日本國鐵ED四十五型電力機車

ED 四十五型電力機車（日本語：ED 四十五形電牌牌牌車）是日本國有鐵道的第一代交流電力機車。該型⿰オト⿰バイ為整流器式交流的電力⿰オト⿰バイ，佇一九五空年代中期由日立、東芝、三菱分別各試做一台原型車。仝時期研究製的交流電力機車猶閣有ED 四十四型電力機車，是由日立研製的直接式交流電力機車。一九六一年，根據國鐵車輛形式稱號規程，ED 四十四、ED 四十五型電力機車分別改稱做ED 九十、ED 九十一型電力機車。

開發背景

佇這个第二改世界大戰進前，匈牙利佮德國捌研究佇電氣化鐵路採用工頻單相交流電作為供電制式，其優點是使牽引變電所的設備大為簡化，無需要親像直流電氣化鐵路按呢佇咧變電所內面的複雜的整理流裝置；因為供電電壓得著大幅提懸，變電所間的距離會當大大幅延長，並且簡化高架電車線的結構。但實際上單相工頻交流制一直到一九五空年代才真正受著世界各國的重視，而且得著快速的發展。二戰了後，法國國家鐵路公司誠積極進行五十赫茲單相交流電氣化的研究。一九五空年六月，法國國鐵佇艾克斯萊班－阿講馬斯鐵路成功建成頭條採用二十千伏五十赫茲的電氣化鐵路試驗段，並且一九五三年將電壓提升至二十五千燭，成做今世界上工一直交流電氣化鐵路的標準。

受著法國國鐵的成功經驗所的影響，日本國有鐵道嘛開始發展交流電力牽引的計畫。一九五一年，日本簽定舊金山和平條約，正式結束了長到七年的同盟國軍事占領日本的狀態，日本國有鐵道亦得以實行自主的管理政策。一九五二年，日本國鐵派出頭一批幹部職員赴法國進行技術考察，收集交流電氣化的技術資訊。然後，根據時任國鐵總裁長崎抹之助的指示，佇一九五三年成立「交流電化調查委員會」，並選定了仙山線的部份區段成做日本鐵路交流電化的試驗段。除了這以外，委員會閣研究對法國佮其他歐洲國家引進交流電力機車的可行性，上頭仔有計畫是訂買十台交流電力機車。但是通商產業省以扶持日本國內重電製造業為理由的極力遊說下，日本國鐵最後放棄了國外進口的計畫，轉來共交流電力機車的試製任務交予國內製造商承擔。

第一擺試驗

ED 四十四一

一九五五年七月二十號，日本頭一台交流電力機車佇日立製作所水戶工廠完成試製，定型做 ED 四十四型一號機車。ED 四十四型電力機車是交—交流電傳動的直接式交流電力機車，採用單相整流子牽引 mòo-tà。高架電車線頂的高壓交流電經過主變壓器降低電壓了後，無需要經過中央整流環節，就會當直接供電共牽引 mòo-tà。單相整流子 mòo-tà 佇原理上佮直流來串勵 mòo-tà 相仝，佇勵激線圈佮電樞線圈之間有電刷和整流子（換向器）， 通過控制輸入電壓來調 mòo-tà 轉速。

佇咧 ED 四十四型的電力機車頂懸，採用變壓器低壓側調壓的辦法，倚靠調壓開關改變主變壓器次邊（低壓邊）的抽頭，來調節牽引 mòo-tà 的輸入電壓，組成共十四个調壓級位。⿰オト⿰バイ採用油循環強迫風寒卻的單相主變壓器，額定容量為一千一百三十千伏安。四台牽涉著 mòo-tà 固定以「兩捾兩捾」方式連接，用簡化主電路架構。牽引 mòo-tà 為日立 EFCO-H 六十（MT 九百五十）型單相整流子 mòo-tà，額定功率為著兩百五十千瓦，額定電壓做五百伏特，額定轉速為每分鐘一千轉。此外，東洋電機製造佮富士電機嘛各位試製兩台牽引 mòo-tà，技術性能指標略優於日立產品，並曾經佇咧 ED 四十四一號機車頂安裝試用。

⿰オト⿰バイ車體佮秩父鐵道 Deki 一百型電力機車佮大井川鐵道 E 一百空三號的電力機車仝款。牽引 mòo-tà 採用攬軸配置吊掛，牽引 mòo-tà 的一端安裝佇咧斡向架構架頂懸，另外一爿通過抱軸承拄性抱合佇車心頂。空氣壓縮機、冷卻通風機等輔助 mòo-tà 攏是用鳥鼠籠式交流 mòo-tà 驅動，由電動發電機共單相交流電轉換做三相交流電予輔助電機使用。

ED 四十五一

一九五五年九月二八，三菱電機佮新三菱重工業完成試製整流器式交流電力機車的原型車，定型做 ED 四十五型一號機車。這台機車是典型的整流氣式電力機車，採用交—一直流電傳動，由直流來串勵牽引 mòo-tà 驅動。⿰オト⿰バイ對高架電車線獲取高壓交流電後，頭先經過主變壓器降低電壓，通過整流器轉換做脈流電（即方向無變干焦電壓變化的直流電）並且供電共牽引 mòo-tà。

