รถไฟฟ้า เครื่องยนต์ เครื่องกำเนิด มอเตอร์

ระบบการใช้พลังงานไฟฟ้าถูกจำแนกเป็นสามปัจจัยหลักดังนี้:

1. แรงดันไฟฟ้า
2. กระแส
   • กระแสตรง (DC)
   • กระแสสลับ (AC)
     • ความถี่
3. ระบบหน้าสัมผัส
   • รางที่สาม
   • เหนือศีรษะ

แรงดันไฟฟ้าที่ได้มาตรฐาน[แก้]

แรงดันไฟฟ้าที่ใช้กันมากที่สุดมี 6 แรงดัน โดยได้รับการคัดเลือกสำหรับมาตรฐานยุโรปและต่างประเทศ แรงดันเหล่านี้เป็นอิสระจากระบบหน้าสัมผัสที่ใช้ ตัวอย่างเช่น 750 V DC อาจจะใช้กับรางที่สามหรือเหนือศีรษะ (รถรางปกติใช้เหนือศีรษะ)

มีหลายระบบแรงดันไฟฟ้าอื่น ๆ ที่ใช้สำหรับระบบรถไฟฟ้าทั่วโลกและ'รายการของระบบปัจจุบันสำหรับการลากรถไฟฟ้า' (อังกฤษ: en:list of current systems for electric rail traction) จะครอบคลุมทั้งแรงดันไฟฟ้าที่ได้มาตรฐานและไม่ได้มาตรฐาน

ช่วงของแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับอนุญาตมีการระบุไว้ในมาตรฐาน BS EN 50163^[1] และ IEC 60850^[2]. มาตรฐานเหล่านี้ได้คำนึงถึงจำนวนของรถไฟที่ใช้กระแสและระยะทางจากสถานีย่อย

ระบบไฟฟ้า	แรงดันต่ำสุดไม่ถาวร	แรงดันต่ำสุดถาวร	แรงดันใช้งาน	แรงดันสูงสุดถาวร	แรงดันสูงสุดไม่ถาวร
600 V ไฟฟ้ากระแสตรง	400 V	400 V	600 V	720 V	800 V
750 V DC	500 V	500 V	750 V	900 V	1,000 V
1,500 V DC	1,000 V	1,000 V	1,500 V	1,800 V	1,950 V
3 kV DC	2 kV	2 kV	3 kV	3.6 kV	3.9 kV
15 kV AC, 16.7 Hz	11 kV	12 kV	15 kV	17.25 kV	18 kV
25 kV AC, 50 Hz	17.5 kV	19 kV	25 kV	27.5 kV	29 kV

กระแสตรง[แก้]

ระบบการใช้พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในช่วงต้นใช้แรงดันต่ำ มอเตอร์ไฟฟ้าบนรถไฟได้รับกระแสไฟฟ้าโดยตรงจากแหล่งจ่ายกลางและถูกควบคุมโดยใช้ความต้านทานเริ่มต้นที่ถูกต่อขนานแบบก้าวหน้าเมื่อรถไฟเพิ่มความเร็วและใช้รีเลย์ที่เชื่อมต่อการทำงานของมอเตอร์แบบอนุกรมหรือแบบขนาน

สาย Tyne and Wear Metro เป็นรถไฟฟ้าสายเดียวในสหราชอาณาจักรที่ใช้ไฟ 1,500 V DC

แรงดันที่พบมากที่สุดเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง 600 V และ 750 V สำหรับรถรางและรถไฟฟ้าใต้ดิน, และ 1500 V, 650/750 V สำหรับรางที่สามสำหรับภาคใต้ในอดีตของสหราชอาณาจักร,และ 3 กิโลโวลต์สำหรับเหนือศีรษะ, แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่ามักจะใช้กับระบบรางทีสามหรือระบบรางที่สี่, ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า 1 กิโลโวลต์ปกติจะจำกัดเฉพาะในการเดินสายไฟในระบบเหนือศีรษะสำหรับเหตุผลด้านความปลอดภัย. รถไฟชานเมืองสาย (S-Bahn) ในฮัมบูร์ก, เยอรมนีดำเนินงานโดยใช้รางที่สามที่แรงดัน 1200 V, ฝรั่งเศสสาย SNCF Cu​​loz-Modane ในเทือกเขาแอลป์ใช้ 1,500 v ในรางที่สามจนกระทั่ง 1976 เมื่อโซ่ถูกติดตั้งและรางสามถูกรื้อออก. ในสหราชอาณาจักรทางตอนใต้ของกรุงลอนดอนใช้ 750 V กับรางที่สามถูกนำมาใช้ในขณะที่ 660 V ถูกนำมาใช้เพื่อให้การเดินรถระหว่างที่ทำงานอยู่บนเส้นที่ใช้ร่วมกันกับรถไฟใต้ดินลอนดอนซึ่งใช้ 630 V กับระบบรางที่สี่ แต่ด้วยที่รางที่สี่ (กลาง) ที่เชื่อมต่อกับรางวิ่งในพื้นที่ระหว่างการทำงาน. บางเส้นภายในลอนดอนยังคงการดำเนินงานที่ 660 โวลต์เนื่องจากการเชื่อมต่อกับเส้นที่ใช้ร่วมกันหรือด้วยเหตุผลเพื่อเป็นตำนาน ภายในลอนดอนสายใหม่ทั้งหมด (ใต้ดิน) เป็น 750 โวลต์

ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 converter แบบ rotary หรือวงจรเรียงกระแสแบบปรอทโค้งถูกนำมาใช้ในการแปลงไฟ AC เป็น DC ที่จำเป็นต้องใช้ที่สถานีป้อน วันนี้การแปลงดังกล่าวมักจะทำโดยเซมิคอนดักเตอร์วงจรเรียงกระแสหลังจากลดความดันลงจากแหล่งจ่ายสาธารณูปโภค

ระบบ DC ค่อนข้างง่าย แต่ต้องใช้สายหนาและระยะทางสั้นระหว่างสถานีป้อนเพราะใช้กระแสสูงมาก นอกจากนี้ยังมีการสูญเสียความต้านทานอย่างมีนัยสำคัญ สถานีป้อนจำเป็นต้องมีการตรวจสอบอย่างต่อเนื่อง ระยะห่างระหว่างสองสถานีป้อนที่ 750 V บนระบบรางที่สามประมาณ 2.5 กิโลเมตร (1.6 ไมล์) ระยะห่างระหว่างสองสถานีป้อนที่ 3 กิโลโวลต์เป็นเรื่องเกี่ยวกับ 7.5 กิโลเมตร (4.7 ไมล์)

ถ้าบนขบวนรถไฟมีอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นเช่นพัดลมและคอมเพรสเซอร์ ถ้าต้องใช้พลังงานจากมอเตอร์ที่เลี้ยงโดยตรงจากแหล่งจ่ายแรงฉุด สายเคเบิลที่เป็นสายส่งอาจจะมีขนาดใหญ่ขึ้นเนื่องจากต้องเพิ่มขนาดของสายและแนวนกันความร้อน ทางเลือกคืออุปกรณ์เหล่านั้นสามารถขับเคลื่อนจากชุดมอเตอร์-เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งเป็นทางเลือกของการเปิดหลอดไฟ incandescent lights มิฉะนั้นจะต้องมีการเชื่อมต่อเป็นหลอดไฟกันเป็นแถวยาวเนื่องจากความดันที่ส่งให้มีขนาดสูงมาก (หลอดไฟที่ออกแบบมาเพื่อทำงานที่แรงดันไฟฟ้า (750V) จะทำงานโดยไม่มีประสิทธิภาพ) ตอนนี้ converter แบบ solid-state (SIVs) และไฟเรืองแสงสามารถถูกนำมาใช้งานได้ ทางเลือกคือ ไฟ DC สามารถแปลงเป็นไฟฟ้า AC ผ่านอินเวอร์เตอร์บนตู้รถไฟเพื่อจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์เสริมเหล่านั้น และด้วยการเปิดตัวของมอเตอร์แรงฉุด AC รถไฟทั้งขบวน (ตัวอย่างคือ ระบบขับเคลื่อนหลายตู้ ชั้น FP ของนิวซีแลนด์ ใช้ไฟ 1500 V DC จากสายส่งชานเมืองในเวลลิงตัน ซึ่งแปลงไฟกระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับบนตู้รถไฟสำหรับการใช้งานโดยฉุดมอเตอร์และอุปกรณ์เสริมบนตู้รถไฟ)

