实验性三相铁路动车

实验性三相铁路动车是一对德国高速电力动车，旨在研究三相交流电能否为铁路推进提供实用形式。试验由高速电气铁路研究协会（德语：Studiengesellschaft für elektrische Schnellbahnen，简称St.E.S.）组织，该协会于1899年由西门子-哈尔斯克、AEG和德意志银行等德国主要工业和金融利益集团组成。其试验线路使用了柏林附近马里恩费尔德至措森之间的皇家普鲁士军用铁路的一部分，位于首都以南约23公里处。 该项目解决了当时的一个重大技术问题。电力牵引比蒸汽牵引具有更快的加速、更好的可控性和更高的效率，但铁路电气化仍受限于现有直流系统的局限性和电力基础设施的高成本。三相交流电因其能支持大功率电动机和高效传输而显得颇具吸引力。因此，柏林地区的试验主要作为高压交流铁路运营的实践演示，而非商业客运服务。 两辆实验性铁路动车由科隆的范德齐彭和沙利耶公司委托制造。西门子和AEG提供电气设备，分别生产了与两家工程公司相关的独立测试车辆。这些车辆在整体铁路尺寸上较为常规，可容纳约50名乘客。每辆车运行在两个六轮转向架上，外侧轴为动力轴。其独特的集电装置由安装在车辆前后车顶结构上的三个垂直集电器组成，这些集电器与轨道旁安装的三根架空导线接触。 试验铁路以高压三相电力运行，报告的测试条件约为6至14千伏和25至50赫兹。最终电气化采用10千伏、50赫兹，三根架空线由约5至7米高的电线杆支撑。该系统证明电力铁路车辆能够达到远超普通特快列车性能的速度。1901年的初步试验达到约160公里/小时，但由此产生的应力暴露了轨道结构的弱点，需要进行大规模重建。 轨道工程完成后，该项目于1903年10月取得了决定性成就。西门子动车于10月6日达到206公里/小时。10月28日，与AEG相关的动车达到210.2公里/小时，创下了铁路速度总纪录和电力铁路速度纪录。这一结果尤为重要，因为它展示了在蒸汽机车主导长途铁路的时代，电力牵引能够实现高速运行。电力纪录一直保持到1954年，而铁路总纪录则持续到1931年被齐柏林飞艇超越。 试验并未直接导致通用铁路系统的产生。三根独立的架空导线造成了复杂的基础设施，且需要与所有三根线保持可靠接触，这使得该布置难以适应普通铁路网络、道岔和混合交通。安装成本也被认为过高。一旦实验目标达成，St.E.S.即解散，试验电气化设施被拆除。因此，这些动车仍然是技术演示者，而非持久商业品牌或运营铁路的基础。 然而，该项目具有长远的技术遗产。后来电力电子学的发展，特别是半导体逆变器技术，使得从单根架空线或电池供电的直流系统产生三相电机功率成为可能。因此，现代电力机车、动车组和电池电动车辆使用三相牵引电机，而无需柏林附近试验的三线架空布置。这些实验性动车因此被铭记为高性能电力牵引的重要早期演示，以及现代铁路电气化发展中的一个里程碑。

实验性三相铁路动车源于19世纪末电力和铁路技术的快速发展。蒸汽机车仍是铁路牵引的主要形式，但电力推进承诺更快的加速、更高的效率和更大的可用功率。早期电气铁路通常使用直流电，其电压和传输限制使得长途和高速应用困难。三相交流电提供了另一种可能的解决方案，特别是对于大功率电动机和沿铁路走廊的电力传输。 1899年10月10日，十家德国大公司成立了高速电气铁路研究协会（St.E.S.）。该协会包括西门子-哈尔斯克、AEG和德意志银行。它获准在柏林以南的马里恩费尔德和措森之间的皇家普鲁士军用铁路23公里路段进行电气化。该地点为测试高速电力牵引提供了受控环境，而无需承担常规公共铁路的需求。 试验线路配备了三相10千伏、50赫兹的电源。三根架空导线位于轨道旁，电线杆高约5至7米。这种布置在技术上有效，但操作上不便：车辆在高速行驶时必须与三根独立的导线保持接触，而且基础设施比后来成为标准的单接触系统更复杂。 St.E.S.委托科隆的范德齐彭和沙利耶公司制造了两辆铁路动车。西门子和AEG分别为各自的车辆提供电气设备。每辆动车可容纳约50名乘客，由两个六轮转向架承载。转向架的外侧轴为动力轴。前后车顶结构支撑三个垂直集电器，从三根架空线获取电流。电气设备设计用于高压运行，报告范围约为6至14千伏和25至50赫兹，功率输出相当于约1,475马力（1,100千瓦）。 初步试验于1901年夏季进行。车辆迅速达到约160公里/小时，这在当时是非凡的成果。这些运行也表明路基不足以承受如此速度产生的力，因此在最雄心勃勃的试验继续之前，部分轨道必须重建。 决定性测试发生在1903年10月。西门子动车于10月6日达到206公里/小时。三周后，即10月28日，AEG动车达到210.2公里/小时。这被公认为铁路速度纪录，并一直保持到1954年。铁路总纪录一直持续到1931年德国齐柏林飞艇达到更高速度。因此，试验确立了电力牵引作为可信的高速技术，尽管它们没有产生可商业部署的铁路系统。 主要障碍不是动车的性能，而是电力系统的实用性。三根架空线需要复杂的支撑和集电布置，在道岔和交叉口存在困难，并带来高昂的安装和维护成本。在20世纪初的技术和经济条件下，这种方法不适合广泛采用。实验工作完成后，St.E.S.解散，试验基础设施被拆除。 动车所展示的原理后来通过电气工程的进步变得更加实用。半导体功率逆变器使得从单根架空导线（交流或直流）向三相牵引电机供电成为可能，消除了对三根独立铁路线的需求。因此，现代电力机车和动车组使用一种三相牵引形式，在概念上源自早期实验，尽管其功率转换设备截然不同。柏林地区的试验仍然是铁路电气化和高速铁路历史上的重要里程碑。

