विद्युत् कर्षण : वाहनाला गती देणायासाठी म्हणजे ते चालविण्यासाठी विजेचा करणे म्हणजे विद्युत् कर्षण होय. रेल्वे (आगगाडी), ट्रामगाडी, ट्रॉली बस इ. वाहतुकीसाठी वापरल्या जाणाऱ्या वाहनांत याचा उपयोग करतात. याकरिता लागणारी वीज एखाद्या मध्यवर्ती ठिकाणी निर्माण करून ती सर्व मार्गांवर ठिकठिकाणी उपकेंद्रांमार्फत उपलब्ध केलेली असते किंवा ती वाहनामध्येच निर्माण करण्याची (उदा., विद्युत् संचायक घट) व्यवस्था केलेली असते.
इतिहास : विद्युत् घटमाला कर्षणासाठी विजेचा उपयोग १८३४ पासून सुरू झाला. त्या वर्षी टॉमस डेव्हेनपोर्ट यांनी विद्युत् घटमालेच्या शक्तीने फिरणाऱ्या चलित्राच्या मदतीने एक गाडी वर्तुळाकार रूळावरून चालविली. १८३८ साली रॉबर्ट डेव्हिडसन यांनी ५ टन वजनाचे विद्युत् एंजिन बनवून एंडिंबरो ग्लासगो मार्गावर वापरले. १८४७ साली मोझेझ फार्मर यांनी अमेरिकेत डोव्हर येथे असाच प्रयोग केला. १९५१ मध्ये चार्ल्स पेन यांनी रूळमार्गांवरून विद्युत् घटमालेच्या शक्तीने लहान गाडी ताशी ३१ किमी. वेगाने चालवून दाखविली. त्या वेळी वाफेने चालणाऱ्या गाडीचा वेग ताशी केवळ ३० किमी इतकाच होता.
मध्यवर्ती वीजनिर्मिती केंद्र : मध्यवर्ती वीजनिर्मिती केंद्रातून मिळणाऱ्या विजेचा चालणाऱ्या गाडीचे पहिले प्रात्यक्षिक १८७९ साली एर्न्स्ट व्हेर्नर फोन सीमेन्स यांनी बर्लिन येथे करून दाखविले. १८८० साली टॉमस आल्वा एडिसन यांनी मेन्लो पार्क येथे असाच प्रयोग केला. १८८३ साली इंग्लंडमधील ब्रायटन येथे विजेची गाडी सुरू झाली. आयर्लंडमधील १८८५ साली बेसवृक व न्यराय रेल्वेवर विजेचा वापर सुरू झाला. १८६० साली लंडनची विजेवर चालणारी रेल्वे सुरू झाली.
मध्यवर्ती वीजनिर्मिती केंद्रात उत्पन्न केलेल्या एकदिश (एकाच दिशेने वाहणाऱ्या) विद्युत् प्रवाहाने चालणाऱ्या रेल्वेचा पहिला यशस्वी प्रयोग १८८४ मध्ये एडवर्ड एम्. बेंटली व वॉल्टर एच. नाईट यांनी ईस्ट क्लीव्हलँड येथे केला. या रेल्वेला विद्युत् पुरवठा करण्यासाठी त्यांनी तिसरा रूळ वापरला होता. त्यानंतर अशा गाड्यांना विजेचा पुरवठा करण्यासाठी रूळमार्गाच्या वरच्या बाजूने एक मजबूत विद्युत् संवाहक तार गाडीच्या टपाच्या सु. १ मी. वरून मार्गाला समांतर राहील असा बेताने खांबाच्या आधाराने टांगून ठेवण्याची पध्दत सुरू केली. चालू असताना गाडीच्या टपावरील पंजाच्या (पेंटोग्राफच्या) स्पर्शकाच्या साहाय्याने वरील संवाहकांतून गाडीला विद्युत् प्रवाह सतत मिळतो. स्पर्शकाच्या आडवा दांडा स्प्रिंगच्या साहाय्याने संवाहकाच्या खालील भागाशी नेहमी स्पर्श करीत. राहिल्याने गाडी चालू असताना सुद्धा वरच्या संवाहकातील वीज गाडीच्या खालच्या बाजूस बसविलेल्या विद्युत् चलित्रापर्यंत नेता येते. विद्युत् चलित्रातून जाणारा विद्युत् प्रवाह नंतर लोखंडी रूळाच्या मार्गे विद्युत् जनित्राकडे परत जातो. ही पध्दत १८८६ साली मंगमरी येथील २४ किमी. लांबीच्या मार्गावर सुरू करण्यात आली व ती चांगलीच यशस्वी ठरली. १९०० च्या सुमारास मध्यवर्ती वीजनिर्मिती केंद्रात उच्च दाबाची प्रत्यावर्ती (मूल्य व दिशा वारंवार ठराविक क्रमाने बदलणाऱ्या) प्रवाहाची वीज निर्माण करून ती रूळाशेजारून लांब अंतरावर पाठवून जागोजागी परिवर्तकाच्या साहाय्याने तिचे ६०० किंवा १,५०० व्होल्ट दाबाच्या एकदिश प्रवाहात रूपांतर करून मार्गावरील टांगलेल्या तारेतून विद्युत् पुरवठा करण्याची पध्दत सुरू झाली.
वरील पध्दतीत रुळावरील टांगत्या तारेतून एकदिश प्रवाह पाठवण्यासाठी प्रत्यावर्ती विद्युत् प्रवाहाचे एकदिश प्रवाहात रूपांतर जमिनीवरील उपस्थानकातच करतात. नवीन तांत्रिक सुधांरणांमुळे मोठ्या प्रमाणावर विद्युत् प्रवाह रुपांतरित करू शकण्याची क्षमता असलेले सिलिकॉन नियंत्रित एकदिशकारक (थायरिस्टर) प्रचारात आले. त्याचा उपयोग करून एंजिनामध्येच एकदिश प्रवाह मिळविता येऊ लागला. यामुळे टांगत्या तारेमधून प्रत्यावर्ती प्रवाह पाठविणे व त्याचा विद्युत् दाबही बऱ्याच मोठ्या प्रमाणात वाढविणे शक्य झाले. परिणामी जमिनीवरील उपस्थानकांची गरजच उरली नाही. भारतात जरी सुरुवातीला कर्षणासाठी १,५०० व्होल्ट एकदिश प्रवाह वापरला जात होता, तरी नंतर विद्युत् कर्षणासाठी २५ किलोव्होल्ट प्रत्यावर्ती एककला विद्युत् पुरवठा प्रमाणाभूत मानून तो बऱ्याच ठिकाणी वापरलाही गेला.