ระบบการจ่าย[แก้]

มี 3 ระบบคือ

1. ระบบเหนือศีรษะ
2. ระบบรางที่สาม
3. ระบบรางที่สี่

กระแสสลับ[แก้]

ระบบจ่ายกระแสไฟฟ้า AC จะเป็นแบบเหนือศีรษะได้อย่างเดียว กระแสสลับสามารถเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าให้ลดลงได้ภายในหัวรถจักร ใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงมากเพื่อให้มีกระแสน้อยลง สายส่งจึงมีขนาดเล็กลง ซึ่งหมายถึงการสูญเสียพลังงานน้อยลงไปตามทางยาวของเส้นทางรถไฟ

กระแสสลับความถี่ต่ำ[แก้]

รถไฟฟ้าในสวิตเซอร์แลนด์ใช้ไฟ 15 kV 16.7 Hz AC

มอเตอร์ไฟฟ้า DC ที่มีตัวสลับทิศทางธรรมดา ยังสามารถเลี้ยงด้วย AC (มอเตอร์ทั่วไป) เพราะการย้อนกลับของกระแสในสเตเตอร์และโรเตอร์ไม่เปลี่ยนทิศทางของแรงบิด อย่างไรก็ตามการเหนี่ยวนำของขดลวดที่ทำให้ตอนเริ่มต้นของการออกแบบมอเตอร์ขนาดใหญ่เป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติที่ความถี่ AC มาตรฐาน นอกจากนี้ AC ก่อให้เกิดกระแสไหลวน (eddy current) โดยเฉพาะอย่างยิ่งใน pole สนามที่ไม่เคลือบ ซึ่งก่อให้เกิดความร้อนสูงเกินไปและการสูญเสียประสิทธิภาพ ในศตวรรษที่ก่อนหน้านี้ห้าประเทศในยุโรป ได้แก่ เยอรมนี, ออสเตรีย, สวิตเซอร์แลนด์, นอร์เวย์และสวีเดนสร้างมาตรฐานที่ 15 kV 16 2/3 เฮิรตซ์ (หนึ่งในสามของความถี่ไฟปกติ) AC เฟสเดียว ในความพยายามที่จะบรรเทาปัญหาดังกล่าว เมื่อตุลาคม 16, 1995, เยอรมนี, ออสเตรียและสวิสเปลี่ยนการกำหนดที่ 16 ⅔ Hz เป็น 16.7 เฮิร์ตซ์ (แม้ว่าความถี่ที่เกิดขึ้นจริงไม่ได้เปลี่ยน, การข้ดกำหนดมีการเปลี่ยน; ในทั้งสองกรณีความเบี่ยงเบนทางความถี่ไปจากความถี่กลางอยู่ที่± 1/3 เฮิร์ตซ์ )

ในประเทศสหรัฐอเมริกา, ใช้ 25 Hz, ความถี่เก่าที่ครั้งหนึ่งพบบ่อยในอุตสาหกรรมถูกนำใช้ในระบบของแอมแทรก ที่ 11 กิโลโวลต์ในภาคตะวันออกเฉียงเหนือระหว่างวอชิงตันดีซีและนครนิวยอร์กและระหว่างแฮร์ริส, ซิลเวเนียและฟิลาเดลเฟีย 12.5 กิโลโวลต์ 25 Hz ส่วนระหว่างมหานครนิวยอร์กและนิวเฮเวน, คอนเนตทิคัทถูกดัดแปลงเป็น 60 Hz ในไตรมาสที่สามสุดท้ายของศตวรรษที่ 20

ในสหราชอาณาจักร, ลอนดอน, ไบรท์ตัน, ชายฝั่งตอนใต้ รถไฟเป็นหัวหอกในการใช้พลังงานไฟฟ้าระบบเหนือศีรษะของสายส่งชานเมืองในลอนดอน, สะพานลอนดอนถึงวิกตอเรียถูกเปิดการจราจรบน 1 ธันวาคม 1909 วิกตอเรียถึงคริสตัลพาเลซผ่าน Balham และนอร์วูดตะวันตกเปิดพฤษภาคม 1911 เพคแฮมไรอ์ถึงนอร์วูดตะวันตกเปิดในมิถุนายน 1912 การขยายเส้นทางทำไม่ได้เนื่องจากสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง สองเส้นทางเปิดใน 1925 ภายใต้ทางรถไฟสายใต้ให้บริการ Coulsdon เหนือและสถานีรถไฟซัตตัน. การรถไฟใช้ไฟฟ้าที่ 6.7 กิโลโวลต์ 25 เฮิร์ตซ์ ได้มีการประกาศใน 1926 ว่าทุกเส้นทางจะถูกแปลงเป็น DC รางที่สามและระบบเหนือศีรษะสุดท้ายจะใช้จนถึงเดือนกันยายน 1929

ในระบบดังกล่าว มอเตอร์แรงฉุดสามารถได้รับกระแสไฟป้อนผ่านหม้อแปลงที่มีหลาย tap การเปลี่ยนแทปช่วยให้แรงดันไฟฟ้าที่มอเตอร์จะมีการเปลี่ยนแปลงโดยไม่ต้องมีตัวต้านทานไฟฟ้า เครื่องจักรอุปกรณ์เสริมจะถูกขับด้วยมอเตอร์สลับทางขนาดเล็กที่ได้รับพลังงานมาจากขดลวดแรงดันต่ำแยกต่างหากของหม้อแปลงหลัก

การใช้คลื่นความถี่ต่ำต้องใช้ไฟฟ้าที่ได้รับการดัดแปลงมาจากกระแสไฟจากการไฟฟ้าโดยมอเตอร์-เจนเนอเรเตอร์หรืออินเวอร์เตอร์แบบคงที่ที่สถานีย่อยหรือผลิตไฟฟ้าที่สถานีไฟฟ้าแยกต่างหาก

ตั้งแต่ปี 1979 มอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟสได้เกือบจะกลายเป็นที่ใช้กันในระดับสากล มันถูกป้อนกระแสโดย static four-quadrant converter ซึ่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าคงที่ให้กับ pulse-width modulator inverter ที่จ่ายไฟฟ้าให้มอเตอร์สามเฟสความถี่แปรได้

ระบบกระแสสลับหลายเฟส[แก้]

รถไฟกระแสไฟฟ้า AC 3 เฟสถูกใช้ในอิตาลี สวิตเซอร์แลนด์และสหรัฐอเมริกาในต้นศตวรรษที่ 20 ระบบในตอนต้นใช้

คลื่นความถี่ต่ำ (16⅔ Hz) และแรงดันไฟฟ้าที่ค่อนข้างต่ำ (3,000 หรือ 3,600 โวลต์) ระบบจะสร้างพลังงานจากการเบรก ป้อนกลับไปยังระบบ จึงมีความเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับรถไฟที่ใช้ในเขตภูเขา (เงื่อนไขคือหัวรถจักรอีกสายสามารถใช้พลังนี้ได้) ระบบมีข้อเสียของการที่ต้องมีสอง (หรือสาม) ตัวนำเหนือศีรษะที่แยกเป็นสัดส่วนบวก return path ผ่านทางราง หัวรถจักรฟทำงานที่ความเร็วคงที่ ที่หนึ่ง, สองหรือสี่สปีด

