Před 135 lety začal dravý nástup elektrické trakce

Jako začátky elektrizace lokomotiv jsou zmiňovány pokusy A. G. Pagea z USA. Ten jako motor prezentoval dva elektromagnety, ve kterých se pohybovala tyč, která otáčela hnacím kolem. Byl to v podstatě princip okopírovaný od parních lokomotiv. Elektrická „lokomotiva“ na výstavě v Berlíně platila za atrakci a za čtyři měsíce bezporuchového provozu povozila 90 tisíc zvědavců, kteří žasli nad tajemnou silou, která nebyla ani vidět, ani slyšet. 

Soupeření s párou trvalo desítky let

Konstruktérem výstavní podívané byl Werner von Siemens, který už dříve považoval elektrický motor za vhodný pro pohon vozidel na kolejích. Siemensova elektrická lokomotiva byla původně určena pro uhelný důl v Cottbusu. Berlínská výstava byla příležitostí, jak vynález prezentovat před veřejností. Je překvapivé, že elektrický proud pro motor lokomotivy vyrábělo dynamo poháněné parním strojem. Prezentace měla základní atributy železniční dopravy: koleje, pohonnou jednotku a cestující. Proto je Siemensova lokomotiva pokládána za začátek elektrizace železnice.

Prosazení elektřiny na kolejích ale nebylo vůbec jednoduché. Finanční náklady pro stejnou práci se u elektrické lokomotivy ve srovnání s parní vyhouply minimálně na čtyřnásobek. Trvalo několik desetiletí, než se elektrické lokomotivy prosadily. V jednom případě se tak stalo u nás. V roce 1903 totiž začal provoz na železniční trati Tábor – Bechyně. Už tehdy měla trať standardní rozchod, tedy 1 435 milimetrů, a stejnosměrné napájecí napětí 1 500 voltů. 

Nejednotnost elektrizačních soustav

Nejdůležitějšími technickými předpoklady pro zavedení elektrizace železnice byly pohon výkonným motorem, dostatek energie ve vhodné formě a dostatečném množství a rozvinutý kolejový systém, tedy celková délka kolejí. Některé elektrické lokomotivy měly také jeden velký motor pohánějící přes „táhla“ hnací kola. Byla to aplikace připomínající kotel parní lokomotivy.

Zatímco rozchod kolejí byl až na výjimky v Evropě prakticky jednotný, hlavní elektrická napětí byla hned čtyři: dvě stejnosměrná napětí 1 500 a 3 000 voltů a střídavé napětí 15 kV a frekvence 16 a 2/3 Hz, zatímco střídavé napájecí napětí 25 kV mělo frekvenci 50 Hz. Jako první se u nás prosadil stejnosměrný elektrický proud a rychlost lokomotiv se regulovala nehospodárně předřadnými odpory, ve kterých se ztrácela část dodávané elektrické energie. Je překvapivé, že už v roce 1890 se konaly pokusy s elektrickými asynchronními motory. Přenos elektrické energie vyžadoval trojfázový přívod. Napájecí vedení muselo být trojvodičové, a tak se trakční vedení skládalo ze dvou vodičů a lokomotivy měly dva sběrače a jako třetí vodič se používala kolejnice. Výhodou byly velmi jednoduché a spolehlivé motory vyžadující minimální údržbu. Elektrické lokomotivy sice potřebovaly elektrárnu, trakční vedení, ale byly mnohem výkonnější, rychlejší a spolehlivější než lokomotivy parní. Různé druhy napájecího napětí vedly ke konstrukci až čtyřsystémových lokomotiv. 

Křemíkové polovodiče

Použití napájecího systému 25 kV/50 Hz bylo umožněno především křemíkovými polovodiči, které usměrňovaly elektrický proud přímo na lokomotivě. Ta si vezla s sebou transformátor a napájecí stanice pro dodávky elektrické energie mohly být od sebe minimálně ve dvojnásobné vzdálenosti, než tomu bylo u stejnosměrné soustavy. Díky polovodičové technice se jako pohonná jednotka lokomotivy vrátily elektrické asynchronní motory. Regulaci umožnily právě polovodičové měniče frekvence, které jednofázové napájení změnily ve trojfázové a ještě s měnitelnou frekvencí kvůli plynulé regulaci rychlosti. Zatímco Siemensova lokomotiva jezdila bez vagonů rychlostí 13 kilometrů za hodinu, dnešní nejrychlejší elektrická lokomotiva světa dokáže vyvinout rychlost 357 kilometrů v hodině. I na tom je krásně vidět technický pokrok. 

TECHNICKÉ ÚDAJE O SIEMENSOVĚ STROJI

Napětí:   20–150 voltů
Výkon:   2,2 kilowattu
Max. rychlost:    7 km/h (s 18 pasažéry)