रेल्वे एंजिनामध्येच उच्च दाबाची वीज उत्पन्न करणे हा कर्षणासाठी वीज उपलब्ध करण्याचा तिसरा प्रकार आहे. त्यासाठी दोन प्रकारे प्रयत्न झाले : (१) वाफेच्या टरबाइनच्या साहाय्याने व (२) डीझेल एंजिनाच्या साहाय्याने. काही तांत्रिक अडचणींमुळे व कमी कार्यक्षमतेमुळे पहिला प्रयत्न यशस्वी झाला नाही परंतु दुसरा प्रकार म्हणजे डीझेल-विद्युत् गाड्या या भारतीय रेल्वेमध्येही सर्रास वापरात आहेत.
दुसऱ्या महायुद्धात उत्पादन वाढीमुळे सर्वच देशांत औद्योगिकीकरणाची प्रचंड वाढ होऊ लागली. मोठमोठ्या शहरांत कामधंद्यासाठी, व्यापार उद्योगासाठी आणि इतर गरजेपोटी लोकांची मोठ्या संख्येने ये-जा सुरू झाली. त्यांमुळे रहदारीच्या साधनांवरील ताण प्रचंड वाढला आणि अशा वेळी लोकसंख्येची मोठ्या प्रमाणावर कमी वेळात व कमी खर्चात वाहतूक करणे हे केवळ विद्युत् कर्षणामुळेच सुकर झाले. विद्युत् कर्षणाचे इतर काही फायदे पुढीलप्रमाणे आहेत.
(१) विद्युत् कर्षण हे धूर, धूळ व धुके यांपासून मुक्त असल्याने प्रवासात व स्थानकावर मोठ्या प्रमाणावर व सहजपणे स्वच्छता राखता येते व प्रदूषण टळते. त्यामुळे भुयारी रुळमार्गातही विद्युत् कर्षण जास्त सोयीचे असते. जगातील मोठ्या शहरांतून १८६३ पासून भुयारी रेल्वेत केवळ विद्युत् कर्षणच वापरतात. (२) वाफ एंजिनाच्या (०.५ ते ०.८ ) मानाने विद्युत् एंजिनाचा प्रवेग (१.५ ते ३ किमी. प्रती तास प्रती सेकंद) जादा असल्याने विद्युत् कर्षण हे शहरी वाहतुकीसाठी जास्त सोयीस्कर आहे. त्यामुळे गाडी सफाईदारपणे लवकर वेग तर घेतेच पण तरीही डबे रुळांवरून घसरण्याची भीती मात्र कमी असते. (३) विद्युत् एंजिनाच्या देखभाल व दुरुस्तीस बाष्प एंजिनापेक्षा कमी वेळ पुरतो व कमी खर्च येतो. (४) उच्च दर्जाची गतिरोधक पध्दती वापरून गतिरोधकावरील झीज कमी करता येते तसेच पुनर्जनन पध्दतीच्या विद्युत् गतिरोधकांमुळे त्यामधील विजेची मोठ्या प्रमाणात बचत होते. (५) वेळोवळी वाहतूक घनतेप्रमाणे (प्रवाशांच्या संख्येप्रमाणे) गाडीला कमी अधिक डबे जोडणे विद्युत् कर्षणात सहसा शक्य होते. त्यामुळे अधिक परिवहन कार्यक्षमता मिळविता येते. (६) विद्युत् एंजिनाच्या अधिभार क्षमतेमुळे वेळापत्रकानुसार गाड्या सोडणे शक्य असते. शिवाय गाडीची प्रवासाची दिशा बदलताना एंजिनाची दिशा बदलताना एंजिनाची दिशा बदलणे आवश्यक नसल्याने कमी रूळमार्ग वापरून दोन्ही दिशांना वाहतूक करणे सोयीचे जाते. इशारादर्शक अडचणीही त्यामानाने कमी येतात. (७) प्रवासात एंजिनासाठी पूर्वीसारखा पाणा आणि दगडी कोळसा घेण्यासाठीचा वेळ वाया जात नाही. शिवाय विद्युत् कर्षणामुळे ठिणग्या अगर धुराचाही त्रास होत नाही.
जुन्या पध्दती सोडून विद्युत् कर्षण सुरू करताना प्रारंभीच्या काळात महागडी साधने, यंत्रे इत्यांदीमुळे भांडवली खर्च फार येतो. तसेच जर काही काळ विद्युत् पुरवठ्यात खंड पडला तर तेवढ्यांपुरती प्रवाशांची फार मोठ्या प्रमाणावर गैरसोय होते पण तरीही वर उल्लेखिलेल्या फायद्यांमुळे सर्वच देशांत विद्युत् कर्षण वाढत्या प्रमाणात वापरले जात आहे.
विद्युत् कर्षणाचे काही तोटेही आहेत. टांगत्या तारेत उच्च दाबाखाली प्रत्यावर्ती प्रवाहाचा जो पुरवठा केलेला असतो. त्यामधील विद्युत् भारामुळे सभोवतालच्या तारायंत्रे व दूरध्वनी यांच्या संदेशवहनात अडथळा निर्मान होतो. तसेच थंड प्रदेशात संवाहक तारेवर बर्फ साठल्याने देखील विद्युत् पुरवठ्यांमध्ये अडथळे येतात.
विद्युत् कर्षणावर चालणाऱ्या वाहनांचे प्रकार : (१) मोठ्या जनित्रांमार्फत वीज पुरविलेल्या वितरण केंद्रांपासून वीज मिळणारी वाहने आणि (२) विद्युत् निर्मितीची साधने स्वतः बरोबर बाळगणारी वाहने हे विद्युत् कर्षण वापरणाऱ्या वाहनांचे दोन प्रमुख प्रकार आहेत. पैकी पहिल्यात एकदिश प्रवाह पध्दती व प्रत्यावर्ती प्रवाह पध्दती असे उपप्रकार असून एकदिश प्रवाह पध्दतीचे ६०० व्होल्ट व १,५०० होल्ट तर प्रत्यावर्ती प्रवाह पध्दतीचे एककला (२५ किलोव्होल्ट) व त्रिकला असे आणखी प्रकार होतात. यांतील एककला पध्दतीचे कमी कंप्रतेची (एका सेकंदात होणाऱ्या आवर्तनाच्या−आंदोलनांच्या−संख्येची) १६ २/३ किंवा २५ हर्ट्झ आणि मानक (प्रमाण) कंप्रतेची (५० हर्ट्झ) असे उपप्रकार होतात. दुसऱ्या प्रमुख प्रकाराचे मात्र डीझेल विद्युत् गाड्या व विद्युत् घटावर चालणाऱ्या गाड्या हे दोनच उपप्रकार करतात.