ระบบยังถูกนำมาใช้บนภูเขาสี่ลูก รถไฟใช้ 725-3,000 V at 50 หรือ 60 Hz: (Corcovado Rack ในริโอเดอจาเนโร, บราซิล, Jungfraubahn และ Gornergratbahn ในประเทศสวิสเซอร์แลนด์และ Petit รถไฟ de la Rhune ในประเทศฝรั่งเศส)

มาตรฐานความถี่กระแสสลับ[แก้]

เฉพาะในปี 1950 หลังการพัฒนาในประเทศฝรั่งเศส (20 kV; ต่อมา 25 กิโลโวลต์) และรถไฟอดีตประเทศสหภาพโซเวียต (25 kV) ได้มาตรฐานความถี่เฟสเดียวกระแสสลับกลายเป็นที่แพร่หลาย ความถี่ที่ใช้คือ 50 Hz

สหรัฐปกติจะใช้ 12.5 หรือ 25 kV 25 Hz หรือ 60 Hz. กระแสไฟ AC เป็นที่นิยมใช้สำหรับรถไฟความเร็วสูงและรถไฟระยะทางไกลสายทางใหม่ๆ

ทุกวันนี้ หัวรถจักรบางหัวในระบบนี้ใช้หม้อแปลงไฟฟ้​​าและวงจรเรียงกระแสเพื่อจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันต่ำในรูปของพั้ลส์ให้กับมอเตอร์ ความเร็วจะถูกควบคุมโดยการแท๊ปในหม้อแปลง หัวจักรที่ซับซ้อนมากขึ้นใช้ทรานซิสเตอร์หรือ IGBT เพื่อสร้างกระแสสลับที่ถูกตัดยอดคลื่นหรือแม้แต่ปรับความถี่ได้ เพื่อส่งไปยัง AC มอเตอร์เหนี่ยวนำที่ใช้ในการฉุดลากขบวนรถ

ระบบนี้ค่อนข้างประหยัด แต่ก็มีข้อบกพร่องของ: เฟสของระบบไฟฟ้าภายนอกจะถูกโหลดอย่างไม่เท่ากันและเกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่สร้างอย่างมีนัยสำคัญเช่นเดียวกับเสียงรบกวนอย่างมีนัยสำคัญ

รายชื่อประเทศที่ใช้ 25 กิโลโวลต์ AC 50 Hz ระบบเฟสเดียวสามารถพบได้ในรายการของระบบกระแสสำหรับการลากรถไฟไฟฟ้า

ภาพแสดง pantograph แบบ diamond สำหรับรับกระแสมาให้หัวรถจักรผ่านทางหน้าสัมผ้สที่อยู่บนสุด

เพื่อป้องกันความเสี่ยงของ out of phase ของไฟฟ้าจากหลายแหล่ง หลายช่วงของสายส่งจากสถานีที่ต่างกันจะต้องถูกแยกออกอย่างเคร่งครัด สิ่งนี่ทำได้โดย Neutral Section (หรือ Phase Breaks), มักจะถูกจัดให้ที่สถานีจ่ายและอยู่ระหว่างสถานีจ่ายนั้น แม้ว่าปกติมีเพียงครึ่งหนึ่งที่ทำงานอยู่ในเวลาใดเวลาหนึ่ง ที่เหลือถูกจัดให้เพื่อให้สถานีป้อนปิดตัวลงและพลังงานจะถูกจ่ายมาจากสถานีป้อนที่อยู่ติดกัน Neutral Section มักจะประกอบด้วยส่วนสายดินของลวดซึ่งถูกแยกออกจากสาย live โดยวัสดุฉนวน, ลูกถ้วยเซรามิกที่ถูกออกแบบเพื่อให้อุปกรณ์รับกระแสไฟฟ้าบนหัวรถจักร (pantograph) สามารถจะเคลื่อนออกมาจากส่วนหนึ่งไปที่ส่วนอื่น ๆได้อย่างราบรื่น ส่วนสายดินป้องกันการเกิดอาร์คจากเซ็กชั่น live หนึ่งไปยังอีกเซ็กชั่นหนึ่ง เพราะความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าที่อาจจะสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าระบบปกติมาก ถ้าเซ็กชั่น live มีเฟสต่างกันและและเบรกเกอร์วงจรป้องกันอาจจะไม่สามารถหยุดยั้งกระแสได้อย่างปลอดภัย เพื่อป้องกันความเสี่ยงจากการอาร์คระหว่างสาย live กับดิน, เมื่อขบวนรถวิ่งผ่านส่วน neutral, รถไฟต้องไหลไปเองและวงจรเบรกเกอร์จะต้องเปิด ในหลาย ๆ กรณีงานนี้จะทำโดยพนักงานขับรถ. เพื่อช่วยพวกเขา, กระดานเตือนจะถูกจัดให้ก่อนที่จะถึงส่วน neutral กระดานเตือนต้วต่อไปจะแจ้งเตือนพนักงานขับรถให้ปิดวงจรเบรกเกอร์อีกครั้งหนึ่ง, พนักงานขับรถจะต้องไม่ทำเช่นนี้จนกว่า pantograph ตัวหลังจะผ่านกระดานไปแล้ว ในสหราชอาณาจักรอุปกรณ์ที่เรียกกันว่า Automatic Power Control (APC) จะเปิดและปิดวงจรไฟฟ้านี้โดยอัตโนมัติ ซึ่งทำได้โดยการใช้ชุดของแม่เหล็กถาวรควบคู่ไปกับการสลับเส้นทางด้วยเครื่องตรวจจับบนรถไฟ การดำเนินการเฉพาะที่จำเป็นโดยคนขับก็คือการปิดพลังงานไฟฟ้าและปล่อยให้ขบวนไหลเลื่อนไปเอง อย่างไรก็ตามกระดานเตือนยังคงมีในจุดที่และในส่วนที่กำลังเข้าไปยังส่วน neutral

ในเส้นทางรถไฟความเร็วสูงฝรั่งเศส, ในรางเชื่อมอุโมงค์ข้ามช่องแคบความเร็วสูงที่ 1 ของสหราชอาณาจักร, และในอุโมงค์ข้ามช่องแคบ, neutral section จะถูกควบคุมโดยอัตโนมัติ

ในสาย ชิงกันเซ็ง ของญี่ปุ่น section ที่ switch ด้วยกราวด์ ถูกติดตั้งแทน neutral section. section จะตรวจจับขบวนรถไฟที่กำลังวิ่งอยู่ภายใน section นี้ และทำการสลับแหล่งพลังงานโดยอัตโนมัติภายใน 0.3 วินาที, ซึ่งไม่จำเป็นต้องปิดไฟอีกเลย