• 1954

  电力铁路速度纪录被超越

  [1]Experimental three-phase railcaren.wikipedia.org

  AEG动车创下的电力铁路速度纪录一直保持到1954年。

• 1931

  铁路速度总纪录被超越

  [1]Experimental three-phase railcaren.wikipedia.org

  实验性动车的铁路速度总纪录最终被齐柏林飞艇超越。

• 1903

  西门子动车达到206公里/小时

  [1]Experimental three-phase railcaren.wikipedia.org

  与西门子相关的车辆于10月6日的高速测试中达到206公里/小时。

• 1903

  AEG动车达到210.2公里/小时

  [1]Experimental three-phase railcaren.wikipedia.org

  与AEG相关的车辆于10月28日创下铁路速度纪录，达到210.2公里/小时。

• 1901

  马里恩费尔德-措森试验电气化完成

  [1]Experimental three-phase railcaren.wikipedia.org

  皇家普鲁士军用铁路23公里路段配备了10千伏、50赫兹三相系统，使用三根架空导线。

• 1901

  早期试验达到约160公里/小时

  [1]Experimental three-phase railcaren.wikipedia.org

  动车展示了前所未有的速度，但暴露了路基的弱点，需要纠正工作。

• 1899

  高速电气铁路研究协会成立

  [1]Experimental three-phase railcaren.wikipedia.org

  包括西门子-哈尔斯克、AEG和德意志银行在内的财团成立，以研究高速电气铁路运营。

一项开创性的铁路工程实验，旨在证明高压三相交流牵引的速度和功率潜力。

• 高速电力动车 · 1901

  西门子实验性三相铁路动车

  St.E.S.使用的两辆专用测试动车之一，用于评估高压三相交流牵引。西门子提供其电气设备。该车使用两个六轮转向架、动力外侧轴、车顶集电器，并从轨道旁的三根线获取三相电源。在1903年10月的试验中达到206公里/小时。

• 高速电力动车 · 1901

  AEG实验性三相铁路动车

  第二辆St.E.S.测试动车，由AEG装备，作为同一实验计划的一部分。其三个垂直车顶集电器将其连接到马里恩费尔德-措森试验线路的三根架空导线。1903年10月28日达到210.2公里/小时，创下该项目最著名的纪录。

• 铁路电气化试验基础设施 · 1901

  马里恩费尔德-措森三相试验铁路

  柏林南部皇家普鲁士军用铁路的23公里实验性电气化。该线路使用10千伏、50赫兹三相电源和三根由高杆支撑的架空导线。它为测试高速电力动车提供了受控基础设施，并在研究计划结束后被拆除。

• 1901

  部署两辆实验性三相铁路动车新品

  背景

  研究协会需要专用车辆来评估高压三相牵引在实际条件下的表现。

  采取的行动

  St.E.S.委托范德齐彭和沙利耶公司制造两辆动车，西门子和AEG提供电气设备。

  后续影响

  这些车辆在早期测试中展示了约160公里/小时的速度，并为后来的纪录运行奠定了基础。

  来源

• 1899

  创建专门的高速电气铁路研究计划战略

  背景

  电力牵引发展迅速，但交流系统对高速和长途铁路的适用性仍不确定。

  采取的行动

  德国主要工业和金融参与者成立了St.E.S.，并获得了柏林附近的军用铁路试验线路。

  后续影响

  该协会为以前所未有的速度测试电力动车和铁路电气化创造了正式环境。

  来源

• 结束实验性三相铁路计划战略

  背景

  试验证明了三相牵引的性能潜力，但也表明三根架空导线在普通铁路网络上部署困难且成本高昂。

  采取的行动

  St.E.S.被解散，试验电气化设施被拆除，而非扩展为商业铁路服务。

  后续影响

  该项目作为研究里程碑结束，而后来电力电子学的进步使三相牵引通过单线供电系统变得实用。

  来源

1. 1Experimental three-phase railcaren.wikipedia.org