miniaturadeimagen|Dos locomotoras class 90 de Freightliner arrastrando un tren de carga por Ipswich Reino Unido miniatura|Una locomotora ALP-46 AC del New Jersey Transit basada en la DBAG Clase 101.
Una locomotora eléctrica es una locomotora alimentada por una fuente externa de energía eléctrica. La fuente externa puede ser catenaria, tercer riel, o por medio de un dispositivo de almacenamiento a bordo, como baterías, baterías inerciales o pilas de combustible.
Las locomotoras impulsadas por motores eléctricos con motores primarios a bordo de combustible líquido, como los motores diésel o turbinas de gas, son clasificadas como locomotoras Diésel-Eléctricas o locomotoras turbina de gas-eléctricas, debido a que la combinación de motor/generador solo sirve como un sistema de transmisión de energía.
Características miniatura|La locomotora eléctrica 253.102 de COMSA con el papelero Barcelona-Morrot -> El Espartal, dejando atrás la estación de San Sadurní de Noya.
Una ventaja de la electrificación es que los motores eléctricos son los de mayor rendimiento y menor peso relativo, lo que permite que las locomotoras sean mucho más potentes a igualdad de peso y tamaño. Además, tienen menores costos de mantenimiento y no deben llevar al combustible cargado, aunque dependen de suministro exterior. Puede añadirse la ausencia de polución por parte de la locomotora en sí misma.
La centrales eléctricas, incluso cuando queman combustibles fósiles, son por mucho más limpias que los motores móviles como los motores primarios de las locomotoras. Además, la energía de las locomotoras eléctricas puede venir de fuentes limpias o renovables, incluyendo energía geotérmica, hidráulica, nuclear, solar, y eólica. Las locomotoras eléctricas también ganan al compararlas con las locomotoras diésel debido a que no tiene motor ni ruido de escape, y menor ruido de transmisión mecánica. La falta de componentes con movimiento alternativo hace que las locomotoras sean más "amigables" con la vía, lo que reduce su mantenimiento.
La capacidad de las centrales eléctricas es de lejos mayor que la que usa una locomotora en forma individual, por lo que pueden tener una potencia de salida mayor que las locomotoras diésel y pueden producir gran potencia por corto tiempo para acelerar. Las locomotoras eléctricas son ideales para servicios de trenes suburbanos con paradas frecuentes. Son usadas en todas las líneas de alta velocidad, como el ICE en Alemania, Acela en EUA, Shinkansen en Japón, TGV en Francia o AVE en España. Las locomotoras eléctricas también se usan en rutas de carga que tienen un tráfico de gran volumen, o en áreas con una red ferroviaria avanzada.
Las locomotoras eléctricas se benefician de la alta eficiencia de los motores eléctricos, cercana al 90 %. Puede obtenerse una eficiencia adicional con los frenos regenerativos, el cual permite convertir la energía cinética en electricidad durante el frenado, y enviar electricidad a la línea. Las locomotoras más nuevas usan sistemas inversores de control de los motores CA que proveen frenado regenerativo.
La principal desventaja de la electrificación es el costo de la infraestructura (tendido de la catenaria o del tercer riel, subestaciones, sistemas de control). En Europa y en otros lugares, la red ferroviaria es considerada parte de la infraestructura nacional de transporte, al igual que las carreteras, autopistas y vías fluviales, y por lo tanto financiada por el estado. Los operadores del material rodante pagan una tasa acorde al uso de la red ferroviaria. Esto hace posible las grandes inversiones requeridas en tecnología, y a largo plazo, hace ventajosa la electrificación.
Historia miniatura|derecha|Prototipo de la Clase S-1 de Alco-GE, NYC & HR Nº 6000 (CC) miniatura|Una locomotora eléctrica tipo "camello" de GE. Este ejemplar está equipado con troleys para trabajar en ferrocarriles interurbanos. miniatura|Una Milwaukee Road clase ES-2, una locomotora de maniobras con una gran cabina tipo camello para servicios en un ferrocarril eléctrico de gran tráfico.
El primer ferrocarril eléctrico conocido fue construido por el escocés Robert Davidson de Aberdeen, en 1837 y era impulsado por motores alimentados por baterías. Davidson construyó, más tarde, una gran locomotora llamada Galvani la cual fue presentada en la Exhibición de la Royal Scottish Society of Arts de 1841. Fue probada en el Edinburgh and Glasgow Railway en septiembre del siguiente año, pero la limitada cantidad de corriente eléctrica suministrada por las baterías impedieron demostrar su posible uso comercial.Renzo Pocaterra, Treni, De Agostini, 2003
El primer tren eléctrico fue presentado por Werner von Siemens en Berlín en 1879. La locomotora estaba impulsada por un motor de 2,2 kW y el tren consistía en una locomotora y tres coches, alcanzando una velocidad máxima de 13 km/h. Durante cuatro meses el tren transportó 90.000 pasajeros en una vía circular de 300 m de largo. La electricidad era suministrada por un tercer riel aislado situado en el medio de la vía. Una dínamo situada cerca generaba la electricidad.
La primera línea de tranvía eléctrico fue abierta en Lichterfelde, cerca de Berlín, Alemania, en 1881. Fue construida por Werner von Siemens (ver Berlin Straßenbahn).
En Gran Bretaña, el ferrocarril eléctrico de Volk fue abierto en 1883 en Brighton (ver Ferrocarril Eléctrico de Volk).
En USA, los primeros tranvías eléctricos fueron los del Richmond Union Passenger Railway en 1888, usando equipamiento diseñado por Frank J. Sprague.