รถไฟฟ้า

	SIEMENS Model
	ภายหลัง BTS ได้เพิ่มตู้รถไฟฟ้าจากแบบ 3 ตู้ เป็นแบบ 4 ตู้ต่อขบวน ทำให้ขบวนรถไฟฟ้า Siemens model ทั้ง 35 ขบวนได้กลายเป็นรถไฟฟ้าแบบ 4 ตู้ ซึ่งประกอบด้วย ตู้รถไฟฟ้ามีระบบขับเคลื่อน (Motored cars) ที่ด้านหน้าและท้ายของขบวนรถไฟฟ้า และ ตู้รถไฟฟ้าแบบไม่มีระบบขับเคลื่อน (Trailer cars) 2 ตู้อยู่ตรงกลางของขบวนรถไฟฟ้า ตามชนิดดังต่อไปนี้ 1. ตู้รถไฟฟ้าแบบ A-Car มีระบบขับเคลื่อน (Motored cars) และห้องคนขับ (Driving Cab) 2. ตู้รถไฟฟ้าแบบ C-Car ไม่มีระบบขับเคลื่อน (trailer cars) และห้องคนขับ แต่มีแหล่งจ่ายไฟฟ้า (Power Supply) สำหรับ ระบบปรับอากาศ และระบบแสงสว่าง
	โดยที่ตู้รถไฟฟ้าแบบ C-car ที่เพิ่มเข้าไปใหม่นั้น เรียกว่า C1-car มีลักษณะเด่นที่แตกต่างจากเดิมคือ เสาราวจับแบบ 3 ก้าน เพื่ออำนวยความสะดวกให้กับผู้โดยสารซึ่งจะมีราวจับเพิ่มมากขึ้น เพิ่มพื้นที่สำหรับรถเข็นผู้พิการ พร้อมเข็มขัดนิรภัยสำหรับจับยึดรถเข็นผู้พิการและราวจับให้ มีการติดตั้งเครื่องแปลงพลังงานไฟฟ้าขนาดเล็กจาก 750 VDC เป็น 400 VAC เพื่อจ่ายให้กับอุปกรณ์เครื่องปรับอากาศภายในตู้โดยสารใหม่โดยเฉพาะ มีการนำเอาระบบควบคุมการห้ามล้อแบบใหม่เรียกว่า EP2002 ซึ่งตัวอุปกรณ์จะรวมระบบการควบคุมด้วยลมและไฟฟ้าอยู่ในอุปกรณ์เดียวกัน มีวงจรปรับอากาศ 2 วัฏจักร ใช้น้ำยาปรับอากาศ R407C ลักษณะต่อพ่วงของรถไฟฟ้า 4 ตู้ คือ A-C-C1-A ระบบขับเคลื่อนของรถไฟฟ้าได้รับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงขนาด 750 โวลท์ (DC Voltage) จากรางที่สาม (Third Rail Traction Power) ผ่านชุดแปลงกระแสไฟฟ้าสลับระบบขับเคลื่อน (Traction Convertor Units) เพื่อจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับให้กับชุดมอเตอร์ขับเคลื่อนที่ติดตั้งอยู่บนเพลาล้อของรถ A-car ทั้งสองตู้ ในทำนองเดียวกันตู้รถไฟฟ้า C-car ทั้งสองตู้ตรงกลางได้รับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงขนาด 750 โวลท์จากรางที่สาม (Third Rail Traction Power) แปลงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ 3 เฟส 400 โวลท์ และไฟฟ้ากระแสตรง 110 โวลท์ เพื่อใช้ในระบบปรับอากาศ และชาร์จแบตเตอรี่ ตามลำดับ ขบวนรถไฟฟ้า 4 มีความยาวตลอดทั้งขบวน 86.6 เมตร กว้าง 3.12 เมตร รองรับผู้โดยสารได้สุงสุดจำนวน 1490 คน (มีผู้โดยสารนั่งเต็มทุกที่นั่ง และ ผู้โดยสารยื่น) ที่น้ำหนักบรรทุก (Load Condition) 8 คน ต่อ ตารางเมตร จำนวนที่นั่งผู้โดยสาร 42 ที่นั่ง ต่อ ตู้ และ 168 ที่นั่งทั้งขบวน มีประตูโดยสารเลื่อนปิดเปิดด้านนอกตัวรถ (Sliding door) ควบคุมการทำงานด้วยระบบควบคุมกับมอเตอร์ไฟฟ้า มีความกว้างเมื่อเปิดสุด 1.4 เมตร จำนวน 16 บานต่อด้าน ตัวรถทำด้วยเหล็กปลอดสนิม ติดตั้งระบบปรับอากาศ พร้อมหน้าต่างชนิดกันแสง

เครื่องยนต์รถไฟ

รถจักรไอน้ำ

รถจักรไอน้ำมีหลักการทำงานเหมือนกันหมด คือ ใช้เชื้อเพลิงต้มน้ำให้เดือดกลายเป็นไอ แล้วไปดันลูกสูบขับล้ออีกที แต่รถจักรแต่ละรุ่นจะแตกต่างกันที่กำลัง ซึ่งขึ้นอยู่กับขนาดของบอยเลอร์ พื้นที่รับความร้อน ปริมาณเชื้อเพลิงที่ใช้ ลักษณะเด่นที่แตกต่างกันของรถจักรไอน้ำ คือรถแต่ละรุ่นล้อจะไม่เหมือนกัน ทางผู้ผลิตจะกำหนดแบบล้อ (Wheel Arrangement) ว่าเป็นแบบไหน ซึ่งจะใช้งานต่างกัน เช่น รถโดยสาร รถสินค้าขนาดหนัก รถสายสั้นทั่วไป และทางยุโรปกับอเมริกา ก็จะใช้ความนิยมแตกต่างกัน ด้วยภูมิประเทศ น้ำหนักลากจูง ระยะทางที่รถต้องวิ่งตอนนี้จะบอกถึงรายละเอียดของการออกแบบรถจักรไอน้ำที่มีใช้งานอยู่เช่น Cab Forward , BigBoy , Mallet

รถจักรไอน้ำ 2-8-2 Mikado ต้นแบบเป็นญี่ปุ่นนิยมลากรถสินค้า 2 คือ ล้อนำมีไว้ทรงตัวขณะเข้าโค้ง รักษาระยะต่างๆ แต่ไม่ใช้ล้อกำลัง 8 คือ ล้อที่มีข้อชักรับกำลังจากลูกสูบ เป็นล้อขับซ้าย-ขวาข้างละ 4 ล้อ 2 ต่อหลัง เป็นล้อตามไม่มีชุดขับเอาไว้รับน้ำหนักและทรงตัวในทางโค้ง ข้างละ 1 ล้อ

รถจักรไอน้ำ 4-6-2 Pacific ใช้ลากรถโดยสาร 4 เป็นล้อนำข้างละ 2 ล้อ , 6 มาจากข้างละ 3 ล้อ ที่มีตัวขับรับกำลัง, 2 มาจากล้อตาม ข้างละ 1 ล้อ

หัวรถจักรแบบ 4-6-0 4 คือ ล้อเล็กข้างหน้า 4 ล้อ 6 คือ ล้อถัดมาเป็นล้อใหญ่ 6 ล้อ 0 หมายถึงล้อหลังไม่มีล้อเล็ก

