目前，在我國(guó)，地鐵系統(tǒng)普遍采用DC750/1500V供電制式，而電氣化鐵路均為AC25kV供電制式。要弄清這種區(qū)別的產(chǎn)生，必須從列車的動(dòng)力心臟——電動(dòng)機(jī)說(shuō)起。
我們知道，世界上第一臺(tái)電氣化鐵道機(jī)車使用的正是直流電機(jī)。1821年英國(guó)科學(xué)家法拉第首先證明可以把電力轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。1834年德國(guó)人雅可比發(fā)明了直流電機(jī)。然而，真正具有實(shí)用性的直流電機(jī)是1870年左右比利時(shí)工程師格拉姆發(fā)明的。
在這個(gè)時(shí)間上，又過(guò)了9年之后，德國(guó)的西門(mén)子公司制成了世界首臺(tái)電力機(jī)車。
上圖為1879年5月31日西門(mén)子在柏林工業(yè)博覽會(huì)上展示世界首臺(tái)電力機(jī)車（3馬力，DC150V，鋪設(shè)于兩走行軌中間的供電軌供電）
上圖為西門(mén)子用于實(shí)驗(yàn)的電力機(jī)車（肉包鐵有沒(méi)有）
而交流電機(jī)是1888年美籍南斯拉夫裔發(fā)明家特斯拉發(fā)明的。它是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成，又稱感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用交流電，無(wú)需整流，無(wú)火花。
雖然交流電機(jī)與直流電機(jī)相比有很多優(yōu)勢(shì)，但作為牽引電機(jī)而言，彼時(shí)的交流電機(jī)還處于英雄無(wú)用武之地的階段，因?yàn)榻涣髡{(diào)速太困難，要么變壓、要么變頻，在當(dāng)時(shí)來(lái)講無(wú)法實(shí)現(xiàn)。（BTW，一百多年前的愛(ài)迪生與特斯拉的直流-交流之爭(zhēng)，從當(dāng)時(shí)牽引電機(jī)的角度來(lái)看，可以給愛(ài)迪生加一分，盡管后來(lái)他輸了。）
這就造成了之后的我們都知道情況，世界范圍內(nèi)，直流電機(jī)大行其道，無(wú)論是有軌電車還是地鐵、鐵路，使用的都是直流電機(jī)，接觸網(wǎng)上傳輸?shù)亩际侵绷麟姡夹g(shù)路徑依賴）。
地鐵方面，例如倫敦地鐵的DC630V第三軌供電，紐約地鐵采用DC625V，北京地鐵的DC750V，莫斯科地鐵DC825V，羅馬地鐵采用DC1500V,.后由IEC統(tǒng)一為DC600V、DC750V、DC1500V三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。
電氣化鐵路方面，荷蘭、法國(guó)部分鐵路的DC1500V，法國(guó)、意大利及前蘇聯(lián)的DC3000V等。1961年8月15日建成的我國(guó)第一條電氣化鐵路——寶成鐵路寶（雞）鳳（州）段。這條電氣化鐵路的供電制式最初也是按DC3000V制式設(shè)計(jì)的。
然而，電氣化鐵道的直流輸電方式包括使用直流牽引電機(jī)的弊端很快也顯示出來(lái)了。
直流輸電升壓不易，而較低的電壓直接帶來(lái)的影響就是牽引功率需求量越大，電流越大，線損越大，壓降越大；直流電機(jī)雖然啟動(dòng)電流小、調(diào)速方便，但是電刷和換向器卻成了它的“阿喀琉斯之踵”，這一缺點(diǎn)，使得直流電機(jī)的維護(hù)成本較高，可靠性較低。
然而，在直流牽引供電系統(tǒng)大行其道之時(shí)，人們對(duì)于交流牽引系統(tǒng)的追求也從未停止。
交流驅(qū)動(dòng)的電力機(jī)車起始于19世紀(jì)末的瑞士，1891年蘇黎世的查爾斯.布朗嘗試用三相交流電進(jìn)行長(zhǎng)距離電力傳輸，從一個(gè)水電廠向280公里以外的內(nèi)卡河畔勞芬車站和緬因河畔法蘭克福車站輸電。
1896年他所在的公司蘇黎世Oerlikon（ABB集團(tuán)的前身）建造了世界上第一條交流供電鐵路，規(guī)格為750 V 40 Hz。
隨后1903年10月28日，西門(mén)子公司研制的三相交流電力機(jī)車在柏林附近的曼菲爾德—措森線上，創(chuàng)造了每小時(shí)210.2公里的世界高速紀(jì)錄，開(kāi)啟了電氣化高速鐵路的時(shí)代。
上圖為西門(mén)子1903年的交流電力機(jī)車試驗(yàn)（復(fù)雜的三相受電弓由三根導(dǎo)線供電）。
