3千伏、15千伏、25千伏……世界電氣化鐵路竟然有這麼多電壓制式

我之前曾經提到HXD1的原型車是歐洲短跑手的ES64F4，其中ES代表歐洲短跑手的英文「EuroSprinter」縮寫，F代表貨運（Freight），「4」表示可用於四種電壓制式。有朋友問我，世界鐵路到底有多少種電壓制式？這篇文章就講世界電氣化鐵路常見的幾種電壓制式。

直流供電

早期的電氣化鐵路採用電壓相對低的直流供電。機車或動車組的電動機直接連接在電網主線上，通過並聯或串聯在電動機上的電阻和繼電器來進行控制。隨著電力電子學的出現，利用電子零件作開關，便可改變直流電電壓的有效值，利用逆變器可以把直流電變成交流電，而且頻率可以控制。因此，直流及交流電動機均可以使用。

通常有軌電車和地鐵的電壓是600V，750V和1.5KV，鐵路使用1.5KV和3KV。過去車輛使用旋轉變流器來將交流電轉換為直流電。現在一般使用半導體整流器完成這個工作。

採用直流供電的系統比較簡單，但是它需要較粗的導線，供電站之間距離也較短，並且直流線路有顯著的電阻損失。

荷蘭、倭國、澳大利亞、印尼、香港、馬來西亞、丹麥的一些地區、法國的少數地區和中國大陸部分城市軌道交通系統的線路使用1.5KV的直流電，其中，荷蘭實際使用的電壓大約有1600V到1700V。

法國CC7100型直-直電力機車

法國CC7100型直-直電力機車，使用DC 1.5KV，中國在1960年進口了25臺，命名為6Y2， 「6」代表六軸機車，「Y」代表引燃管整流，「2」代表第二種型號，6Y2是國產韶山2型電力機車（未量產）的原型車

比利時、義大利、西班牙、波蘭、捷克北部、斯洛伐克、前南斯拉夫、前蘇聯使用3KV直流電。

前蘇聯的VL8型電力機車，使用DC 3KV

低頻交流電

一些歐洲國家使用低頻交流電來給電力機車供電。德國、奧地利、瑞士、挪威和瑞典使用15KV16.67Hz(電網頻率50Hz的三分之一)的交流電。美國使用11KV或12.5KV25Hz的交流電。機車的電機通過可調變壓器來控制。

使用AC 15KV 16.67Hz的德鐵155型電力機

工頻交流電

匈牙利曾經在二十世紀三十年代在電氣化鐵路上使用50Hz的交流電。然而直到五十年代以後才被廣泛使用。

目前，一些電氣化機車使用變壓器和整流器來提供低壓脈動直流電給電動機使用，通過調節變壓器來控制電動機速度。另一些則使用可控矽或場效應管來產生突變交流或變頻交流電來供應給機車的交流電機。這樣的供電形式比較經濟，但是也存在缺點：外部電力系統的相位負荷不等，而且還會產生顯著的電磁幹擾。

中國大陸、法國、英國、芬蘭、丹麥、前蘇聯、前南斯拉夫、西班牙（標準軌高鐵路段）、東倭國（東北、上越、北海道新幹線及北陸新幹線輕井澤以東）使用單相25KV50Hz電力供應，臺灣高速鐵路、臺灣鐵路管理局、韓國、倭國西部（東海道、山陽、九州新幹線及北陸新幹線輕井澤以西）使用單相25KV60Hz電力供應，而美國通常使用單相12.5KV和25KV60Hz的交流電。另外倭國東北、北海道地區使用20KV50Hz交流電，北陸地區、九州地區使用20KV60Hz交流電。

多種系統供電

因為有這麼多的供電方式，有時候甚至一個國家內都採用不同的方式（如倭國的交流電電網大致以糸魚川靜岡構造線為分界，以西是60Hz，以東是50Hz），所以列車經常必須從一種供電方式轉向為另一種供電方式。其中一種方法是在換乘站更換機車，然而會造成不便。

另一種方法是使用支持多種供電系統的機車。在歐洲，通常是支持四種供電系統(直流1.5KV、直流3KV、交流15KV16.67Hz、交流25KV50Hz)的機車，這樣，它在從一個供電系統到另一個的時候就可以不用停留。

法國國鐵40100型四電壓制式電力機車

法國國鐵40100型四電壓制式電力機車能夠在法國的AC 25千伏50Hz、比利時的DC 3KV、荷蘭的DC 1.5KV、德國的AC 15KV 16.67Hz交流電這四種供電制式下，無需在邊境車站更換機車，以實現直通運行。因此，機車車頂並設有四臺受電弓，分別對應四個國家不同的接觸網規格。機車並設有兩檔傳動齒輪調節，貨運模式的最高速度為160公裡/小時，客運模式的最高速度為240公裡/小時。此外，CC 40100型機車也是法國第一種採用俗稱「破鼻子」的反斜面司機室擋風玻璃的機車。

法國BB71000型電力機車

法國BB71000型電力機車是法國阿爾斯通公司設計製造的一種四電流制幹線貨運電力機車，也是阿爾斯通「Prima」系列鐵路機車車型之一，適用於供電制式為DC1.5KV、3KV，AC 15KV 16.67Hz、25KV 50Hz的電氣化鐵路，該型機車屬於實驗性車型，僅試製一臺。是不是看起來很眼熟？沒錯，它是中國鐵路HXD2的原型車

而倭國國鐵在上世紀60年代初已有交直流對應的列車機車、但當時只能對應其中50/60一個Hz，俗稱「單交直流型」。直至60年代末才成功研發可在全倭國電化區間的行駛用的多種供電系統（直流1.5KV、交流20KV 50/60Hz），俗稱「雙交直流型」，並開始引進當時量產中的列車機車系列上，但在1987年由JR分社經營後，由於預期旅客電車不需再作全國性的調動或行駛，加上雙交直流型電車成本較高，故除了至國鐵末年仍量產中的415系1500番臺及之後的JR東倭的E653系是雙交直流型電車外，單交直流型的旅客電車重新被各JR旅客會社採用。

E653雙交直流型電力動車組

而因北海道新幹線與在來線共用海峽線這一段的路軌，但海峽線使用的電壓於北海道新幹線通車後將升壓為交流25KV，與一般在來線使用的交流20000V有所不同，因此JR貨物將開發、製造能對應兩種交流電電壓的EH800型電力機車。

倭國JR貨物的EH500型電力機車

上圖是HXD3的原型車—倭國JR貨物的EH500型電力機車，暱稱「金太郎」（可使用直流 1.5KV、交流 20 KV 50/60 Hz），「金太郎」是倭國民間故事賴光四天王之一坂田金時的幼名，最為人所熟知的是穿著紅色的菱形肚兜、挑大斧、的形象。

（作者：頑強淡漠）