⿰オト⿰バイ採用油循環強迫風寒卻的單相主變壓器，額定容量為一千五百二十千伏安。整個流裝置採用八个水冷式引燃管（水銀整流器）組成的全波整流電路。牽引 mòo-tà 為四台三菱 MB 抹三千空二十六-A（MT 九百空三）型四極串勵 mòo-tà，繼續功率做二百五十千瓦，額定電壓做五百伏特，額定轉速為每分鐘一千轉。咧調速控制方面，變壓器低壓側調壓部份佮 ED 四十四型電力機車大體仔仝款，即利用調壓開關改變變壓器次邊輸出電壓；另外閣採用整流器柵極電壓相位控制，使牽引 mòo-tà 端電壓實現此時平滑的調節。為著擴大機車的恆功調速範圍，會使對牽來 mòo-tà 實施五級磁場削弱。

機車車體佮小田急電鐵 Deki 一千空四十型電力機車、大井川鐵道 E 一百空一、一百空二號的電力機車仝款。為著提懸車載電氣設備的工課穩定性，ED 四十五一號機車採用類似電聯車的盤向架結構，掛裝置由捲簧佮鋼枋弓仔組成；轉向架構架是採用鋼板拋接結構，以減輕捘向架結構的重量。牽引 mòo-tà 採用輪對空心軸架懸式安裝方式，共規个牽引 mòo-tà 掛佇咧斡向架仔頂懸，減少牽引 mòo-tà 承受對軌道傳來的振動衝擊。除上述特點外，其他的部份佮 ED 四十四型電力機車並無明顯差異。

試驗結果

一九五五年八月，仙山線陸前落合到熊根區段完成交流電氣化改造，ED 四十四一、ED 四十五初一機車先後開始進行一系列的運轉試驗，至一九五六年三月完成地面設備佮電力機車的頭一擺試驗計畫。

結果顯示，用直接式傳動的 ED 四十四型電力機車存在較濟問題。雖然 ED 四十四型的電力機車有良好的高速性能，單相整流子 mòo-tà 佇高轉速的範圍猶原會當保持較懸的輸出扭矩，毋過起動和低速運轉時的性能不如一直流串勵 mòo-tà，無啥適合用來牽引速度無懸取經過捷啟停的列車。比並之下，ED 四十五一號機車的牽引性能是優秀的部份較濟。因為整流器式電力機車採用變壓器變壓，因為牽來 mòo-tà 會當全部並聯連接，會當閣較有效防止輪對空轉；配合整流器相位控制的平趨電壓調節，大大提高了電力⿰オト⿰バイ的粘著係數。其他的問題閣較著性能佇咧彼時陣來講是一个意料的發現，甚至閣有「D 型（四軸）交流電力機車會當佮 F 型（六軸）直流電力機車相匹敵」的講法。佇仙山線二十五 ‰ 大坡度區段進行的牽引試驗當中，就算講 ED 四十四初一機車細漢時功率佮 ED 四十五一號機車，猶毋過 ED 四十四一號⿰オト⿰バイ的牽引定數干焦三百六十噸，ED 四十五一號機車煞會當到六百噸。

除了這以外，單相整流子 mòo-tà 有電刷佮整個的流子，換向性能交流電頻率的增加惡化。為著得著真好的整流品質，需要降低電機整流子的電動勢，通常採用低頻電源供電做好，所以採用單相整流子 mòo-tà 的直接式交流電力機車攏咧使用低頻電氣化鐵路，譬如講德國、瑞士、奧地利的十五千伏十六 ⅔ 赫茲單相交流電氣化鐵路。毋過因為日本彼當陣並無工課交流 mòo-tà（五十赫茲）的製造經驗，佇咧 ED 四十四型的電力機車頂頭採用十四～十六極單相整流子 mòo-tà，磁極數是一般直流來串勵 mòo-tà 的四倍，目的是降低端子電壓佮改善換向性能，但是這煞致使著 mòo-tà 結構十分複雜，而且維護時間超過想像。是按怎看著的原因，表現較理想的整流器式電力機車得著進一步的發展。

第二改試驗

根據第一擺試驗的結果，日本國鐵決定欲閣試製兩台整流的器式交流的電力機車做進一步試驗佮較，兩台機車分別由東芝和日立研製，並且採用各樣異的電氣設備。

ED 四十五十一

一九五六年十二月二一，東芝完成試製 ED 四十五型十一號機車。該機車採用的東芝研製的新型風冷焦色主變壓器，以提懸變壓器的防火性佮維護性；閣採用風冷式引著管整流器，共冷卻水循環系統的重量省落來，一隻整流器由四个引著管組成。調壓系統方面，採用無電弧調壓開關的變壓器低壓側調壓，避免有載調壓時陣咧開斷的觸頭間引發電弧；同時，機車無採用整流器相位控制，顛倒是採用與直流電力機車仝款的有級電阻調壓，致使⿰オト⿰バイ的防空轉閣黏著性能有一定降低。機車車體佮東武的鐵道 ED 五千型的電力機車仝款。斡向架結構佮 EH 十型電力機車仝款，牽引 mòo-tà 採用攬軸配置吊掛。輔助電機系統猶是採用三相交流傳動，但三相電源改由簡化設計的旋轉式破相機提供。

