EF81型電力機車

EF81型電力機車（日語：EF81形電気機関車）是日本國有鐵道的多電流制電力機車車型之一，適用於供電制式為1500伏直流電、20千伏50赫茲和20千伏60赫茲工頻單相交流電的電氣化鐵路，由日立製作所、三菱電機、三菱重工業聯合生產^[1]。

EF81型電力機車^[2]最初是為日本海縱貫線設計的客貨運通用電力機車，首台原型車於1968年底完成試製，並於1969年投入批量生產；後來又為關門鐵道隧道區間專門製造了300番台和400番台機車。1987年國鐵分割民營化後，156台EF81型電力機車由東日本旅客鐵道（JR東日本）、西日本旅客鐵道（JR西日本）、九州旅客鐵道（JR九州）和日本貨物鐵道（JR貨物）繼承。1989年至1991年間，因應鐵路貨物運輸量增加的需要，JR貨物再度購置500番台和450番台機車。

開發背景

1960年代，日本國有鐵道對北陸本線進行了長達近十年的複線電氣化改造工程，其中田村至糸魚川之間採用交流電氣化，而米原至田村、糸魚川至直江津之間採用直流電氣化。隨着糸魚川至直江津區段按計劃於1969年10月完成直流電氣化，同時亦代表着北陸本線和信越本線全線完成電氣化。由於羽越本線和奧羽本線亦會在不久之後完成電氣化改造，連接大阪和青森的日本海縱貫線將使用三種不同的牽引供電制式，包括1500伏直流電、20千伏60赫茲單相交流電和20千伏50赫茲單相交流電，因此有必要研製一種可以適應多電流制的客貨運通用電力機車。

早於1950年代末，日本國鐵已經開始研究交直流兩用電力機車。1960年，研製了使用於關門鐵道隧道的EF30型電力機車，成為世界上第一種投入量產和運用的交直流兩用電力機車。1962年，日立製作所在ED46型電力機車的基礎上，又研製了使用於常磐線的EF80型電力機車，在交流及直流電氣化區段均可以全功率運行，並採用了單電機轉向架和輪對空心軸式驅動裝置。雖然EF80型電力機車已經是一種比較成熟的雙電流制電力機車，但在性能和維護方面與後來出現的國鐵標準化電力機車相比仍然存在着差距。

從1960年代中期開始，隨着電力電子技術在牽引傳動領域的快速發展，日本國鐵先後開發了一系列採用晶閘管相控調壓的交流電力機車，包括ED77、ED78、EF71型電力機車，展示了無級調壓電力機車的優異粘着性能。在新型多電流制電力機車的研製初期，曾經考慮過兩種技術方案，一是採用電阻調壓方式的F型電力機車（Bo-Bo-Bo軸式），二是採用斬波調壓方式的D型電力機車（Bo-2-Bo軸式）。

晶閘管斬波調壓除了具有無級調速和粘着性能較好的優點，也不像傳統的電阻調壓方式那樣會產生電能損耗，實現機車主電路和控制電路的無觸點化。然而，斬波調壓在1960年代中期是一項嶄新的技術，日本當時剛開始進行電力動車組應用斬波調壓的研究和試驗，而且斬波器對鐵路通信信號的影響尚需進一步研究。由於日本國鐵要求新型多電流制電力機車要在1969年7月投入批量生產，加上斬波調壓的設備成本相對高得多，因此最終決定沿用技術成熟可靠的電阻調壓方式。

1968年12月21日，首台EF81型電力機車在日立製作所水戶工廠落成。EF81型電力機車是在日本國鐵標準型電力機車的基礎上，總結了之前EF65、ED75、ED78型電力機車的研製經驗，研製而成的新一代多電流制幹線電力機車。機車採用超多段電阻調壓、牽引電動機串並聯換接和磁場削弱的控制方式，並設有供交流區段使用的主變壓器和油冷式硅整流器。EF81型電力機車在直流區段的小時功率為2,550千瓦，在交流區段的小時功率為2,370千瓦，構造速度為115公里/小時，最大運用速度為110公里/小時。基本性能指標與EF65型電力機車相同，可牽引1200噸列車（最大1300噸）通過10‰長大坡道。

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