รถจักรดีเซล  S.L.M Winterthur หัวรถจักรดีเซล เอส แอล เอ็ม วินเตอร์เชอร์ รุ่น 21 - 22 หัวรถจักรรุ่นนี้มีจำนวน 2 คัน กำลัง 200 แรงม้า ความเร็วสูงสุด 40 กม./ชม. รถจักรดีเซลรุ่นแรกที่นำมาใช้ในเมืองไทย  และเป็นประเทศแรกในเอเชียอาคเนย์ที่ได้นำรถจักรดีเซลมาใช้ ประเทศผู้สร้าง  สวิสเซอร์แลนด์ นำมาใช้ในปี พ.ศ. 2471 หัวรถจักรประวัติศาสตร์คันนี้ปัจจุบันตั้งอยู่ที่หน้าตึกบัญชาการรถไฟ Davenport 580 หัวรถจักรดีเซล Davenport รุ่น 571 - 585 หัวรถจักรรุ่นนี้มีจำนวน 15 คัน กำลัง 2 คูณ 500 แรงม้า ความเร็วสูงสุด 92 กม./ชม. ประเทศผู้สร้าง  สหรัฐอเมริกา นำมาใช้ในปี พ.ศ. 2498 ปัจจุบันเลิกใช้งานและถูกตัดออกจากบัญชีแล้ว ภาพนี้ถ่ายที่ โรงรถจักรดีเซลบางซื่อ   HUNSLED หัวรจักรดีเซล HUNSLED รุ่น 23 - 27 รถจักรรุ่นนี้มีจำนวน 5 คัน สั่งซื้อจากประเทศอังกฤษ เครื่องยนต์ 8 สูบ 240 แรงม้า ความเร็วสูงสุด 19.5 กม./ชม. ใช้งานเมื่อ ปี พ.ศ. 2508 ปัจจุบันบางคันยังใช้งานอยู่โดยใช้ในการสับเปลี่ยนเพื่อทำขบวนรถไฟ บริเวณสถานี คันนี้เลิกใช้งานแล้ว ปัจจุบันตั้งอยู่ที่ พิพิธภัณฑ์รถไฟ ชมรมเรารักรถไฟ หลังสวนจตุจักร เปิดให้เข้าชมในวันเสาร์ - อาทิตย์  ตั้งแต่เวลา 0700 - 1200 น. หัวรถจักรดีเซล HENSCHEL รุ่น 3001 - 3027 รถจักรรุ่นนี้มีจำนวน 27 คัน กำลัง 1200 แรงม้า ความเร็วสูงสุด 90 กม./ชม. ประเทศผู้สร้าง   เยอรมันเป็นหัวรถจักรดีเซลที่ขับเคลื่อนด้วยระบบไฮโดรลิค  เรียกกันว่า "ดีเซลไฮโดรลิค" นำมาใช้งานเมื่อ ปี พ.ศ. 2507 เลิกใช้งานแล้ว ปัจจุบันเลิกใช้งานและตัดบัญชีไปแล้ว  ภาพนี้ถ่ายที่ โรงรถจักรธนบุรี KRUPP หัวรถจักรดีเซล KRUPP รุ่น 3101 - 3130 รถจักรรุ่นนี้มีจำนวน 30 คัน กำลัง 1500 แรงม้า  ความเร็วสูงสุด 90 กม./ชม. ประเทศผู้สร้าง เยอรมัน เป็นหัวรถจักรดีเซลที่ขับเคลื่อนด้วยระบบไฮโดรลิครุ่นสุดท้ายที่ยังใช้งานอยู่  เรียกกันว่า "ดีเซลไฮโดรลิค" นำมาใช้งานเมื่อปี พ.ศ. 2512 ปัจจุบันใช้งานอยู่ในแขวงการทางแถบภาคใต้ครับ GE(K) 4022 หัวรถจักรดีเซล GE รุ่น 4001 - 4050 เป็นหัวรถจักรดีเซลที่ขับเคลื่อนด้วยระบบไฟฟ้า  เรียกกันว่า "ดีเซลไฟฟ้า" กำลัง 2 คูณ 660 แรงม้า หัวรถจักร GE ที่หมายเลขรถขึ้นต้นด้วย 40- - เป็นหัวรถจักร GE รุ่นแรกที่การรถไฟสั่งเข้ามาใช้งาน มีอยู่ทั้งหมด 50 คัน ตั้งแต่หมายเลข 4001 - 4050 ประเทศผู้สร้าง  สหรัฐอเมริกา นำมาใช้งาน ในปี 2507 - 2509  ปัจจุบันยังใช้งานอยู่    หัวรถจักรดีเซลที่ใช้งานอยู่ในปัจจุบัน GE(K) 4034 หัวรถจักรดีเซลที่ใช่อยู่ในปัจจุบัน มีอยู่ด้วยกัน 4 ยี่ห้อ คือ KRUPP ALSTHOM HITACHI GE (GENERAL ELECTRIC) GRUPP เป็นหัวรถจักรดีเซลไฮโดรลิคส์ ใช้ระบบขับเคลื่อนด้วยเฟืองส่งกำลังไปยังเพลาและล้อเพื่อขับเคลื่อนหัวรถจักรอีกต่อหนึ่ง หัวรถจักยี่ห้อนี้ไม่กลัวน้ำ เมื่อเวลาน้ำท่วมรางรถไฟ การรถไฟจะใช้หัวรถจักรยี่ห้อนี้ไปแทนหัวรถจักรดีเซลไฟฟ้าซึ่งถูกน้ำไม่ได้เพราะใช้ระบบขับเคลื่นด้วยไฟฟ้า ALSTHOM , HITACHI , GE  เป็นหัวรถจักรดีเซลไฟฟ้า ใช้ระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า  เครื่องยนต์ของหัวรถจักรยี่ห้อต่าง ๆ เหล่านี้ไม่ได้ทำหน้าที่ขับเคลื่อนหัวรถจักรโดยตรง แต่เครื่องยนต์จะทำหน้าที่ปั่นไดนาโมให้กำเนิดไฟฟ้าแล้วส่งไปยังมอเตอร์กำลังเพื่อไปฉุดเพลาล้อให้ขับเคลื่อนอีกทีหนึ่ง หัวรถจักรแต่ละหัวจะมีเพลาล้อ 6 เพลา จึงใช้มอเตอร์ทั้งหมด 6 ตัวครับ  ดังนั้นถ้าเกิดกรณีน้ำท่วมรางรถไฟสักประมาณ 10 ซ.ม. หัวรถจักรเหล่าไม่สามารถแล่นได้เพราะน้ำจะเข้าไปในมอเตอร์ซึ่งอยู่ใต้ท้องของตัวรถจักรอาจทำให้ไฟฟ้าว๊อตเสียหายได้ ตัวอย่างภาพข้างบนนี้ คือ ภาพรถไฟ ขบวนที่ 374 ปราจีนบุรี - กรุงเทพ ใช้หัวรถจักรดีเซลยี่ห้อ GE(K) รุ่น 4034 หัวรถจักรยี่ห้อ GE(K) เลขรุ่นจะขึ้นต้นด้วย 40- - การรถไฟนำมาใช้งานอยู่ 50 คัน เริ่มตั้งแต่ 4001 ถึง 4050 ครับ ปัจจุบันหัวรถจักรรุ่นนี้ส่วนใหญ่จะนำไปช้กับรถสินค้า จะใช้กับรถโดยสารบ้างก็ไม่กี่คัน ภาพรถไฟ ขบวนที่ 228 อุบลราชธานี - พหลโยธิน  ใช้หัวรถจักรยี่ห้อ ALSTHOM รุ่น 4225 หัวรถจักรดีเซล ALSTHOM ที่การรถไฟนำมาใช้มีอยู่ด้วยกันหลายคัน และมีหลายรุ่น คือ รุ่นที่ขึ้นต้นด้วย 41- - , 42- - , 43- - , 44- - ตามลำดับ รุ่น ALSTHOM(ALS) หมายเลข 4101 - 4154 มีจำนวน 54 คัน  กำลัง 2400 แรงม้า ความเร็วสูงสุด 95 กม./ชม. สร้างที่ประเทศฝรั่งเศษ  นำมาใช้เมื่อปี พ.ศ. 2518 รุ่น ALSTHOM(AHK) หมายเลข 4201 - 4230 มีจำนวน 30 คัน  กำลัง 2400 แรงม้า ความเร็วสูงสุด 100 กม./ชม. สร้างที่ประเทศฝรั่งเศษ  นำมาใช้เมื่อปี พ.ศ. 2523 รุ่น ALSTHOM(ALD) หมายเลข 4301 - 4309 มีจำนวน 9 คัน  กำลัง 2400 แรงม้า ความเร็วสูงสุด 100 กม./ชม. สร้างที่ประเทศฝรั่งเศษ  นำมาใช้เมื่อปี พ.ศ. 2526 รุ่น ALSTHOM(ADD) หมายเลข 4401 - 4420 มีจำนวน 20 คัน  กำลัง 2400 แรงม้า ความเร็วสูงสุด 100 กม./ชม. สร้างที่ประเทศฝรั่งเศษ  นำมาใช้เมื่อปี พ.ศ. 252528 หมายเหตุ หัวรถจักรดีเซล ALSTHOM เป็นหัวรถจักรที่การรถไฟฯนำมาใช้มากที่สุดในปัจจุบัน มีถึง 113 คัน ภาพรถสินค้า ใช้หัวรถจักรยี่ห้อ HITACHI รุ่น 4503 หัวรถจักรดีเซล HITACHI มีอยู่ด้วยกัน 22 คัน เลขรุ่นจะขึ้นต้นด้วย 45- - เริ่มตั้งแต่ 4501 ถึง 4522 GE(A) 4530 ภาพรถไฟ ขบวนที่ 136 อุบลราชธานี - กรุงเทพ  ใช้หัวรถจักร ยี่ห้อ GE(A) รุ่น 4530 หัวรถจักรดีเซลรุ่น GE(A) มีอยู่ด้วยกัน 38 คัน เริ่มตั้งแต่ 4523 ถึง 4560