ED 四十五二十一

一九五七年二月，日立製作所完成試製 ED 四十五型二十一號機車。該機車的一个特點就是以結構較穩定的勵弧管代替矣引著燃管，以解決機車運轉時振動對引著管的工課穩定性造成不利影響的問題，而且用來和東芝的引燃管整流器作較。整流器採用由八个勵弧管組成的單相全波整流電路，額定功率為一千六百千瓦，冷卻方式採用強迫風寒。

機車的另外一个特點是採用變壓器高壓側調壓。機車主變壓器的額定容量做三千一百七十七分之兩千三百空七千伏安，冷卻方式為油循環強迫風冷卻。主變壓器原爿（高壓側）設有一个自鋪排線箍仔，通過高壓側的調壓開關佮限流電阻改變變壓器的輸出電壓，實現多到三十二級的有級調壓。此外，閣會使對牽 mòo-tà 施行三級的磁場削弱，削弱率為百分之七十二、百分之五十五、百分之四十五。牽引 mòo-tà 為日立 HS 鋪一千空五十-Br 型直流串勵 mòo-tà，額定功率為三百七十五千瓦，額定轉速做每分鐘一千空七十轉。牽引 mòo-tà 佮規流器之間閣接有限制電流脈動的平波電抗器，以及用來改變勵磁線圈電流的分路電阻。機車的牽引功率提高到一千六百四十千瓦。

⿰オト⿰バイ車體佮大阪窯業的紅毛塗伊吹工場的伊吹五百型的電力機車（到尾手的大井川鐵道 ED 五百型的電力機車）類似。機車行部採用兩台全邊承支重結構的搖動台式搖枕轉向架，構架是採用「日」字形鋼板拋接結構。每台機車的車體重量通過四个邊仔坐落佇兩台斡向架仔頂，自按呢減少機車起動的時陣上重轉移。牽引 mòo-tà 採用輪對空心軸架懸式安裝方式。

試驗結果

兩台⿰オト⿰バイ攏佇仙山線的牽引試驗內底良好的結果。其中，ED 四十五二十一號機車佇鐵枝路內底澹滑的條件下跤，成功佇二十五 ‰ 的崎道上起動五百噸的列車。此後，佇三台整流器式電力機車原型車的基礎頂面，三菱、東芝、日立分別進一步開發了一系列閣較成熟的交流電力機車閣投入批量生產，包括講 ED 七十型的電力機車（三菱，是因為 ED 四十五一號機車）、 ED 七十二、ED 七十三型電力機車（東芝，是因為 ED 四十五十一號機車）、 ED 七十一型電力機車（日立，是因為 ED 四十五二十一號機車）。

運用歷史

四台原形車完成各種試驗了後，佇一九五七年三月二七進入國鐵編制閣得著車籍，當時均配屬於仙台鐵道管理局作並機關區。一九五七年九月初五，仙山線仙台至做並區段完成交流電化改造，這四台機車亦正式投入運用。一九五九年至一九六一年間，遮的機車攏進行技術改造，直接式電力機車追加了磁場削弱控制，猶閣有整流的電力機車是以矽整流器取代了水銀整流器。一九六一年，根據新修訂的國鐵車輛形式稱號規程，ED 四十四型電力機車改稱做 ED 九十型電力機車，ED 四十五型電力機車改稱做 ED 九十一型電力機車。

ED 九十一號機車做為唯一一台直接式交流電力機車，因為機車的維護保養佮配件供應困難，這機車自一九六一年以後就長期處理中止營運的狀態，並且一九六六年報廢。一九六八年，仙山線全線完成交流電化了後，三台整流的器式 ED 九十一型的電力機車猶原繼續運用，但是亦存在著一寡問題。比如講，機車齡已經超過十年矣，部份設備已經開始出現老化；原型車的零部件供應佮維護存在困難，真歹確保機車得著妥善的檢修；機車並無設有蒸汽供暖抑是電氣供暖設備，所以佇冬季牽引旅客列車的時陣著愛加掛暖房車。

佮這个同時，福島機關區（今福島綜合運輸區）利用新配屬的 ED 七十八型的電力機車，實現奧羽本線佮仙山線的迵迵，提懸機車運用效率閣降低矣運用成本。一九七空年，為著取代仙山線的交流電力機車原型車，兩台新造的 ED 七十八型的電力機車閣配屬到福島機關區，此後 ED 九十一型電力⿰オト⿰バイ全部中止營運報廢。

車輛保存

• ED 九十一交十一號機車：靜態保存佇宮城縣宮城郡利府町森鄉兒童公園。
• ED 九十一矣-二十一號機車：靜態保存佇新幹線綜合車輛中心。