मध्यवर्ती केंद्रातील विजेवर चालणाऱ्या गाड्या : या गाड्या एक दिश किंवा प्रत्यावर्ती अशा दोन्ही प्रवाहांवर चालतात. शहरातील ट्रामगाड्या व ट्रॉली बस मात्र बहुशः ५०० ते ६०० व्होल्ट एकदिश प्रवाहावर चालतात. या गाड्यांची चलित्रे उतारूंच्या डब्याखालीच बसलिलेली असतात. टांगत्या तारेपासून वीजप्रवाह घेण्यासाठी ट्रामगाडीवर एक लांब दांडा असतो. त्याच्या वरच्या टोकावर एक चाक बसविलेले असते. ते चाक वरच्या तारेवरून घसरत घसरत गाडी बरोबर पुढे जाते. ट्रामगाड्यांच्या बाबतीत विद्युत् मंडल पूर्ण होते पण ट्रॉली बसच्या बाबतीत रुळाचा वापर होत नसल्यामुळे वरच्या बाजूस आणखी एक तार परतीचा संवाहक म्हणून वापरलेली असते. [⟶ ट्रामगाडी] लंडनमधील भुयारी रेल्वे याच विद्युत् दाबावर चालतात, परंतु वरील तारेऐवजी तेथे विद्युत् प्रवाहासाठी तिसरा रूळ वापरतात.
एकदिश प्रवाहावर चालणाऱ्या लांब अंतराच्यागाड्या : या १,५००० व्होल्ट विद्युत् दाबावर चालतात. भारतात मध्य रेल्वे, पश्चिम रेल्वे व मद्रास (चेन्नई) येथील गाड्या याच विद्युत् दाबावर चालतात.
सुरूवातीच्या काळात, सर्वसाधारण औद्योगिक क्षेत्रातील विद्युत् पुरवठा ५० हर्ट्झ कंप्रतेचा असूनदेखील
रेल्वेकरिता मुद्दाम १६ २/३ किंवा २५ हर्ट्झ कंप्रतेचा उपयोग करीत असत. त्याचे मुख्य कारण म्हणजे कमी कंप्रतेच्या चलित्राचे एकंदर आकारमान, ५० हर्ट्झ कंप्रतेच्या चलित्रापेक्षा लहान करता येते व त्यामुळे एंजिनाच्या एकून वजनात व किमतीत बचत होते परंतु आता मात्र चलित्राच्या मंडल रचनेत बरीच सुधारणा झालेली असल्याने ५० हर्ट्झ कंप्रतेची चलित्रेही बऱ्याच लहान आकारमानाची तयार करता येतात. तसेच दोन्ही प्रकारच्या चलित्रांना रोहित्रांची जोड द्यावी लागत असल्याने व तुलनात्मक दृष्ट्या रोहित्राचे वजन जास्त असल्याने एंजिनाच्या एकंदर वजनात फारसा फरक राहत नाही. यामुळे ५० हर्ट्झ कंप्रतेची चलित्रे सर्व एंजिनांमध्ये वापरतात.
काही ठिकाणी एंजिनाला एकदिश व प्रत्यावर्ती अशा दोन्ही प्रकारच्या विद्युत् मंडलांत काम करावे लागते. अशा एंजिनासाठी सर्वगामी स्वरूपाची एककला, एकसरी चलित्रे वापरतात.
एंजिनामधील एकदिश चलित्र चालविण्याकरिता ज्या ठिकाणी वरून जाणाऱ्या तारेतून मिळणारा उच्च दाबाचा प्रत्यावर्ती प्रवाह वापतात, अशा ठिकाणी एंजिनामध्ये रोहित्र व जमेंनियम धातूपासून बनविलेला ⇨एकदिशकारक वापरून तेथेच एएकदिश प्रवाह उत्पन्न करतात. ही पध्दती इतर सर्व पध्दतीपेक्षा जास्त सोयीस्कर आहे.
वरील पध्दतींपैकी एएकदिश पध्दतीचाच बहुतांशाने वापर होत. एकदिश कर्षण चलित्रे नेहमी एकसरी नमुन्याचीच असतात. अवजड गाड्या चालू करण्यास व त्यांना थोड्या वेळात जलद गती देण्यास इतर चलित्रांहून ती जास्त सोयीस्कर असतात. एकदिश प्रवाही गाड्या चालविण्यासाठी लागणारी इतर साधनसामग्री कमी वजनाची, अधिक कार्यक्षम व कमी खर्चाची असते. एकदिश पध्दत आसपासच्या दूरध्वनी प्रक्षेपणात कोठलाही अडथळा आणीत नाही. तसेच त्यातील चार चलित्रे सुरुवातीस एकसरीत व नंतर क्रमाक्रमाने अनेकसरीत जोडल्याने वेग वाढही सुलभ रीतीने करता येते परंतु यासाठी लागणाऱ्या एकदिश प्रवाहाच्या प्रेषणासाठी कमी दाबाचा वापर करावा लागतो. त्यामुळे हे जास्त खर्चाचे होते. यासाठी एक मधला मार्ग उपलब्ध आहे. त्यामध्ये विजेचे उत्पादन व प्रेषण प्रत्यावर्ती उच्च दाबाने करतात व ठिकठिकाणी उपकेंद्रे ठेवून त्याचे एकदिश प्रवाहामध्ये परिवर्तन करून वीज वापरतात. यामुळे एकदिश आणि प्रत्यावर्ती अशा दोन्ही पध्दतींचे फायदे मिळू शकतात, परंतु या व्यवस्थेत उपकेंद्रांसाठी थोडा जादा खर्च होतो. कर्षण मार्गावर गाडी विद्युत् उपकेंद्रापासून दूर जाईल तसतसा तारेच्या रोधामुळे गाडीजवळील विद्युत् दाब कमी होत जातो. हा विद्युत् दाब विशिष्ट मर्यादेखाली गेला की, चलित्रे नीट काम देत नाहीत म्हणून कर्षण मार्गांवर ठिकठिकाणी इच्छित दाबाचा विद्युत् पुरवठा बाहेरून करावा लागतो. यासाठी वाहतुकीच्या घनतेप्रमाणे १५ ते २० किमी. किंवा याहूनही कमी अंतरावर विद्युत् उपकेंद्रे ठेवावी लागतात. या उपकेंद्रांना विद्युत् पुरवठा ११० वा १३२ किंलोव्होल्ट या उच्च विद्युत् दाबाने होतो. तेथे परिवर्तकाने किंवा पाऱ्याच्या चापाच्या एकदिशकाराद्वारे प्रत्यावर्ती प्रवाहाचे एकदिश विद्युत् गाड्यांना पुरविली जाते.