รถจักรดีเซลไฟฟ้า เป็นรถจักรที่ใช้เครื่องยนต์ดีเซลเป็นต้นกำลัง โดยใช้กำลังจากเครื่องดีเซลไปหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าประธาน แล้วนำกระแสไฟฟ้าที่ได้มาไปหมุนมอเตอร์ขับเคลื่อนรถจักรต่อไป ปัจจุบันการรถไฟไทยมีรถจักรดีเซลไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่ 7 รุ่น

รถจักรดีเซลไฟฟ้า คือรถจักรที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าที่มีต้นกำลังจากเครื่องยนต์ดีเซล โดยที่เครื่องยนต์ดีเซลจะหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าไปจ่ายให้มอเตอร์ไฟฟ้าเพื่อทำขับเคลื่อนเพลาให้รถเคลื่อนที่ต่อไป ประเทศไทยเป็นประเทศแรกในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ที่นำรถจักรดีเซลไฟฟ้ามาใช้ในปี พ.ศ. 2471 (ค.ศ. 1928)

รายชื่อรถจักรในปัจจุบัน[แก้]

รหัสรุ่น	ผู้ผลิต	เลขที่	ผลิตเมื่อ	จำนวนคัน	(แรงม้า)	ความเร็วสูงสุด (กม./ ชม.)	ภาพ	คำอธิบาย / หมายเหตุ
UM12C (GE)	จีอี	4001-4050	พ.ศ. 2507(4001-4040) พ.ศ. 2509(4041-4050)	50	1320 (2 × 660)	103		• ได้รับการทาสีใหม่เมื่อตั้งแต่ปี พ.ศ. 2553 โดยคันแรกที่ทาสีคือหมายเลข 4045 • ตัดบัญชี 5 คัน • ระบบห้ามล้อแบ่งเป็น 3 ประเภท คือ ลมดูด ลมอัด ลมดูด/ลมอัด • นำเข้าทั้งหมด 2 ชุด โดยชุดแรก (4001-4040) นำเข้ามาก่อน ส่วนชุดที่ 2 (4041-4050) นำเข้ามาเพื่อทดแทนรถจักรพลีมัทที่ได้มอบมาก่อนหน้านี้
AD24C (ALS)	เอแอลเอส	4101-4154	พ.ศ. 2517 – พ.ศ. 2518	54	2250	95		• ชุดแรกของรถจักร AD24C • ได้รับการทาสีใหม่เมื่อตั้งแต่ปี พ.ศ. 2553 โดยคันแรกที่ทาสีคือหมายเลข 4123 • ได้ดัดแปลงติดตั้งเครื่องยนต์ MTU หรือ Caterpillar เป็นบางคัน โดยคันแรกที่ติดตั้งคือหมายเลข 4140[1] • ตัดบัญชี 8 คัน
AD24C (AHK)	เอเอชเค	4201-4230	พ.ศ. 2523 – พ.ศ. 2524	30	2250	100		• ชุดที่ 2 ของรถจักร AD24C •ผลิตร่วมกับบริษัท กรุปป์ และ เฮนเชล โดยทั้ง2บริษัทได้รับลิขสิทธิ์โครงประธานจากอัลสธอม • ได้รับการทาสีใหม่เมื่อตั้งแต่ปี พ.ศ. 2553 โดยคันแรกที่ทาสีคือหมายเลข 4205 • ได้ดัดแปลงติดตั้งเครื่องยนต์ MTU หรือ Caterpillar เป็นบางคัน โดยคันแรกที่ติดตั้งคือหมายเลข 4224 • ตัดบัญชี 2 คัน
AD24C (ALD)	เอแอลดี	4301-4309	พ.ศ. 2526	9	2250	100		• ชุดที่ 3 ของ AD24C • ได้รับการทาสีใหม่เมื่อตั้งแต่ปี พ.ศ. 2553 โดยคันแรกที่ทาสีคือหมายเลข 4305 • ได้ดัดแปลงติดตั้งเครื่องยนต์ Caterpillar เป็นบางคัน โดยคันแรกที่ติดตั้งคือหมายเลข 4306 • ตัดบัญชี 2 คัน
AD24C (ADD)	เอดีดี	4401-4420	พ.ศ. 2528	20	2250	100		• ชุดสุดท้ายของ AD24C • ได้รับการทาสีใหม่เมื่อตั้งแต่ปี พ.ศ. 2553 โดยคันแรกที่ทาสีคือหมายเลข 4419 • ได้ดัดแปลงติดตั้งเครื่องยนต์ MTU หรือ Caterpillar เป็นบางคัน โดยคันแรกที่ติดตั้งคือหมายเลข 4404 • ตัดบัญชี 3 คัน
8FA-36C (HID)	ฮิตะชิ	4501-4522	พ.ศ. 2536	22	2860 (2 × 1430) =ก่อนลดสเตจเทอร์โบ 2500 (2*1250) =หลังลด	100		• ใช้เครื่องยนต์ KTTA-50L ปัจจุบันได้ลดสเตจเทอร์โบลง ทำให้รหัสเครื่องยนต์เป็น KTA-50Lเหมือนจีอีเอ • ได้รับการทาสีใหม่เมื่อตั้งแต่ปี พ.ศ. 2553 โดยคันแรกที่ทาสีคือหมายเลข 4510 • ตัดบัญชี 1 คัน
CM22-7i (GEA)	จีอีเอ	4523-4560	พ.ศ. 2538 – พ.ศ. 2539	38	2500 (2 × 1250)	100		• ใช้เครื่องยนต์ KTA-50L • ได้รับการทาสีใหม่เมื่อตั้งแต่ปี พ.ศ. 2553 โดยคันแรกที่ทาสีคือหมายเลข 4536 • ตัดบัญชี 2 คัน
CSR Qishuyan U20 (SDA3)	ซีเอสอาร์ ชิซูเยี่ยน	5101 - 5120	พ.ศ. 2557 - พ.ศ. 2558	20	3,800	110		• ส่งมอบครบแล้ว20คัน คือหมายเลข 5101-5120 •
500 HP (Davenport)	ดาเวนพอร์ต	511-540	พ.ศ. 2495 (511-530) พ.ศ. 2500 (531-540)	30	500 (1 × 500)	82		• ส่วนใหญ่ตัดบัญชีและนำตัวรถไปประมูลขายเรียบร้อยแล้ว • บางส่วนรอซ่อมที่มักกะสัน • ที่ใช้งานได้ในขณะนี้ มีจำนวน 4 คัน ได้แก่ หมายเลข 527, 530, 535, 540 (โดยทั้ง 4 คันนี้อยู่ที่ สถานีรถไฟพิษณุโลกสถานีรถไฟอุตรดิตถ์ สถานีรถไฟนครราชสีมา และสถานีรถไฟนครลำปางตามลำดับ)

 