Buena parte de los primeros desarrollos de las locomotoras eléctricas fueron motivado por el incremento de ferrocarriles que circulaban por túneles, particularmente en las áreas urbanas. El humo de las locomotoras de vapor era nocivo, y las municipalidades aumentaron su inclinación a prohibir su uso dentro de sus límites. De esta forma, el primer trabajo exitoso fue en el ferrocarril subterráneo City and South London Railway en el Reino Unido, motivado por una cláusula de su permiso de construcción que prohibía la utilización de la energía de vapor. Esta línea fue abierta en 1890, usando locomotoras eléctricas construidas por Mather and Platt. La electricidad se volvió rápidamente la opción elegida para los subterráneos, apoyada por la invención de Sprague del control de tren de unidades múltiples en 1897. Los trenes subterráneos y elevados generalmente usaban vapor hasta que fueron obligados a convertirse.
En 1894, el ingeniero húngaro Kálmán Kandó desarrolló motores de corriente alterna trifásico de alto voltaje y generadores para locomotoras eléctricas; es conocido como "el padre del tren eléctrico". Su trabajo para electrificar los ferrocarriles fue hecho en los talleres eléctricos Ganz en Budapest. En 1915, formuló el principio de que las líneas ferroviarias principales solo podían ser exitosas si podían usar, por medio de simples subestaciones transformadoras, directamente la frecuencia estándar de la red pública. Después de realizar eso, también creó los principios para construir una red ferroviaria al inventar un convertidor de fase rotatorio aplicable en locomotoras.
La primera electrificación de una línea principal fue en un trecho de 6,4 km del Baltimore Belt Line del Baltimore and Ohio Railroad (B&O) en 1895. Esta vía conectaba la parte principal del B&O a la línea recientemente construida a Nueva York, y requería una serie de túneles alrededor de la ciudad de Baltimore. Vías paralelas en el Pennsylvania Railroad mostraron que el humo del carbón de las locomotoras a vapor podían ser la mayor cuestión operativa, así como también una molestia pública. Inicialmente se usaron tres unidades Bo+Bo en el extremo sur de la sección electrificada; eran acopladas al tren entero, incluidas las locomotoras, y lo arrastraba a través de los túneles.B&O Power, Sagle, Lawrence, Alvin Stauffer
En Europa, los proyectos de electrificación inicialmente se enfocaron en las regiones montañosas por varias razones: los suministros de carbón eran difíciles, la energía hidroeléctrica estaba fácilmente disponible, y las locomotoras eléctricas daban más tracción en las líneas empinadas. Hoy el 100 % de las líneas suizas está electrificada.
Las entradas del ferrocarril a la Ciudad de Nueva York requerían túneles similares, y aquí los problemas del humo eran más graves. Una colisión en el túnel de Park Avenue en 1902 hizo que la legislatura del Estado de Nueva York prohibiera el uso de locomotoras generadoras de humo al sur del río Harlem después del 1 de julio de 1908. En respuesta, las locomotoras eléctricas comenzaron a operar en 1904 en el New York Central Railroad. En la década de 1930 el Pennsylvania Railroad, el cual también había introducido las locomotoras eléctricas debido a las regulaciones de la Ciudad de Nueva York, electrificó toda su red al este de Harrisburg, Pensilvania.
Los ferrocarriles italianos fueron los primeros en el mundo en utilizar tracción eléctrica (diseñada por Kálmán Kandó en los talleres eléctricos Ganz, Budapest) para una línea principal completa en lugar de solo un tramo. Los 106 km de la línea Valtellina fueron abiertos el 4 de septiembre de 1902. El sistema eléctrico era trifásico de 3 kV y 15 Hz. El voltaje era bastante más alto que el usado anteriormente y requería nuevos diseños para los motores eléctricos y los dispositivos de los cambios. Durante el periodo de electrificación de los ferrocarriles italianos, se realizaron varias pruebas para determinar el tipo de alimentación a usar: en algunas secciones era trifásica de 3,6 kV y 16,6 Hz, en otras había 1500 V CC, 3 kV CC y 10 kV CA a 50 Hz. Durante los años de la década de 1930, se eligió la electricidad de 3kV CC para todo el sistema ferroviario italiano (hoy en día, 1500 V CC se mantiene en uso en algunas líneas cerca de Francia y en los trenes de alta velocidad se utiliza 25 kV a 50 Hz).
En Estados Unidos, el Chicago, Milwaukee, St. Paul and Pacific Railroad (el Milwaukee Road), la última línea transcontinental en ser construida, electrificó su línea a través de las Montañas Rocallosas y al Océano Pacífica, comenzando en 1915. Unas pocas líneas de la Costa Este, notablemente el Virginian Railway y el Norfolk and Western Railway, consideraron conveniente electrificar tramos cortos de sus cruces de montaña. Sin embargo, para ese entonces, la electrificación en Estados Unidos estaba más asociada con tráfico urbano denso, y el centro de desarrollo paso a Europa, donde la electrificación estaba generalizada.
miniatura|Una Re 420 suiza arrastra un tren de carga cuesta abajo en el lado sur de la línea San Gotardo, la que fue electrificada en 1922. Son visibles los postes y los cables de la catenaria.
En 1923, la primera locomotora eléctrica con un convertidor de fase fue construida sobre la base de los diseños de Kandó en Hungría, y la producción comenzó poco después. El convertidor transformaba la electricidad monofásica en corriente alterna trifásica dentro de la locomotora. La sección Budapest - Hegyeshalom - Viena (1929) del Ferrocarril Estatal Húngaro fue construida sobre la base de este invento.