उपकेंद्रात बहुतांश धातूचे एकदिशकारक वापरतात कारण त्यांच्या कार्यावर सतत लक्ष ठेवण्यासाठी निरीक्षकाची जरूरी लागत नाही परंतु गाड्यांसाठी असे एकदिशकारक वापरण्यात एक अडचण आहे. ती म्हणजे एकदिशकारक एकाच दिशेने काम करू शकतात. हे गैर सोयीचे कसे हे वेगानियंत्रण या उपशीर्षकाखालील पुनर्जननात्मक गतिरोधन पध्दतीच्या पुढे आलेल्या विवेचनावरून लक्षात येईल.
गाडीच्या एंजिनास विजेचा पुरवठा करण्याची साधने : (१) गाडी व जनित्र केंद्र यांतील विद्युत् मंडल पूर्ण करण्यास दोन निरनिराळ्या मार्गांची जरूरी असते. वीजपुरवठ्यासाठी मार्गावरून एकदिश वा एककला प्रत्यावर्ती प्रवाहासाठी एक तार टांगलेली असते. या तारेला गाडी किंवा एंजिनावरची वीज गोळा करण्यासाठी असलेली लोखंडी चौकट (पेंटोग्राफ) घासून जाते आणि मंडल पूर्ण करण्यासाठी रूळ हा परतीचा मार्ग म्हणून वापरण्यात येतो. त्रिकला प्रवाहासाठी डोक्यावरील दोन तारा व रूळ असे तीन मार्ग वापरतात.
(२) ट्रॉली विद्युत् स्पर्शकाचा उपयोग ट्रामगाडी व ट्रॉली बससाठी करतात. मात्र यात वाहनाचा वेग ताशी २० ते ३० किमी.पेक्षा जास्त असल्यास चाक तारेतून निसटण्याची भिती असते.
(३) चाकाऐवजी आता १ मी. लांबीची व १० सेंमी. रुंदीची ॲल्युमिनियम किंवा तांब्याची धनुष्याकृती पट्टी वापरतात.
(४) रेल्वे एंजिनाच्या वरच्या बाजूस तारेतील वीज प्रवाह घेण्यासाठी पंजा (पेंटोग्राफ) स्पर्शकाचा उपयोग करतात. ताशी १३० किंमी. पर्यंत वेग असताना २,००० ते ३,००० अँपिअरपर्यंतचा विद्युत् प्रवाह उत्तम प्रकारे घेण्याचे काम करण्यासाठी याची घडण हलक्या पण मजबूत अशा मिश्रपोलादाची केलेली असते. गाडीचालकाच्या खोलीमधून जरूरीप्रमाणे हा पंजा वर-खाली करता यावा यासाठी खालीलपैकी एखादी पध्दत उपयोगात आणतात: (अ) पंजा हवेच्या दाबाने वर उचलणे व व स्वतःच्या वजनाने खाली आणणे (आ) हवेच्या दाबाने वर उचलणे व स्प्रिंगच्या साहाय्याने काली आणणे व (इ) स्प्रिंगच्या साहाय्याने वर उचलणे व हवेच्या दाबाने खाली आणणे.
संपर्कपट्ट्या ह्या तांबे, पोलाद किंवा कार्बनाच्या करतात. एककला उच्च दाबासाठी एकच पट्टी काम देऊ शकते पण १,५०० किंवा ३,००० व्होल्ट एकदिश प्रवाहासाठी मात्र दोन पट्ट्या वापरतात. कारण चालू गाडीला १,००० अँपिअरपर्यंत प्रवाहाची आवश्यकता असते पण गाडी सुरू करते वेळी हाच प्रवाह २,००० ते ३,००० अँपिरपर्यंत वाढतो. तारेवरील स्पर्शकाचा दाब एक पट्टी असताना ८ ते १२ किंग्रॅ. व दोन पट्ट्यांसाठी १५ ते २५ किंग्रॅ. पर्यंत असतो.
टांगत्या तारेची घडण : रस्त्यावरील वाहतुकीसाठी ५ मी. पेक्षा जास्त उंचीच्या व एकमेकांपासून २५ ते ४० मी. अंतरावर असलेल्या खांबाच्या आधाराने ही तार नेलेली असते. अशा तारेला बराच झोळ पडतो. तथापि गाडीच्या ताशी १२ किमी. वेगापर्यंत याचा विशेष त्रास होत नाही. मात्र वेग जास्त असल्याने रेल्वेसाठी ही पध्दत सोयीची नाही. त्यासाठी एकेरी किंवा मिश्र टांगती झोळ तार वा रज्जुवक्र (कॅटेनरी) पध्दत वापरतात.
एकेरी पध्दतीत वजन पेलणारी एकत्र झोळ असलेली तार असून मुख्य विद्युत् वाहक तार वेगवेगळ्या कमी जास्त लांबीच्या जोडतारांच्या आधाराने वरील तारेला अशा रीतीने टांगलेली असते की, मुख्य प्रवाह वाहक तार जमिनीला समांतर राहील. यातही थोडा झोळ येण्याची शक्यता असते म्हणून याहूनही जास्त चांगली पध्दत म्हणून मिश्र पध्दत वापरतात. मिश्र पध्दतीत कॅटेनरी तारेला आणखी एक दुय्यम कॅटेनरी तर जोडलेली असते. व प्रमुख वाहक तार लहान लहान फासासारख्या तुकड्यांच्या आधाराने जमिनीला समांतर ठेवलेली असते. या तारेवर टेकणारा गाडीचा पंजा एकाच ठिकाणी झिजू नये म्हणून विद्युत् प्रवाह वाहक तार ही कायम रूळाच्या बरोबर मध्यावरून न नेता एका बाजूस १५ सेंमी. पासून ते दुसऱ्या बाजूस १५ सेंमी. पर्यंत नागमोडी नेलेली असते. दोन खांबामधील अंतर साधारणतः ५० ते १०० मी. असते. या अंतराला झोळ १ ते २ मी. असतो आणि कॅटेनरी व प्रमुख वाहक तार यांमधील जोडतारा साधारण ३ ते ५ मी. लांब असतात.