ระบบขับเคลื่อนรถไฟ

 ระบบขับเคลื่อนทางกล และระบบขับด้วยไฮโดรลิคส์ ซึ่งทั้งสองระบบนั้นมีข้อด้อย คือ ระบบขับเคลื่อนทางกลนั้นมีชิ้นส่วนเคลื่อนที่มาก และถ้าต้องการให้ส่งกำลังชิ้นส่วนที่ใช้ในการส่งกำลังจะมีขนาดใหญ่ และมีน้ำหนักมาก ทำให้มีความยุ่งยากในการบังคับควบคุมตลอดจน ยากต่อการซ่อมบำรุง 

ส่วนระบบการส่งกำลังด้วยไฮโดรลิคส์นั้น แม้จะมีชิ้นส่วนที่ใช้ในระบบส่งกำลังน้อยกว่า แต่ก็ต้องใช้สารตัวกลางในการส่งกำลังซึ่งในที่นี้ คือ น้ำมันไฮโดรลิคส์ เนื่องจากน้ำมันไฮโดรลิคส์นั้นเป็นของเหลว ดังนั้น จึงมีการรั่วไหลในขณะทำการส่งถ่ายกำลังงาน นี่จึงเป็นเหตุผลที่ชัดเจนว่า ทำไมระบบการส่งกำลังด้วยไฮโดรลิคส์จึงไม่สามารถส่งกำลังได้เต็ม 100 เปอร์เซนต์ โดยจะส่งกำลังได้เพียง 90 – 95 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น นั่นหมายความว่า เพลาที่ส่งกำลังออกไปขับเคลื่อน กับเพลาที่รับกำลังเข้านั้น หมุนด้วยความเร็วไม่เท่ากันตลอดเวลาที่มีการส่งกำลัง ซึ่งเพลาส่งกำลังออกนั้น จะหมุนช้ากว่าเพลาที่รับกำลังเข้าเสมอ 

และถ้าถามว่ากำลังงานที่ส่งนั้นหายไปไหน ก็ขอตอบว่าหายไปเป็นความร้อน เนื่องมาจากการลื่นไถลภายในเนื้อของของเหลวที่ใช้ในการส่งกำลัง ดังนั้น น้ำมันที่ใช้ในการส่งกำลังจึงต้องมีการระบายความร้อนเพื่อควบคุมความหนืดให้คงที่ เพื่อให้ได้สมรรถนะในการส่งกำลังได้สูงที่สุด และถ้าน้ำมันที่ใช้ในการส่งกำลังมีอุณหภูมิสูงเกินไป ก็จะทำให้สูญเสียสมรรถนะในการส่งกำลังเนื่องจากน้ำมันจะมีความหนืดลดลง ทำให้เกิดการรั่วไหลในระบบส่งกำลังมากขึ้น 

ดัวยเหตุนี้ รถจักรที่ใช้ระบบขับเคลื่อนด้วยไฮโดรลิคส์จึงไม่เหมาะสมในการทำขบวนรถที่มีน้ำหนักมาก ๆ ขึ้นทางลาดชันด้วยความเร็วต่ำ ๆ เป็นเวลานาน ๆ หรือเป็นระยะทางไกล ๆ ครับ เพราะในการขับเคลื่อนดังลักษณะที่กล่าวมานี้ จะทำให้เพลารับกำลังเข้ากับเพลาส่งกำลังออกหมุนด้วยความเร็วต่างกันมาก เป็นผลทำให้น้ำมันส่งกำลังมีอุณหภูมิสูงอย่างต่อเนื่องจนน้ำมันไม่สามารถรักษาความหนืดเอาไว้ได้ เป็นเหตุให้ห้องส่งกำลังสูญเสียสมรรถนะในการส่งกำลังในที่สุด ดังนั้น ยานพาหนะที่ใช้ระบบการส่งกำลังด้วยไฮโดรลิคส์จึงจะต้องมีข้อกำหนดในการใช้งานในลักษณะว่า “ถ้าจำเป็นต้องขับเคลื่อนในลักษณะ บรรทุกหนัก หรือลากจูงขึ้นทางลาดชันด้วยความเร็วต่ำต่อเนื่องเป็นระยะเวลานาน ๆ จำเป็นจะต้องมีช่วงเวลาหยุดพักเพื่อให้ระบบส่งกำลังได้ลดอุณหภูมิลงบ้าง” ในรถจักรดีเซลไฮโดรลิคส์ก็เช่นกัน และระบบส่งกำลังแบบไฮโดรลิคส์นั้น ยังมีข้อด้อยอีกประการหนึ่งก็คือ ถ้าเป็นระบบใหญ่ ๆ ที่สามารถส่งกำลังได้ในระดับเป็นพันแรงม้า ชุดเครื่องแปลงแรงบิด หรือทอร์คคอนเวอร์เตอร์นั้น จะมีขนาดใหญ่มาก ถ้ายังนึกภาพไม่ออกก็ให้ลองไปดูทอร์คคอนเวอร์ของรถปิคอัพ หรือรถเก๋งครับ เราจะเห็นว่ามีขนาดประมาณกระทะที่ใช้ทำกับข้าวในครัวบ้านเรานั่นล่ะครับ ถ้าเป็นของรถโดยสารขนาด รถเมล์ ขสมก. หรือรถแทรคเตอร์ขนาดสัก 200 แรงม้า ทอร์คคอนเวอร์เตอร์ก็จะมีขนาดเท่า ๆ กระทะใบใหญ่ ๆ ที่เค้าทอดของขายในตลาดน่ะครับ 

เพราะฉะนั้นถ้าเป็นทอร์คคอนเวอร์เตอร์ของรถจักรดีเซลขนาดสัก 1,500 แรงม้า อย่างรถจักรกรุปป์ล่ะก็ ขนาดจะพอ ๆ กับกระทะใบบัวเอาเลยล่ะครับ เพราะฉะนั้นปริมาณน้ำมันส่งกำลังที่ใช้จะมากมายมหาศาลอย่างที่เรา ๆ ท่าน ๆ คาดไม่ถึงเอาเลยทีเดียว 

ท่านผู้อ่านพอจะทราบไหมล่ะครับว่า รถยนต์เกียร์อัตโนมัติที่เรา ๆ ท่าน ๆ ขับกันอยู่ทุกเมื่อเชื่อวันนี้ ใช้น้ำมันในระบบส่งกำลังกี่ลิตร ก็ราว ๆ 5-8 ลิตรครับ แต่ถ้าเป็นรถจักรดีเซลไฮโดรลิคส์ ที่ไม่ใช่รถสับเปลี่ยนล่ะก็ ไม่ต่ำกว่า 200 ลิตร ครับ เพราะฉะนั้น ความยุ่งยากอีกประการหนึ่งคือ การบำรุงรักษา และการซ่อมแซมครับ ถ้าพูดกันแบบซ่อมรถยนต์ทั่ว ๆ ไปก็คือว่า “รื้อเกียร์ทีนึงนี่แทบโกลาหลทั้งโรงซ่อมเอาเลยทีเดียวครับ” 

และนอกจากนี้ ถ้าเราต้องการให้ระบบนี้มีความสามารถในการส่งกำลังได้มาก ๆ ทอร์คคอนเวอร์เตอร์ก็จะมีขนาดใหญ่มากขึ้นตามไปด้วย ผลที่ตามมากจะทำให้ชิ้นต่าง ๆ ในชุดทอร์คคอนเวอร์เตอร์ เช่น อิมเพลเลอร์ เทอร์ไบน์ และสเตเตอร์ มีขนาดใหญ่มากขึ้น ทำให้มีน้ำหนักมาก ไม่สะดวกในการใช้งานและการซ่อมบำรุง ตลอดจนมีค่าใช้จ่ายระหว่างการใช้งานสูง เพราะฉะนั้นจากข้อด้อยตรงนี้ จึงทำให้เราจำเป็นต้องพิจารณาระบบขับเคลื่อนอีกระบบคือ ระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า 

