Система постоянного тока
Общая схема четырёхосного (четырёхмоторного) электровоза постоянного тока. Слева сериесное(последовательное) соединение (С) тяговых электродвигателей, справа — параллельноесоединение (П) электродвигателей. Если у электровоза будет 6 или 8 (или более) электродвигателей — тогда можно будет обеспечить сериесно-параллельное (последовательно-параллельное) соединение (СП) коллекторных электродвигателей.
Общая схема электровоза постоянного тока с импульсным регулированием. Преобразователь посылает импульсы тока, накопление энергии происходит вдросселе Lн. Фильтр LфCфпрепятствует проникновениюэлектромагнитных помех вконтактную сеть. Обратный диодVD замыкает цепь тягового двигателя в случае прекращения питания от контактной сети.
Общая схема электровоза постоянного тока с асинхронными тяговыми электродвигателями.
В данной системе тяговые электродвигатели постоянного тока питаются напрямую от контактной сети. Пуск и регулирование осуществляется подключением реостатов, перегруппировкой двигателей (последовательное, последовательно-параллельное и параллельное включение) и ослаблением возбуждения.
Следует отметить, что на всех советских электровозах и электропоездах тяговые электродвигатели рассчитаны на напряжение 1 500 вольт, поэтому они всегда соединены попарно последовательно (напряжение в контактной сети при этом 3 000 вольт). Дело в том, что, если попытаться сделать электродвигатель на 3 000 В мощностью, равной с электродвигателем на 1 500 В, то масса и габариты высоковольтного двигателя окажутся больше, чем у низковольтного.
Вспомогательные электродвигатели (привод компрессора, вентиляторов и др.) обычно также питаются напрямую от контактной сети, поэтому они получаются очень большими и тяжёлыми. В некоторых случаях для их питания используют вращающиеся или статические преобразователи (например, на электропоездах ЭР2Т, ЭД4М, ЭТ2Миспользуется мотор-генератор, преобразующий постоянный ток 3 000 В в трёхфазный 220 В 50 Гц).
На железных дорогах России и в странах бывшего СССР на участках, электрифицированных по системе постоянного тока, используется напряжение 3 000 вольт. В 1930-е — 1950-е гг. в СССР некоторые пригородные участки были электрифицированы на 1 500 В, затем их перевели на 3 000 вольт. В начале 1970-х годов в СССР на Закавказской железной дороге были проведены практические исследования с возможностью электрификации на постоянном токе напряжением 6 000 В, однако эту систему сочли неперспективной, в дальнейшем все новые участки электрифицировались переменным током 25 киловольт.
Простота электрооборудования на локомотиве, низкий удельный вес и высокий КПД обусловили широкое распространение этой системы в ранний период электрификации.
Недостатком электрификации на постоянном токе является сравнительно низкое напряжение в контактной сети, поэтому для передачи одинаковой мощности требуется больший ток по сравнению с более высоковольтными системами. Это вынуждает:
использовать большее суммарное сечение контактных проводов и подводящих кабелей;
увеличивать площадь контакта с токоприёмником электровоза за счет увеличения числа проводов в подвеске контактной сети до двух и даже трёх (например, на подъёмах);
уменьшать расстояния между тяговыми подстанциями для минимизации потерь тока в проводах, что дополнительно приводит к увеличению стоимости самой электрификации и обслуживания системы (подстанции хоть и автоматизированы, но требуют обслуживания). Расстояние между подстанциями на грузонапряжённых участках, особенно в сложных горных условиях, может быть всего лишь несколько километров.
Например, два электровоза имеют равную мощность 5 000 киловатт. У электровоза постоянного тока (3 кВ) максимальный ток, проходящий через токоприёмник, составит 1 667 Ампер, у электровоза переменного тока (25 кВ) — 200 Ампер.
В последние десятилетия стало распространяться импульсное регулирование, позволяющее избежать потерь энергии в реостатах.
В 2010 году в России начато производство грузовых электровозов постоянного тока 2ЭС10 «Гранит». Асинхронные тяговые двигатели питаются трёхфазным переменным током от инверторов.
Трамваи и троллейбусы в СНГ работают на постоянном токе напряжением 550 В, метрополитен в СНГ — на постоянном токе напряжением 750 В.
Промышленные электровозы постоянного тока работают на меньшем, чем 3 кВ, электрическом напряжении, например электровоз ЕЛ21 — 1,5 кВ, а электровоз II-КП4 выпускался в различном исполнении — 220, 550 или 600 вольт.
На
железных дорогах, электрифицированных
на постоянном токе, а также на трамваях
и в метрополитене принятаположительная
полярность контактной сети:
«плюс» 
подаётся
на контактный
провод (контактный
рельс),
а «минус» 
на рельсы.
Положительная полярность принята с
целью уменьшения электрохимической
коррозии находящихся
рядом с железнодорожными путями трубопроводов и
иных металлических конструкций.
Так как обратным проводом являются рельсы, а их практически невозможно изолировать от земли, часть тягового тока ответвляется. Эти токи называются «блуждающие токи». Направление блуждающих токов предугадать практически невозможно. Блуждающие токи протекают не только в земле, но и по встречающимся на их пути металлическим частям различных подземных сооружений.
Зоны, где блуждающие токи стекают с рельсов или с иных подземных сооружений в землю, принято называть анодными зонами, а зоны, где блуждающие токи входят из земли в рельсы или иные подземные сооружения, принято называть катодными зонами. Так как имеется разность потенциалов между металлом (рельс, трубопровод) и землёй, в этих зонах возникаетэлектролиз и происходит электрохимическая коррозия металла.
На иллюстрации показана электрифицированная железная дорога с положительной полярностью.
На рельсах анодная зона перемещается вместе с электровозом, а катодная зона расположена возле тяговой подстанции. На искусственных сооружениях катодные зоны находятся в местах расположения тяговых нагрузок (один электровоз, или их несколько), а анодные зоны — около тяговых подстанций.
Под колёсами электровоза образуется анодная зона, а на проходящем рядом трубопроводе — катодная зона (левая часть рисунка). Зоны на стыках анодной и катодной зон называются знакопеременными, потенциалы в них могут менять свою полярность. Также анодная и катодная зона образуется вблизи тяговой подстанции (правая часть рисунка). Наиболее интенсивно рельсы корродируют под колёсами электровоза, а подземные сооружения — у тяговых подстанций.
Однако, изображённые в левой части рисунка анодная и катодная зоны — «передвигающиеся», то есть фактически знакопеременные, и электролиз в этих зонах носит кратковременный характер. Изображённые в правой части рисунка анодная и катодная зоны — «непередвигающиеся», расположены возлетяговых подстанций, и там электрохимическая коррозия наблюдается в наибольшей степени. Там, соответственно и располагаются станции катодной защиты.
Если бы контактная сеть имела отрицательную полярность (то есть «минус» подавался бы на контактный провод), то трубопроводы, проходящие рядом с железной дорогой, представляли бы практически сплошную анодную зону, и защитные меры для подземных сооружений пришлось бы принимать вдоль всей железной дороги, что было бы несравненно дороже.