कॅटेनरी तार ही पोलादाची असून तिच्यात नम्यता यावी म्हणून ती सात किंवा जास्त पोलादी तारांपासून बनवलेली असते. तिची अंतिम ताणशक्ती साधारणपणे ७ टन/चौ. सेंमी. असते.
प्रमुख वीजवाहक तार ही तांब्याची कठीण व बळकट कॅडमियम तांबे किंवा सिलिकॉन ब्राँझ या मिश्रधातूची बनविलेली असते. हीची विद्युत् रोधकाता जास्त असली, तर अंतिम ताणबल व झीज प्रतिकारशक्ती जास्त असल्यामुळे बहुतेक करून सिलिकॉन ब्राँझची तारच वापरतात. तार टांगण्यास सोयीची पडावी म्हणून तिला दोन पन्हळी असतात.
उपनगरी गाड्या : या गाड्यांचे वैशिष्ट्य म्हणजे यांस एंजिन निराळे नसून त्यांमधील चलित्रांचा अंतर्भाव गाडीच्या डब्यांमध्येच केलेला असतो. या गाड्यांमध्ये २ ते ४ डब्यांचा असा एक एक स्वयंपूर्ण घटक असतो. प्रवासी कमी असल्यास एकाच घटकाची गाडी बनविता येते, प्रवासी जास्त असल्यास दोन वा अधिक घटक एकमेकांना जोडतात. मुंबई येथील उपनगरी गाड्या साधारणपणे ३ घटकांच्या असतात. प्रत्येक घटकात आवश्यक असणारी चलित्रे ज्या डब्यात बसवलेली असतात, त्याला चलित्रडबा (मोटरकोच) म्हणतात. अर्थात एक घटकातील सर्वच डब्यांत चलित्रे नसतात. त्यामध्ये १ ते ३ साधे डबे असतात. चलित्रे डब्याचा तळ थोडासा उचलून घेऊन त्याच्याखाली बसविलेली असतात, प्रत्येक डब्यामागे १२५ ते २५० पर्यंत अश्वशक्तीची २ किंवा ४ चलित्रे असतात.
गाडी चालवण्याची आवश्यक असलेली नियंत्रक उपकरणे पूर्वी गाडीचालकाच्या समोरच ठेवलेली असत पण हल्ली ही चलित्राबरोबर डब्यांच्या खाली असतात व ती साधारणपणे स्वयंचलित असून शिवाय जरूर पडल्यास गाडीचालकाच्या डब्यामधूनही नियंत्रित करता येतात.
लांब पल्ल्याच्या गाड्या : लांब पल्ल्याच्या गाड्यांसाठी तारेद्वारे उपलब्ध विजेवर चालणारी चलित्रे स्वतंत्र एंजिनातच ठेवलेली असतात. ती चलित्रे एकदिश, एककला प्रत्यावर्ती किंवा त्रिकला प्रत्यावर्ती प्रवाहावर चालतात. एकेका एंजिनामध्ये २५० ते १,००० पर्यंत अश्वशक्ती ४ ते ८ चलित्रे असतात व त्याचा कमाल वेग ताशी २०० किमी.पर्यंत असतो. सर्व चलित्रे एकाच एंजिनामध्ये बसवलेली असल्याने प्रत्येक चलित्राला मर्यादित जागा उपलब्ध असते. त्यामुळे त्यांचे आकारमान व व्यास शक्य तितकी लहान ठेवावी लागतात. जरूर तितकी अश्वशक्ती उत्पन्न होण्यासाठी चलित्राचा वेग बराच वाढविता येतो. एंजिनाच्या चाकांचा वेग चलित्राच्या वेगापेक्षा पुष्कळच कमी असतो, त्यामुळे चलित्र व एंजिन यांचा जोड करताना वेग कमी करणारी दंतचक्रांची जोडी वापरावी लागते.
कर्षणासाठी वापरण्यात येणारी चलित्रे : या चलित्रांकडून खालील अपेक्षा असतात: (१) गाडी चालू करताना अधिक पीडन परिबल (प्रेरणा आणि संदर्भबिंदू ते प्रेरणा लावलेला बिंदू यांतील सदिश यांचा फुली गुणाकार) अधिक मिळावे. (२) वेगात फरक पडला, तरी पीडन परिबलामध्ये फार फरक नसावा. (३) सोयीस्कर वेग नियंत्रण पध्दती असावी. (४) पुनर्जननात्मक गतिरोधनाची (जिच्यात विद्युत् चलित्रे जनित्रे म्हणून वापरतात व ती चलित्राच्या आर्मेचरची गतिज ऊर्जा आणि भार विद्युत् पुरवठा प्रणालीकडे परत पाठवितात अशा गतिकीय गतिरोधन पध्दतीची) शक्यता असावी. (५) मजबुती व कंप सहनशक्ती भरपूर असावी. (६) वजन आणि आकारमान कमीत कमी असावे. (७) धूळ व ओलाव्यापासून संरक्षण व्हावे. या सर्वच अपेक्षा तंतोतंत पूर्ण करील असे एकही चलित्र अस्तित्वात नाही परंतु एकदिश प्रवाहासाठी एकसरी किंवा मिश्र पध्दतीची चलित्रे, तसेच एककला प्रत्यावर्ती प्रवाहासाठी एकसरी चलित्र व त्रिकलेसाठी प्रवर्तन चलित्र कमी जास्त प्रमाणात समाधानकारक काम देतात.
