas para el tráfico transfronterizo de mercancías (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 reglas de operación, pasar de un sistema de electrificación a otro sin detenerse, desplazándose por inercia durante una corta distancia para el cambio, pasando por la sección muerta entre las diferentes tensiones.
Los trenes Eurostar que atraviesan el Eurotúnel son multisistema; una parte importante de la ruta cerca de Londres estaba en el tercer sistema ferroviario de 750 V CC del sur de Inglaterra , la ruta a Bruselas tiene una sobrecarga de 3000 V CC, mientras que el resto de la ruta tiene una sobrecarga de 25 kV 50 Hz. La necesidad de que estos trenes utilizaran el tercer carril en la estación Waterloo de Londres terminó con la finalización de la línea de alta velocidad 1 en 2007. El sur de Inglaterra utiliza algunas locomotoras aéreas / de tercer carril de sistema dual, como la clase 92 para el Eurotúnel, 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 25 kV CA al norte y al este de Londres.
En varios países se han utilizado locomotoras electrodiésel que pueden funcionar como locomotora eléctrica en líneas electrificadas pero que llevan a bordo un motor diésel para tramos 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, en el que una locomotora de mercancías eléctrica puede trabajar en vías muertas con motor diésel ( TRAX modo dual ).
En el siglo XX se utilizaron algunos vagones y locomotoras eléctricos de batería, pero en general el uso de energía de batería no era práctico excepto en sistemas mineros subterráneos. Véase Vagón de acumuladores y Locomotora de batería .
Muchos sistemas ferroviarios de alta velocidad utilizan trenes eléctricos, como el Shinkansen y el TGV .
Traxx MS (multisistema) para funcionamiento en redes CA (15 y 25 kV) y CC (1,5 y 3 kV)