從圖中可以看到，三相交流牽引供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，顯然不是一種好方法。（當(dāng)然現(xiàn)在也有廣州APM線采用三相AC600V，但是采用接觸軌供電）
之后單相交流牽引供電系統(tǒng)開(kāi)始興起，德國(guó)、奧地利、瑞士、挪威和瑞典使用15千伏16.67赫茲(電網(wǎng)頻率50Hz的三分之一)的交流電。美國(guó)使用11千伏或12.5千伏25赫茲的交流電。
采用交流電供電的機(jī)車的電機(jī)是通過(guò)可調(diào)變壓器來(lái)控制。一些電氣化機(jī)車使用變壓器和整流器來(lái)提供低壓脈動(dòng)直流電給電動(dòng)機(jī)使用，通過(guò)調(diào)節(jié)變壓器來(lái)控制電動(dòng)機(jī)速度（AC-DC）。另一些則使用可控硅或場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)產(chǎn)生突變交流或變頻交流電來(lái)供應(yīng)給機(jī)車的交流電機(jī)（AC-DC-AC）。
前者是最先開(kāi)始與直流制式爭(zhēng)奪市場(chǎng)的單相交流牽引供電制式，但車上的電機(jī)還是直流電機(jī)。比如韶山1型電力機(jī)車（車型代號(hào)SS1)。
作為中國(guó)鐵路第一代（有級(jí)調(diào)壓、交直傳動(dòng)）電力機(jī)車，由1958年試制成功的第一臺(tái)引燃管6Y1型電力機(jī)車（仿制20世紀(jì)50年代蘇聯(lián)H60機(jī)車）逐步演變而來(lái)，其三大件（引燃管、調(diào)壓開(kāi)關(guān)、牽引電機(jī)）可靠性較差，而經(jīng)歷了三次重大技術(shù)改造。之后的韶山系列均為交直傳動(dòng)系統(tǒng)（韶4后有改用三相鼠籠電機(jī)，用劈相機(jī)產(chǎn)生三相交流電，但劈相機(jī)太笨重）。
可以看到，電源側(cè)為交流電，與直流制式相比電壓可以更高（車載變壓器降壓），電源的距離可以更遠(yuǎn)，輸電線路上的損耗更小，適合較遠(yuǎn)距離的線路供電。
但是，這種進(jìn)步仍不足以使工程師們停下腳步。人們對(duì)牽引供電系統(tǒng)的探究從未停止。
好了，終于進(jìn)入正題了——“交-直-交”。
不得不說(shuō)，“交-直-交”現(xiàn)代電力電子及電傳動(dòng)技術(shù)最杰出的成果。
前面說(shuō)過(guò)，特斯拉發(fā)明交流電機(jī)之后，盡管很多方面都優(yōu)于直流電機(jī)，例如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便，但是作為牽引電機(jī)來(lái)說(shuō)，調(diào)速控制才是最重要的。
直流電機(jī)可以擁有近乎完美的“平滑而經(jīng)濟(jì)的調(diào)速”，而這一點(diǎn)，讓當(dāng)時(shí)的交流電機(jī)望而卻步，進(jìn)而想盡各種辦法來(lái)模擬直流電機(jī)的輸出特性。
轉(zhuǎn)機(jī)來(lái)自于大功率可控晶閘管的工業(yè)化生產(chǎn)。晶閘管（Thyristor）是晶體閘流管的簡(jiǎn)稱，又被稱作可控硅整流器，以前被簡(jiǎn)稱為可控硅。
1957年美國(guó)通用電氣公司開(kāi)發(fā)出世界上第一款晶閘管產(chǎn)品，并于1958年將其商業(yè)化。1971年，采用可控硅實(shí)現(xiàn)的de-2500交流電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車在德國(guó)萊茵河畔試驗(yàn)成功，開(kāi)始了變頻調(diào)速的現(xiàn)代交流傳動(dòng)的征程。隨后由1臺(tái)de-2500加掛一節(jié)控制車對(duì)四象限變流器和PWM逆變器構(gòu)成的現(xiàn)代電傳動(dòng)基本形式進(jìn)行試驗(yàn)，并于1983年生產(chǎn)出了5臺(tái)世界上首批br120交流傳動(dòng)機(jī)車在德國(guó)投入運(yùn)營(yíng)。
形象的說(shuō)就是簡(jiǎn)單廉價(jià)的交流電機(jī)穿上了VVVF（Variable Voltage and Variable Frequency的縮寫(xiě)， 意為：可變電壓、可變頻率，也就是變頻調(diào)速系統(tǒng)）的馬甲，一舉擁有直流電機(jī)的可控性。