एकदिश प्रवाह एकसरी चलित्र : यांची घडण साधी पण मजबूत असल्यामुळे ही कर्षणासाठी सर्वोपयोगी आहेत. विशेषतः या चलित्राचे सुरुवातीचे पीडन परिबल जबरदस्त असल्यामुळे उपनगरी वाहतुकीसाठी ती फारच सोयीस्कर आहेत. कारण या वाहतुकीसाठी गाडी कमीत कमी वेळात, जलद वेगात आणण्याची जरूरी असते. ट्रामगाडी व ट्रॉली बससाठी ही चलित्रे ६० ते ९० अश्वशक्तीची असतात. आणि दर अश्वशक्तीमागे त्याचे वजन ४ ते ६ किग्रॅ. असते. लांब पल्ल्याच्या गाड्यांसाठी १० ते १५ कीग्रॅ. प्रती अश्वशक्ती वजनाची २०० ते ७५० अश्वशक्तीची चलित्रे वापरतात.
प्रत्यावर्ती प्रवाही एकसरी चलित्र : या प्रकारच्या निरनिराळ्या चलित्रांपैकी प्रतिपूरित प्रकारची चलित्रे [⟶विद्युत् चलित्र] कर्षणासाठी वापरतात. ही साधारणपणे ३०० व्होल्ट विद्युत् दाबावर चालणारी असून १,००० पर्यंत अश्वशक्तीची बनविली जातात. त्यांचे वजन एकदिश चलित्राच्या दीड ते दोन पट असते व त्यांचे सुरूवातीचे पीडन प्रतिबल त्यामानाने कमी असते. म्हणून ती उपनगरी वाहतुकीसाठी विशेष सोयीस्कर नाहीत.
प्रवर्तन चलित्र : हे घडणीत सर्वांत साधे आहे, परंतु याच्या वेग नियंत्रणासाठी लागणारी सामग्री बरीच गुंतागुंतीची असल्यामळे एकंदरीत विद्युत् कर्षणासाठी वापरण्यास कमी सोयीचे आहे.
एंजिनामध्ये प्रत्यावर्ती त्रिकला चलित्र वापरल्यास पुनर्जननात्मक गतिरोधन पध्दतीचा उपयोग करता येतो व त्यामुळे वाया जाणारी शक्ती परत मिळवता येते. त्रिकला चलित्र वापरताना दोन तारा ओढण्याची अडचणही टाळता येण्यासारखी असते. याकरिता गाडीच्या वर एकच तार ठेवून तीतून उच्च दाबाला एककला प्रवाह नेतात व एंजिनामध्ये रोहित्र व कला परिवर्तक वापरून त्यापासून त्रिकला प्रवाह उत्पन्न करून त्याच्या साहाय्याने एंजिनावर बसविलेली त्रिकला चलित्रे चालवितात. भारतात भोपाळ आणि हरिद्वार येथे अशा प्रकारच्या चलित्रांचे उत्पादन होते.
नियंत्रक उपकरणे : एंजिनाच्या दोन्ही बाजूंना गाडीचालकांची खोली असते व तिच्यातून चलित्रे चालू करणे, त्यांच्या वेग कमीजास्त करणे व गाडी थांबवणे इत्यादींचे नियंत्रण केले जाते. अर्थात ही सर्व कामे निरीक्षक माणसांकडून, मध्यवर्ती नियंत्रकाने किंवा पूर्णपणे स्वयंचलित रीतीनेही होऊ शकतात. बहुधा दुसरी पध्दत जास्त प्रमाणात वापरतात.
वेगनियंत्रण : एकदिश प्रवाह पध्दतीमध्ये वेग कमी जास्त करण्याचे तीन प्रकार आहेत : (१) एकसरी विरोध, (२) चलित्रांची एकसरी-अनेकसरी जोडणी व (३) नियंत्रक जनित्राद्वारे.
प्रत्यावर्ती एककला पध्दतीत चलित्रास विजेचा पुरवठा रोहित्राद्वारे होतो. त्यामुळे त्यांच्या प्राथमिक गुंडाळीवर निरनिराळ्या ठिकाणी बहिर्मार्ग ठेवल्यास सुरुवातीस कमी दाब देता येतो तसेच चलित्र निरनिराळ्या वेगानी फिरु शकते.
त्रिकला मोटर चालू करताना तिच्या घूर्णक मंडलात रोधक वापरतात. वेग कमीजास्त करण्यासाठी अनेक चलित्रांची विद्युत् पध्दतीने व यांत्रिक पध्दतीने योग्य अशी सांगड घालण्याची क्रमप्रपात पध्दत व चलित्राच्या संख्येत बदल करणारी पध्दत या पध्दती वापरतात. काही ठिकाणी थर्मिस्टरचा वापर करून वेगनियंत्रम करण्याची नवीन पध्दतही अवलंबिली जाते.
विद्युत् रोधन पध्दत : यासाठी तीन पध्दती प्रचलित आहेत : (१) प्लगिंग (२) रोधकात्मक आणि (३) पुनर्जननात्मक.
प्लगिंग : या पध्दतीत आर्मेचरमधील प्रवाहाची दिशा उलटी करण्यात येते. त्यामुळे विरुध्द दिशेमध्ये पीडन परिबल उत्पन्न होऊन चलित्र लवकर थांबते. परंतु या पध्दतीत पूर्ण भार प्रवाहाच्या दुप्पट विद्युत् प्रवाह उत्पन्न होतो व ही सर्व ऊर्जा रोधकांत उष्णतेच्या रुपाने वाया जाते.
रोधकात्मक : या पध्दतीत चलित्राच्या वीजपुरवठा बंद करून रोध कास चलित्र जोडले जाते. चलित्राला असलेल्या गतीमुळे ते आता जनित्राचे काम करू लागते व गतिज उर्जेचे रूपांतर विद्युत् ऊर्जेत होऊन गती कमी होते. ही ऊर्जासुद्धा उष्णतेच्या रूपाने वाया जाते.
