燃料的内燃化使得内燃机车热效率较蒸汽机车大幅度提高，达到了20%～30%。我们经常说―人无完人‖，―车无完车‖反映到内燃机车上也是适用的。在技术层面上，受铁路限界及机车内部空间所限，内燃机车功率不可能很大，而且它的能量要经历―热能→机械能→电能→机械能‖的系列转换，所以进一步效率提高受到限制；在运用层面上，有柴油燃烧所带来的废气污染问题，也有柴油机工作时轰鸣的噪声与振动问题等。

解决内燃机车上述问题的措施就是电力牵引。实际上，自从1821年英国物理学家法拉第发现电磁现象以来，在社会生产中对这种特性的应用就已经开始了，只是因受限与电工电子技术的发展，工程化的进展比较慢。1825年英国发明家乔治。史蒂芬森发明了蒸汽机车，开创了铁路运输事业。之后，许许多多的科学家对用电能作为铁路运输的牵引动力进行了大量的研究。1934年美国的托玛斯·达文波特利用电磁铁制作了往复式电动机，驱动车辆在轨道上运行，供游人参观。1835年，荷兰的斯特拉廷和贝克尔两人就试着制以电池供电的二轴小型铁路车辆。1837年，荷兰化学家罗伯特。戴维斯（Robert Davidson）试制了以电池供电、电机牵引的小型二轴车辆，这是世界上第一辆电力机车。1841年，在苏格兰皇家艺术学会举办的展览上，戴维斯向人们展示了的新一代电力机车。在展示环节，这辆重7吨的机车，在两个电机的驱动下，牵引6吨的货物以6公里的时速行驶了大约2公里。1842年9月，这辆机车在爱丁堡至格拉斯哥的铁路线上进行测试，由于功率所限它既不能拉客，也不能拉货，所以没有得到推广。

1879年，德国发明家冯·西门子（Werner von Siemens）驾驶着自己设计的小型电力机车，牵引能坐18人的三辆车厢在柏林世界贸易展览会上进行表演，这也是电力机车的首次成功实验。机车装有功率2.2kw的串励直流电动机，并通过两轨道中间的第三轨提供150V的驱动电源。在4个月的展会期间，列车在300米长的椭圆轨道上共运输参观者9万人。

（1879年柏林世贸会上的电力机车）

1881年，西门子和哈尔斯克公司在柏林近郊的利希特菲尔德车站至军事学院之间修建了一条2.45km长的电车线路，这是世界上第一条商业运行的电气化铁路。同年，在法国巴黎国际电工展览会上展出了第一条长500m，由2条架空导线供电的电车线路，这为提高电压，采用大功率牵引电机创造了条件。1983年，世界上第一条由架空导线供电的电车线路在澳大利亚投入日常运营。这种由电力机车牵引形式的电气化铁路的出现，引起了西欧、美国、日本极大的兴趣，于是纷纷开始修建电气化铁路。

电力机车早期的发展得益于各国城市轨道交通的蓬勃发展。随着地铁和隧道数量的不断增加，蒸汽机车排放出的烟尘让人忧心忡忡，越来越多的城市都倾向于采用电气化牵引。1890年，英国伦敦首先用电力机车在5.6公里长的一段地下铁道上牵引车辆。为了与新修到纽约的铁路连接在一起，在巴尔的摩至俄亥俄线路基础上，又修建了4英里连接线。该连接线经过市区，且有好几座隧道，因此在1895年开通时采用了电力机车牵引。机车采用675伏直流电，自重97吨，功率1070千瓦，为世界第一台干线铁路电力机车。

1897年，美国人法兰克·史伯格(Frank J. Sprague)发明了同时控制多个牵引电机的操控系統，解决了多车连挂时由于电机不协调导致的各种问题，也为电力机车的大规模应用提供了技术保证。19世纪末，德国对交流电力机车进行了试验，1903年德国三相交流电力机车创造了每小时210.2公里的高速纪录。

（1895年行驶在美国巴尔摩铁路的电力机车）

电力机车的发展取决于电力牵引技术的发展，同时也受制于电气化铁路的发展。建设具有真正意义的电气化铁路首先要解决如何提供高压电，改变供电制式的问题。

接触网供给机车的电流有直流和交流两种（交流制中又分单相交流、三相交流），称为供电制式。在电气化铁路发展初期，主要是采用直流电力机车牵引，另外也有一部分三相交流和单相低频电力机车。受当时科学技术水平的制约，直流电力机车供电电压不高，三相交流接触网设备过于复杂，单相低频制电力机车又需要单独的供电电网，因此电力机车初期发展较慢。20世纪20年代中期，当时世界各国电气化铁路主要采用直流供电，接触网 电压为 1500伏～3000伏。为了克服直流电力牵引网电压低的缺点，瑞士于 1904年实验了单相工频交流电力机车，并取得成功。1932

年匈牙利在布达佩斯一黑基也什霍洛姆铁路上第一次采用了l6kv 的单相工频交流制电力牵引。这种电流制式的优点是能直接从具有巨大容量的电力系统取得电能，大大简化了牵引变电所的供电设备，降低了建设投资和运营费用。单相工频交流制，虽然出现的比较晚，但发展得很快，并迅速被世界各国广泛采用。1950年，法国试制了引燃管整流器式电力机车；1960年，西德制成半导体整流器式电力机车；1958年，美国发明晶闸管后，晶闸管相控机车开始问世，使制造大功率机车用逆变器成为现实，工频单相交流制推动了电气化铁路的发展。

与蒸汽机车和内燃机车相比，电力机车具有功率大、速度快、过载能力强、自身负重低、牵引力和加速度大、整备作业时间短、维修量少、能源利用率高、运营费用低、便于实现多机牵引、能采用再生制动以及清洁环保等优点。因此，第一次石油危机爆发后，世界各国对铁路电力和内燃牵引重新进行了经济评价，电力牵引更加受到青睐。英国原先主要是发展内燃牵引，也开始重视发展电力牵引；就连已经完全内燃化的美国，铁路电气化的呼声也很高。

这时候，半导体技术和微机控制技术的突破和发展推动了新型电力机车的问世。1979年，第一台采用异步电动机驱动的交-直-交大功率电力机车在德国诞生，开创了电力机车发展的新纪元，并逐渐确立了电力机车在铁路牵引动力方面第三代霸主的地位。随着既有电力机车的更新换代和高速铁路的蓬勃发展，干线电力机车的研制已从直流传动转向交流传动。20世纪90年代，欧洲、日本等主要机车制造厂商几乎已停止了直流传动电力机车的生产，交流传动电力机车已成为世界电力机车发展的主流，目前世界先进国家新造的大功率电力机车几乎都采用了三相交流传动技术，单轴功率达到 (1000～1600)KW的大功率客、货通用型 GTO变频调速电力机车已经广泛投入运用，在(250～300) km/h 及其以上的高速领域，交流传动的电动车组独领风骚。

（我国新一代 9600kw 大功率电力机车）

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来源: 大道至简 车行轨上