我國(guó)于1998年開(kāi)始策劃、研制和開(kāi)發(fā)“藍(lán)箭”（DJJ-1）號(hào)新型交流傳動(dòng)電動(dòng)旅客列車，于2000年引進(jìn)法國(guó)高速鐵路核心技術(shù)部件——GTO VVVF牽引逆變器，其動(dòng)力車于2000年9月3日在株洲電力機(jī)車廠下線。
該車主要服務(wù)于廣深線，是我國(guó)第一列采用交—直—交傳動(dòng)新技術(shù)的電動(dòng)車組。后續(xù)車型為“中華之星”電動(dòng)車組（DJJ2型電力動(dòng)車組），采用了交直交電力牽引，使用JD128型交流牽引電動(dòng)機(jī)及TEP28WG01型GTO牽引逆變器。這兩種均為動(dòng)力集中式動(dòng)車組。
而2001年研制的DJF2型“先鋒號(hào)”電力動(dòng)車組是中國(guó)鐵路的動(dòng)力分散式電力動(dòng)車組車型之一，該電力動(dòng)車組采用交流傳動(dòng)技術(shù)、三菱電機(jī)IPM牽引變流器（使用GTR）。之后就是我們現(xiàn)在的CRH及HXD系列了，使用的變頻器均采用IGBT。
有點(diǎn)跑偏了，總結(jié)起來(lái)就是：目前的機(jī)車電傳動(dòng)技術(shù)主流，無(wú)論是國(guó)有電氣化鐵路還是地鐵，都是采用交流電傳動(dòng)，牽引電機(jī)采用鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，這一點(diǎn)是統(tǒng)一的。
供電系統(tǒng)的區(qū)別在于：國(guó)有電氣化鐵路線路長(zhǎng)，所以要求供電臂要長(zhǎng)以減少牽引所，如此，接觸網(wǎng)網(wǎng)壓就要很高，所以用AC25kV交流供電，車上背一臺(tái)牽引變壓器和變流機(jī)組，也就是“交-直-交”是在車上完成的。
地鐵線路短，站間距短，對(duì)車體自重要求盡量要輕，所以把“交-直-交”的第一個(gè)“交-直”（即降壓變壓器和整流機(jī)組）放到差不多每個(gè)車站都有的牽引變電所中，接觸網(wǎng)上還是DC750V/1500V（供電臂短，線損及壓降可以承受）；第二個(gè)“直-交”則在車上完成，即由車載變流器組將直流電逆變?yōu)榻涣麟妭鬏斀o交流牽引電機(jī)。
隨著我國(guó)軌道交通的大發(fā)展及城市化進(jìn)程的深入，未來(lái)地鐵用直流，大鐵用交流的這種嚴(yán)格的區(qū)別可能會(huì)逐步改變，類似于日本常磐線、筑波快線上奔馳的E501系和TX-2000系交直雙制式列車將會(huì)登上歷史舞臺(tái)，以解決市內(nèi)陸鐵與城際鐵路的換乘問(wèn)題。
據(jù)說(shuō)：青島四方新推出的雙供電制式城際動(dòng)車組CRH6S已經(jīng)下線，既能在地鐵DC1500V下運(yùn)行也能在大鐵AC25kV下運(yùn)行。
這里特別要提到西南交大的曹建猷院士，1956年，曹建猷在《人民日?qǐng)?bào)》上發(fā)表了《我國(guó)電氣化鐵道應(yīng)采用何種電壓制》的文章。
在鐵道部一些學(xué)術(shù)論證會(huì)上，對(duì)當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)外爭(zhēng)論不下的“交流制”和“直流制”；提出了自己的論據(jù)和建議。
曹建猷院士的建議采用25千伏的單相工頻交流電壓制取得國(guó)內(nèi)同行專家的支持和共識(shí)，后被鐵道部采用。
1957年經(jīng)國(guó)家正式批準(zhǔn)，工頻交流電制被定為我國(guó)電氣化鐵道的標(biāo)準(zhǔn)。這使我國(guó)電氣化鐵道從一起步就邁入了世界先進(jìn)技術(shù)水平，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行發(fā)展了。
歷史的車輪滾滾向前，人類對(duì)科學(xué)的探索和研究從未停止，類似“交直之爭(zhēng)”的技術(shù)話題，也將隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步而此消彼長(zhǎng)。在它們的不斷進(jìn)步和演變的過(guò)程中，我們永遠(yuǎn)是最大的使用者和受益者。
如今，我們之所以能夠安全便捷地享用這些技術(shù)，要?dú)w功于探究這些技術(shù)的科學(xué)界前輩們，為此，他們甚至付出了畢生的心血！
向全世界所有致力于電力牽引技術(shù)研究的科學(xué)家們致敬！
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