पुनर्जननात्मक गतिरोधन : चालती गाडी थांबविण्यासाठी किंवा गाडी उतारावरून खाली धावत असता तिचा वेग आटोक्यात आणण्यासाठी गतिरोधन करावे लागते. यासाठी सामान्यतः गाडीच्या चाकाच्या परिघावर लोखंडी पट्ट्या जोराने दाबून त्यामुळे होणाऱ्या घर्षणाने वेग हळूहळू कमी केला जातो पण या क्रियेमध्ये गाडीच्या गतिज ऊर्जेचे घर्षणाने उष्णतेत रूपांतर होते. व ती उर्जा वाया जाते. लोखंडी पट्ट्यांची झीज होऊन त्या परत बदलाव्या लागतात. मात्र ही उर्जा वाया न दवडता परत उपयोगात आणता येते. त्यासाठी गाडीतील विजेवर चालणारी चलित्रे विशिष्ट परिस्थितीत जनित्रे बनून वीजनिर्मितीही करू शकतात. धावत असलेल्या किंवा उतारावर असलेल्या गाडीमध्ये गतिज उर्जा असते व चालित्राला मिळणारा विद्युत् प्रवाह बंद केला, तरी गाडी धावतच असल्यामुळे चलित्रास गती राहते. अशा वेळी गती कमी करण्यासाठी चलित्रामधील चुंबक क्षेत्रावर नियंत्रण ठेवून ह्या गतिज ऊर्जेपासून तेच चलित्र जनित्रासारखे वापरून वीज उत्पादन करता येते. ही वीज उत्पन्न करण्यात गाडीची गतिज ऊर्जा कामी येत असल्याने परिणामी गाडीची गती मंदावते. अशा रीतीने निर्माण झालेली वीज वरील तारेतून उपकेंद्राकडे परत जाते किंवा शेजारील मार्गावरील दुसऱ्या गाडीकरिता तिचा उपयोग करता येतो. परंतु एकदिशकारक मात्र एकमार्गी असल्यामुळे ती वीज उपकेंद्राकडे उलट दिशेने जाऊ शकत नाही आणि तसे न झाल्यामुळे या गतिज ऊर्जेचा वापर होणे कठीण होते. त्यासाठी प्रतिपरिवर्तकाची (एकदिश विद्युत् प्रवाहाचे प्रत्यावर्ती विद्युत् प्रवाहात रूपांतर करणाऱ्या साधनांची) तरतूद करावी लागते.
वर लिहिल्याप्रमाणे जरी विद्युत् मार्गांवर पुष्कळशा उपकेंद्रांची जरूरी असली, तरी एका मध्यवर्ती केंद्रावरून सर्व उपकेंद्रांची देखरेख नियंत्रकामार्फत करतात. जेव्हा एखादे उपकेंद्र चालू किंवा बंद करावयाचे असेल, तेव्हा मध्यवर्ती केंद्रातून योग्य ती काळ फिरवून विद्युत् संदेश देऊन इच्छित कार्य घडवून आणता येते.
ट्रामगाडी व लहान एंजिनांच्या बाबतीत वेग नियंत्रणासाठी परिघी प्रकारचे गतिनियंत्रक वापरतात व वाहनचालक स्वहस्ते त्यावर नियंत्रण ठेवते.
मध्यवर्ती नियंत्रक : जेथे विजेचा प्रवाह जास्त असेल तेथे वेगनियंत्रणासाठी ही पध्दत वापरतात. त्यामुळे हाताने काम करण्याऐवजी यात परिनलिकांचा [लांबट नळीसारख्या व्यवस्थित गुंडाळलेल्या संवाहक तारेच्यचा वेटोळ्यांचा ⟶ परिनलिका] उपयोग करून स्पर्शकाचा संपर्क जोडण्यांचे व तोडण्याचे काम करतात.
मध्यवर्ती नियंत्रकातील परिनलिकांना प्रेरणा देण्याच्या तीन पध्दती आहेत : (१) संपूर्णपणे विद्युत् ऊर्जेचा वापर करून (२) विद्युत् व वायवीय ऊर्जेचा (वायूच्या दाबाचा) वापर करून व (३) यांत्रिक ऊर्जेचा वापर करून कॅम-दंड [ज्याला कॅम जोडलेला असतो तो परिभ्रमी फिरणारा दंड ⟶ कॅम] योग्य प्रकारे फिरवून संपूर्ण विद्युत् पध्दतीत योग्य परिनलिकेला विद्युत् ऊर्जा देऊन आवश्यक त्या संपर्क पट्ट्यांची हालचाल घडवून आणली जाते. विद्युत्-वायवीय पध्दतीत संपर्क पट्ट्या त्यांच्यावरील वायवीय दाबाच्या साहाय्याने जोडल्या किंवा उघडल्या जातात. यात पट्ट्या काम करीत असलेल्या सिलिंडरामध्ये हवा आत घेणाऱ्या झडपेची हालचाल परिनलिकेद्वारे केली जाते. ज्या परिनलिकेद्वारे हे होते तिला विद्युत् ऊर्जा पुरवावी लागते. विद्युत् चलित्राने कॅम−दंड योग्य कोनातून फिरवून आवश्यक अशा कॅम−दंड संपर्क पट्ट्यांची हालचाल केली जाते व वेगावर नियंत्रण ठेवता येते. मात्र कॅम दंडांचा संपर्क पट्ट्यांवरील दाब हा पट्ट्यांना कंपनांपासून धोका राहणार नाही इतक्या योग्य प्रमाणात असतो.
बहुघटक नियंत्रण : उपनगरी गाड्यांमध्ये अनेक घटक एकमेकांस जोडून मोठी गाडी बनविलेली असते. त्यांतील सर्व घटकांचे नियंत्रण एकाच वेळी एकाच पध्दतीने होणे जरुर असते. यासाठी सगळ्या घटकांची मंडले अनेकसरी पध्दतीने एकमेकांस जोडलेली असतात व गाडीचालकाच्या मध्यवर्ती नियंत्रकाकडून एकाच नियंत्रण कक्षातून एकाच वेळी सर्व घटकांचे एकसारखे नियंत्रण होऊ शकते.
साहाय्यक यंत्रसामग्री : एंजिनात किंवा विद्युत् चलित्र डब्यात कर्षण चलित्राशिवाय खालीलपैकी एका किंवा अधिक सामग्रीची जरूरी असते.
चलित्र जनित्र संच : गाडीतील पंखे व प्रकाशयोजना यांसाठी शिवाय गाडीवरील सर्व नियंत्रकांना लागणारा विजेचा पुरवठा करण्यासाठी साधारमपणे ३० ते १८० व्होल्ट एवढ्या कमी दाबाचा विद्युत् पुरवठा करण्यासाठी एक जनित्र असावे लागते. म्हणून त्यासाठी मध्यवर्ती एक चलित्र जनित्र संच असतो. क्वचित मध्यवर्ती वीज पुरवठा बंद पडल्यास हा संच चालविण्यासाठी विद्युत् घटमाला राखीव विद्युत् पुरवठा म्हणून आवश्यक असते. ही घटमाल अनेकसरी पध्दतीने जोडलेली असते.