ถ้าถามว่า ระหว่างระบบขับเคลื่อนด้วยไฮโดรลิคส์ กับระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า ระบบไหนถูกพัฒนาขึ้นมาใช้งานก่อนกัน ผมก็ขอตอบว่า ระบบไฟฟ้าครับ เพราะมาแทบจะไล่ ๆ กับรถจักรไอน้ำเอาเลยทีเดียว แต่เนื่องจากในยุคแรกนั้น วิศวกรไฟฟ้ายังไม่สามารถพัฒนาระบบส่งจ่ายไฟฟ้า ระบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และระบบมอเตอร์ไฟฟ้าขับเคลื่อนให้สามารถส่งจ่ายกระแสไฟฟ้าได้มาก ๆ ในระทางไกล ๆ และ มอเตอร์ไฟฟ้าที่มีกำลังฉุดลากสูง ๆ ตลอดจนเครื่องยนต์ดีเซลต้นกำลังที่มีสมรรถนะสูง และมีน้ำหนักไม่มากนักได้จึงทำให้วิศวกรรถไฟ และวิศวกรเครื่องกล จึงต้องหันไปหาระบบขับเคลื่อนไฮโดรลิคส์ก่อนระยะหนึ่ง ก่อนที่ระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าจะเข้ามาแทนที่ในเวลาต่อมา 


ระบบการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า 

หลังจากที่สงครามโลกครั้งที่ 2 จบสิ้นลง ความก้าวหน้าทางด้านเทคโนโลยีเครื่องยนต์และเครื่องจักรกลมากขึ้น ไม่เว้นแม้แต่ทางด้านของรถไฟ เพราะรถไฟนั้นได้พิสูจน์ให้เห็นแล้วว่า การขนส่งทางบกนั้นรถไฟจะสามารถขนส่งสินค้า และมวลชนได้ในปริมาณมาก ๆ ในขณะที่ใช้พลังงานในการขับเคลื่อนน้อยกว่าการขนส่งทางรถยนต์ในปริมาณเท่า ๆ กัน ไม่ว่าจะเป็นการขนส่งสินค้า หรือขนส่งมวลชน 

จากความสำเร็จในการนำเอาไฟฟ้ามาขับเคลื่อนรถราง จึงได้มีการนำเอาไฟฟ้ามาใช้ในการขับเคลื่อนรถไฟด้วย เนื่องจากว่า มีความต้องการในขนส่งสินค้าเพื่อการพัฒนาในด้านต่าง ๆ มากขึ้นเรื่อย ๆ 

สมรรถนะของรถจักรไอน้ำเริ่มถึงจุดที่จะไม่สามารถที่จะพัฒนาต่อไปได้ ในขณะที่ระบบส่งจ่ายกระแสไฟฟ้ายังไม่สามารถตอบสนองได้ทั้งหมด ดังนั้น ระบบการขับเคลื่อนแบบดีเซลไฟฟ้าจึงได้ถูกเลือกเพื่อการนี้ ซึ่งในขณะนั้นเครื่องยนต์ดีเซลให้มีความก้าวหน้ามากขึ้น โดยมีขนาดที่เล็กลง มีน้ำหนักน้อยลง มีกำลังขับเคลื่อนมากขึ้น มีความเร็วรอบหมุนสูงขึ้น ดังนั้น จึงได้เกิดเป็นแนวความคิดที่จะนำเอาเครื่องยนต์ดีเซลมาขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแล้วนำไฟฟ้าที่ได้จ่ายให้กับมอเตอร์ขับเคลื่อนโดยตรง โดยผ่านชุดควบคุมเพื่อให้รถจักรสามารถขับเคลื่อนเดินหน้าถอยหลังได้ 

ในยุคแรก ๆ นั้น ระบบการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า เป็นระบบที่ใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบไฟฟ้ากระแสตรง และมอเตอร์ขับเคลื่อนก็ใช้มอเตอร์กระแสตรง หรือที่เราเรียกว่าระบบ DC-DC แต่เมื่อมีความต้องการกำลังขับเคลื่อนมากขึ้นจนเกินกว่าที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงจะตอบสนองได้ ระบบของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจึงถูกพัฒนาให้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ แต่ระบบมอเตอร์ขับเคลื่อนยังคงเป็นระบบไฟฟ้ากระแสตรงอยู่ 

และถ้าถามว่าแล้วเอาไฟฟ้ากระแสสลับมาขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงได้อย่างไร ผมก็จะตอบว่า ไฟฟ้ากระแสสลับจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จะถูกนำไปผ่านอุปกรณ์ที่เรียกว่าชุดเร็กติไฟเออร์ ซึ่งจะทำหน้าที่เรียงกระแสสลับให้เป็นกระแสตรง จากนั้น ก็จะนำไปผ่านชุดควบคุมก่อนที่จะนำไปป้อนให้กับมอเตอร์ขับเคลื่อนต่อไป แต่เนื่องจากมอเตอร์ขับเคลื่อนแบบไฟฟ้ากระแสตรงนั้นมีขีดจำกัดอยู่ตรงที่ว่า ถ้าต้องการให้มีกำลังขับเคลื่อนมาก ๆ มอเตอร์จะมีขนาดใหญ่และมีน้ำหนักมาก นอกจากนี้ ยังมีข้อจำกัดอีกประการหนึ่งที่สำคัญมาก คือ ถ้าให้ทำงานที่ความเร็วต่ำ ๆ เต็มกำลังต่อเนื่องเป็นเวลานาน ๆ เช่น ใช้รถจักรทำขบวนเต็มหน่วยลากจูงขึ้นทางลาดชันด้วยความเร็วต่ำ ๆ เป็นระยะทางยาว ๆ ก็อาจทำให้มอเตอร์มีอายุการใช้งานสั้นลง หรือเสียหายได้ครับ 

จากขีดจำกัดข้อนี้ ทำให้วิศวกรไฟฟ้าจำเป็นต้องพัฒนามอเตอร์ขับเคลื่อนระบบไฟฟ้ากระแสสลับขึ้นมาเพื่อใช้ในการนี้ ทั้งที่ในทางปฏิบัติจริงแล้ว การเปลี่ยนแปลงความเร็วมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ รวมไปถึงการกลับทิศทางการหมุนของมอเตอร์นั้น ยากกว่ามอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงมาก แต่จากจุดเด่นที่ดีกว่าในโครงสร้างของมอเตอร์ที่สามารถทำงานแบบเต็มกำลังที่ความเร็วต่ำ ๆ ได้ดี และมีขนาดเล็กกว่า ตลอดจนน้ำหนักที่เบากว่า จึงทำให้วิศวกรรถไฟต้องหาทางนำมาใช้ในระบบขับเคลื่อนรถจักรดีเซลไฟฟ้าให้ได้ และในเวลาเดียวกัน จากการที่อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำประเภทกำลังสูงได้ถูกพัฒนาขึ้นมาอย่างต่อเนื่อง โดยอุปกรณ์ดังกล่าวมีขนาดเล็กลง และมีสมรรถนะสูงขึ้น นั่นคือ สามารถทำงานที่แรงเคลื่อนสูง ๆ กระแสสูง ๆ ได้ดี ตลอดจนสามารถทำงานในสภาวะแวดล้อมที่ไม่ดีนัก อย่างภายในห้องเครื่องของรถจักรดีเซลที่มีทั้งความร้อน ความชื้น ไอน้ำมัน หรือก๊าซไอเสียได้ดี ดังนั้น อุปกรณ์ควบคุมมอเตอร์ในลักษณะโมดูลจึงถูกพัฒนาขึ้นเพื่อใช้ในการนี้ทำให้ระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าแบบ AC-AC ถูกพัฒนาขึ้นมาใช้ในรถจักรดีเซลไฟฟ้าอย่างแพร่หลายครับ