वायवीय दाबावर गतिरोधनाखेरीज अनेक कार्ये एंजिनामधून घडवून येत असल्याने त्यात हवा संपीडक (दाबयुक्त हवा निर्मिणारे साधन) असणे जरूरीचे असते. विद्युत्−वायवीय नियंत्रक गतिरोधन आणि पेंटोग्राफ काळीवर करण्यासाठी त्याचा उपयोग होतो. एंजिनामध्ये वायुवीजनासाठी पंखे असणे जरूरीचे असते. तसेच कर्षण चलित्रे थंड करण्यासाठीदेखील असे पंखे वापरतात.
डिझेल-विद्युत् गाड्या : डिझेलच्या साहाय्याने गाडी चालविण्याचे प्रयत्न झाले, परंतु डीझेल एंजिन मूलतः एकाच वेगाने चालत असल्यामुळे अशा एंजिनाच्या साहाय्याने कमीजास्त वेगाने गाडी चालविण्यासाठी व्यवस्था करणे, हे फा जिकीरीचे होते. उलट एकदिश चलित्र सुरू करण्यास व वेग कमीजास्त करण्साय फारच सोयीचे असते. तेव्हा डीझेल एंजिनाला जनित्र जोडून त्याच्या साहाय्याने वीज उत्पन्न करणे व ती चलित्राला पुरवून त्यायोगे गाडी चालविणे हा उपाय निघाला. याचा मुख्य फायदा म्हणजे मध्यवर्ती केद्रापासून विजेच्या तारा आणण्यासाठी जो खर्च करावा लागतो, तो वाचून शिवाय विद्युत् कर्षणाचे सगळे फायदे मिळतात.
यासाठीची डीझेल एंजिने १, ६०० अश्वशक्तीपर्यंत बनविली जातात त्यांची कमाल वेग मर्यादा ताशी १८० किमी, असते. प्रवासी वाहतुकीसाठी या एंजिनाचे वजन प्रत्येक अश्वशक्तीमागे १० ते १५ किग्रॅ. असते.
विद्युत् घटमालेवर चालणाऱ्या गाड्या : या गाड्या विद्युत् संचायकापासून उपलब्ध होणाऱ्या विजेवर एकदिश चलित्राच्या साहाय्याने चालतात. घटमालेची कार्यक्षमता मर्यादीत असल्यामुळे तसेच ती वेळोवेळी विद्युत् भारित करावी लागत असल्यामुळे याचे परिवहन कमी असते. म्हणून रेल्वेमार्ग पार्श्वमार्गावर नेण्यासाठी (शंटिंगसाठी) तसेच कारखान्यात किंवा खाणीत ओझे ओढण्यासाठी या गाड्यांचा उपयोग करतात.
भारतातील प्रगती : भारतात विद्युत् कर्षणाची सुरुवात १९२५ साली मुंबईमध्ये झाली. त्या वर्षी मुंबई (बोरीबंदर) ते कुर्ला या हार्बर रेल्वेमार्गावर पहिली विद्युत् गाडी सुरू झाली. शहरातील वस्ती वाढल्यामुळे व लोकांना रोज कामधंद्यासाठी जाणाऱ्या लोकांची ने-आण बव्हंशी विजेवर चालणाऱ्या आगगाड्यांतूनच होत असते. कलकत्त्यामध्ये भुयारी रेल्वे चालू आहे आणि मुंबईलासुद्धा काही भागात भुयारी विद्युत् रेल्वे करावी अशी सूचना विचाराधीन आहे. पूर्वी मुंबई व कलकत्ता ह्या शहरांमध्ये जवळच्या अंतरावर जाण्यासाठी विजेवर चालणाऱ्या ट्रामगाड्या प्रचारात होत्या, पण त्यांचा वेग फार कमी असे. त्यामुळे जसजशी ह्या शहरांची लोकसंख्या वाढू लागली, तसतशी उपनगरांची संख्या व प्रवासाचे अंतर वाढू लागले आणि डीझेलवर चालणाऱ्या बसेसच्या तुलनेमध्ये ट्रामगाड्या मागे पडू लागल्या व १९९४ मध्ये कलकत्त्याच्या काही भागांतच त्या चालू होत्या. त्या एकदिश विद्युत् प्रवाहावर चालत आणि त्यात २५० अश्वशक्तीची ६०० व्होल्ट चालणारी दोन एकेली एकदिश विद्युत् चलित्रे बसविलेली असत.
दोन किंवा अनेक शहरांना जोडणाऱ्या रूळमार्गावर प्रथमतः विद्युत् कर्षणाचा उपयोग मध्य रेल्वेने १९२७ साली मुंबई−पुणे व मुंबई-इगतपुरी या मार्गांवर केला. त्यासाठी १,५०० व्होल्ट दाबाचा एकदिश विद्युत् प्रवाह वापरला. ज्या वेळी रूळमार्गावर मालाची व प्रवाशांची वाहतूक प्रचंड प्रमाणावर असते त्या वेळी विद्युत् कर्षण फायद्याचे असते. त्याचप्रमाणे ज्या वेळी डोंगराळ (मुंबई-पुणे किंवा मुंबई-इगतपुरी) मुलखातून, घाटामधून मार्ग जातो त्या वेळेलाही विद्युत् कर्षणच जास्त सोयीचे व फायद्याचे असते. शिवाय डीझेलच्या किंमती सारख्या वाढत असल्यामुळे सर्व प्रमुख रूळमार्गाचे विद्युतीकरण करणे अत्यंत आवश्यक व फायद्याचे झाले आहे. त्या दृष्टीने दिवसेंदिवस लक्षणीय प्रगती होत आहे.
पहा : टारमगाडी रेल्वे.
संदर्भ : 1. Blake, H. W. Walter, J. Electric railway Transportation, London 1924.
2. Dover, A. T. Electric Traction, London 1963.
3. Hilton, G. W. Due, J. F. The Electric Interurban Railways in America, New York 1960.
4. Klapper, C. The golden Age of tramways, 1961.
5. Linecar, British Electric trains. London 1949.
6. Prasad, A. Indian Railways, Bombay. 1960.
7. Srinivasan, M. Modern Permanent Track, Bombay, 1969.
8. Srivastava, S. K. Transport Development in India , Ghazibad, 1964.
भिसे, मा. रा. कुलकर्णी, पं. तु.
“